无缝钢管生产线--减径机区上位机监控系统毕业设计

无缝钢管生产线减径机区上位机监控系统设计学校太原科技大学班级电气061502姓名刘书恒学号200615010212指导老师左龙目录第1章绪论111无缝钢管及无缝钢管生产线简介1111无缝钢管生产制造方法简介1112无缝钢管用途2113无缝钢管种类2114无缝钢管物理性能检测212无缝钢管生产线简介2121热轧无缝钢管2122冷轧无缝钢管3123无缝钢管生产线各部分介绍313减径机简介614冷床简介615工业监控系统716课题研究的目的和意义8第2章组态软件921组态软件概述922监控组态软件特点923组态软件构成1024常用组态软件对比介绍1125组态软件的功能特点发展方向1326组态软件与监控系统的关系16第3章西门子WINCC介绍1831西门子WINCC概述1832WINCC系统概览2333WINCC优点2434WINCC的特征2535WINCC系统功能25第4章监控系统的实现2841减径机监控系统构成2842WINCC实现监控系统的过程设计28421概述29422对安装WINCC系统的基本要求29423WINCC与PLC通讯系统的设计29424监控画面的设计31425过程值归档组态34426报警组态41427用户权限管理42第5章结束语43摘要随着计算机技术的发展以及工业自动化水平的不断提高，利用计算机技术对生产进行管理以及对生产过程实施数据采集和监控，越来越受到人们的关注。本文首先介绍了无缝钢管、无缝钢管生产线、减径机以及工业监控系统；然后介绍了组态软件的特点、构成以及各种组态软件的对比，和WINCC的优点、特征；最后详细叙述了利用SIEMENS公司的WINCC组态软件对无缝钢管生产中的减径机、冷床部分进行监控的设计，截取了主要监控画面并加以说明。该设计的特点是故障响应快，操作简单，组态画面丰富等，减少了工人的劳动强度，保证了无缝钢管生产的连续性，大大提高了生产效率。关键词无缝钢管，减径机，组态软件，WINCC，监控系统ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFCOMPUTERTECHNOLOGYANDCONTINUALPROMOTIONOFFACTORYAUTOMATION,MOREANDMOREATTENTIONISPAIDTOADMINISTRATIONOFFACTORYINFORMATIONANDDATACOLLECTIONANDMONITORDURINGINDUSTRIALPRODUCINGBYMEANSOFCOMPUTERTECHNOLOGYTHISARTICLEFIRSTINTRODUCEDTHESEAMLESSSTEELPIPE,THESEAMLESSSTEELPIPEPRODUCTIONLINE,REDUCESTHEDIAMETERMACHINEASWELLASTHEINDUSTRYSUPERVISORYSYSTEMTHENINTRODUCEDTHECONFIGURATIONSOFTWARESCHARACTERISTIC,THECONSTITUTIONASWELLASEACHKINDOFCONFIGURATIONSOFTWARESCONTRAST,WITHWINCCMERIT,CHARACTERISTICFINALLYNARRATEDINDETAILHASUSEDSIEMENSCORPORATIONSWINCCCONFIGURATIONSOFTWARETOREDUCETHEDIAMETERMACHINETOTHESEAMLESSSTEELPIPEPRODUCTION,THECOLDFRAMEPARTTOCARRYONTHEMONITORINGTHEDESIGN,HASINTERCEPTEDTHEMAINMONITORINGPICTUREANDEXPLAINEDTHISDESIGNSCHARACTERISTICISTHEBREAKDOWNRESPONDSQUICKLY,SIMPLICITYOFOPERATOR,CONFIGURATIONPICTURERICHANDSOON,REDUCEDWORKERSLABORINTENSITY,HADGUARANTEEDTHESEAMLESSSTEELPIPEPRODUCESTHECONTINUITY,RAISEDTHEPRODUCTIONEFFICIENCYGREATLYKEYWORDSSEAMLESSSTEELPIPEREDUCESTHEDIAMETERMACHINECONFIGURATIONWINCCMONITORINGSYSTEM第1章绪论11无缝钢管及无缝钢管生产线简介111无缝钢管生产制造方法简介无缝钢管是用实心管坯经穿孔后轧制的钢管。按生产方法不同可分为冷轧管、冷拔管、挤压管等。无缝管的生产方法很多。无缝钢管根据交货要求，可用热轧约占8090或冷轧、冷拔（约占1020）方法生产。热轧管用的坯料有圆形、方形或多边形的锭、轧坯或连铸管坯，管坯质量对管材质量有直接的影响。热轧管有三个基本工序在穿孔机上将锭或坯穿成空心厚壁毛管；在延伸机上将毛管轧薄，延伸成为接近成品壁厚的荒管；在精轧机上轧制成所要求的成品管。无缝钢管生产有100年的历史。德国人曼尼斯曼兄弟于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机，1891年又发明周期轧管机,1903年瑞士人施蒂费尔（RCSTIEFEL）发明自动轧管机（也称顶头式轧管机），以后又出现了连续式轧管机和顶管机等各种延伸机，开始形成近代无缝钢管工业。20世纪30年代由于采用了三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机，改善了钢管的品种质量。60年代由于连轧管机的改进，三辊穿孔机的出现，特别是应用张力减径机和连铸坯的成功，提高了生产效率，增强了无缝管与焊管竞争的能力。70年代无缝管与焊管正并驾齐驱，世界钢管产量以每年5以上的速度递增。中国1953年后重视发展无缝钢管工业，已初步形成轧制各种大、中、小型管材的生产体系。铜管一般也采用锭坯斜轧穿孔、轧管机轧制、盘管拉伸工艺。自动轧管生产生产无缝钢管的方式之一。生产设备由穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。无缝钢管一般在自动轧管机组上生产。实心管坯经检查并清除表面缺陷，截成所需长度，在管坯穿孔端端面上定心，然后送往加热炉加热，在穿孔机上穿孔。在穿孔同时不断旋转和前进，在轧辊和顶头的作用下，管坯内部逐渐形成空腔，称毛管。再送至自动轧管机上继续轧制。最后经均整机均整壁厚，经定径机定径，达到规格要求。利用连续式轧管机组生产热轧无缝钢管是较先进的方法。若欲获得尺寸更小和质量更好的无缝管，必须采用冷轧、冷拔或者两者联合的方法。冷轧通常在二辊式轧机上进行，钢管在变断面圆孔槽和不动的锥形顶头所组成的环形孔型中轧制。冷拔通常在05100T的单链式或双链式冷拔机上进行。挤压法即将加热好的管坯放在密闭的挤压圆筒内，穿孔棒与挤压杆一起运动，使挤压件从较小的模孔中挤出。此法可生产直径较小的钢管。112无缝钢管用途无缝钢管用途很广泛。一般用途的无缝管由、低合金结构钢或合金结构钢轧制，产量最多，主要用作输送流体的管道或结构零件。无缝钢管根据用途不同分三类供应A、按成分和性能供应；B、按机械性能供应；C、按压试验供应。按A、B类供应的钢管，如用于承受液体压力，也要进行水压试验。113无缝钢管种类无缝钢管按生产方法不同可分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管等。无缝钢管按外形分类有圆形管、异形管之分。异形管除方形管和矩形管外，还有椭圆管、半圆管、三角形管、六角形管、凸字形管、梅花形管等。无缝钢管按材质的不同，分为普通碳素结构管、低合金结构管、优质碳素结构管、合金结构管、不锈管等。按专门用途分，有锅炉管、地质管、石油管等。114无缝钢管物理性能检测按机构性能供应的国产无缝管，普通碳素钢按GB/T70088的甲类钢制造但必须保证含硫量不超过0050和含磷量不超过0045，其机械性能应符合GB816287表内所规定的数值。按水压试验供应的国产无缝管必须保证标准所规定的水压试验。进口无缝管的物理性能检验按合同规定的有关标准进行。12无缝钢管生产线简介121热轧无缝钢管圆管坯加热穿孔三辊斜轧、连轧或挤压脱管定径（或减径）冷却矫直水压试验（或探伤）标记入库轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切割机的切割加工成长度约为1米的坯料，并经传送带送到熔炉内加热。钢坯被送入熔炉内加热，温度大约为1200摄氏度。燃料为氢气或乙炔。炉内温度控制是关键性的问题圆管坯出炉后要经过压力穿孔机进行穿空。一般较常见的穿孔机是锥形辊穿孔机，这种穿孔机生产效率高，产品质量好，穿孔扩径量大，可穿多种钢种。穿孔后，圆管坯就先后被三辊斜轧、连轧或挤压。挤压后要脱管定径。定径机通过锥形钻头高速旋转入钢胚打孔，形成钢管。钢管内径由定径机钻头的外径长度来确定。钢管经定径后，进入冷却塔中，通过喷水冷却，钢管经冷却后，就要被矫直。钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。122冷轧无缝钢管圆管坯加热穿孔打头退火酸洗涂油（镀铜）多道次冷拔（冷轧）坯管热处理矫直水压试验（探伤）标记入库。冷拔（轧）无缝钢管的轧制方法较热轧（挤压无缝钢管）复杂。它们的生产工艺流程前三步基本相同。不同之处从第四个步骤开始，圆管坯经打空后，要打头，退火。退火后要用专门的酸性液体进行酸洗。酸洗后，涂油。然后紧接着是经过多道次冷拔（冷轧）再坯管，专门的热处理。热处理后，就要被矫直。钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等，并由吊车吊入仓库中。123无缝钢管生产线各部分介绍穿孔机常用的二辊斜轧穿孔过程。圆管坯穿轧成空心的厚壁管（毛管），两个轧辊的轴线与轧制线构成一个倾斜角。近年来倾斜角已由612增至1317,使穿孔速度加快。生产直径250MM以上钢管，采用二次穿孔,以减少毛管的壁厚。带主动旋转导盘穿孔、带后推力穿孔、轴向出料和循环顶焊等新工艺也取得一定的发展,从而强化了穿孔过程,改进了毛管质量。自动轧管机把厚壁毛管轧成薄壁荒管。一般经23道次，轧制到成品壁厚,总延伸率约为1822。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，都提高了生产效率，实现了轧管机械化。均整机结构与穿孔机相似。均整的目的在于消除内外表面缺陷和荒管的椭圆度，减少横向壁厚不均匀。近年采用三辊均整机，提高了均整机变形量和均整效率。定径机由312架组成，减径机由1224架组成，减径率约达328。50年代出现的张力减径机,在整辊速和减径的同时，以适当的张力控制壁厚。新型张力减径机一般用三辊式，有1828架，最大减径率达80，减壁率达44，出口速度达每秒18MM。张力减径机有两端增厚的缺点，可用“头尾端部突加电气控制”或微张力减径消除。自动轧管机组常用系列有外径为100MM、140MM、250MM和400MM四种,生产外径17426MM钢管。机组的特点是在穿孔机上实现主要变形，规格变化较灵活，生产品种范围较广。由于连续轧管技术的发展，已不再建造140MM以下的机组。连续轧管生产生产设备由穿孔机、连续轧管机、张力减径机组成。圆坯穿成毛管后插入芯棒，通过79架轧辊轴线互呈90配置的二辊式轧机连轧。轧后抽芯棒，经再加热后进行张力减径,可轧成长达165M的钢管。140MM连续轧管机组年产4060万吨，为自动轧管机组的24倍。这种机组的特点是适于生产外径168MM以下钢管,设备投资大,装机容量大,芯棒长达30M,加工制造复杂。70年代后期出现的限动芯棒连续轧管机（MPM）,轧制时外力强制芯棒以小于钢管速度运动，可改善金属流动条件，用短芯棒轧制长管和大口径钢管。周期轧管生产以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管,然后在带有变直径孔槽的周期轧管机上,轧辊转一圈轧出一段钢管。周期轧管机又称皮尔格尔（PILGER）轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧制大直径的厚壁钢管和变断面管。三辊轧管生产主要用于生产尺寸精度高的厚壁管。这种方法生产的管材，壁厚精度达到5，比用其他方法生产的管材精度高一倍左右。60年代由于新型三辊斜轧机（称TRANSVAL轧机）的发明，这种方法得到迅速发展。新轧机特点是轧到尾部时迅速转动入口回转机架来改变辗轧角，从而防止尾部产生三角形，使生产品种的外径与壁厚之比，从12扩大到35，不仅可生产薄壁管，还提高了生产能力。顶管生产传统的方法是方坯经水压穿孔和斜轧延伸成杯形毛管，由推杆将长芯棒插入毛管杯底，顺序通过一系列孔槽逐渐减小的辊式模架，顶轧成管。这种生产方法设备投资少，可用连铸坯，能生产直径达1070MM、壁厚到200MM的特大特厚的管，但生产效率低,壁厚比较厚，管长比效短。出现CPE法的新工艺后,管坯经斜轧穿孔成荒管，收口后顶轧延伸成管，克服了传统方法的一些缺点，已成为无缝管生产中经济效益较好的方法。挤压管生产首先将剥皮圆坯进行穿孔或扩孔，再经感应加热或盐浴加热，并在内表面涂敷润滑剂送入挤压机,金属通过模孔和芯棒之间环状间隙被挤成管材。主要用于生产低塑性的高温合金管、异型管及复合管、有色金属管等。这种方法生产范围广，但产量低。近年来，由于模具材料、润滑剂、挤压速度等得到改进，挤压管生产也有所发展。导盘轧管生产又称狄塞耳DIESSEL法。穿孔后带长芯棒的毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机，只是固定导板改成主动导盘。由于用长芯棒生产，管材内壁光滑，且无刮伤；但工具费用大，调整复杂。主要用于生产外径150MM以下普通用途的碳素钢管。目前使用较少，也无很大的发展前景。旋压管生产将平板或空心毛坯在旋压机上经一次或多次旋压加工成薄壁管材。管子精度高，机械性能好，尺寸范围广，但生产效率低。主要用于生产有色金属管材，但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外，多用于军事工业。70年代，采用强力旋压法已能生产管径达6000MM、直径与壁厚之比达10000以上的大直径极薄圆管和异形管件。冷轧、冷拔管生产用于生产小口径薄壁、精密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧,其延伸率可达68。60年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向发展。此外，小辊式冷轧管机也得到发展。主要用于生产壁厚小于1MM极薄精密管材，冷轧设备复杂，工具加工困难，品种规格变换不灵活；通常采用冷轧、冷拔联合工艺。13减径机简介减径机是热轧无缝钢管生产中的关键设备之一，它使毛管在微张力状态下实现减径，以得到多种规格的成品钢管。现代减径机的机架结构一般采用三辊形式，分别用12台或14台直流电机进行拖动控制，它的两个主要作用是减径和改变壁厚，即通过相互紧靠及串列的机架序列使钢管的外径递减，同时利用该序列中轧制速度差在钢管上形成纵向拉应力即张力，通过控制张力的大小来使钢管壁厚按要求值变化。减径后的钢管外表面光洁、无划痕具有一定的真圆度，进一步提高了钢管外表面质量。14冷床简介冷床，是冶金轧钢行业对轧制产品（螺纹钢、园钢、钢管等）有效进行冷却的工作台面。分类冷床主要有拔齿式冷床、齿条步进式冷床、拨爪式冷床、运载链式冷床、滚盘式冷床等。组成冷床由机械传动系统、水冷却系统、冷床工作台面、固定支架等方面组成。工作原理将已轧制成型产品通过辊道输送进入冷床，再由齿条步进式拔齿等形式，将排列在冷床上的工件逐步移向冷床顶端，达到了工件的冷却效果。主要用途该冷床设备主要用于轧后钢板在线缓慢自然冷却。在型材生产线上，冷床对型材还具有预弯曲功能，防止型材在自然冷却过程中因各处质量不等导致出现不规则弯曲。应用领域冷床主要应用在钢铁行业、冶金行业等。15工业监控系统随着计算机技术的发展，结合PC技术的工业自动化控制系统，使传统工业生产的模式发生了根本的改变，因此基于PC技术的工业监控系统越来越多的被用于工业自动化生产。工业生产现场往往非常恶劣，单纯依靠技术人员对现场数据进行采集处理，一旦数据变化速度快或者数据量大就难以满足工业控制的实时性要求。然而仅仅实现对现场设备的控制已经无法满足工业自动化的更高要求，在对现场设备进行控制的同时实现对其运行状况的实时监视才具备更多的实际意义，因此对工业现场进行自动检测控制和监视管理的工业监控系统应运而生。单独用可编程控制器构成的传统工业监控系统有着严重的局限性，主要表现为无法显示各种实时图形，无法显示汉字和打印汉字报表，无法大量存储数据，没有良好的用户界面。计算机具有强大的运算、存储、逻辑判断等信息加工能力，从它诞生开始就被应用到控制系统中，特别是微处理器的出现，进一步扩大了计算机的应用范围。随着通用工业监控技术的发展，在计算机上配以自动化组态软件可更直观、更方便地对生产过程进行监视和控制，充分发挥计算机的复杂数据运算处理、报表统计和图形显示能力，同时极大弥补工业监控领域用一台或数台超大型可编程控制器包揽全局的不足。因此，工业监控系统己经逐渐发展为计算机监控系统。工业监控系统是以计算机为基础用于生产过程自动监控的自动化系统，在对现场设备进行监视和控制的同时，实现数据采集、设备测量与控制及各类信号报警等各项功能。随着计算机技术、网络技术、控制技术的不断发展，监控系统自诞生之日发展到今天，共经历了五代基于不同软硬件的发展阶段。1集中式监控系统以单板机为控制装置，与上位机通过串口相连，所有模块集中在若干个机柜中，这种系统技术比较落后，不符合分布、开放趋势。2基于模拟仪表的监控系统以“集散式控制系统DCSDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM”为理论基础，采用成熟的模拟仪表，以“传感器、变送器、控制器和执行机构，为系统模型构成，这类系统开放性不足，系统维护和升级都不便。3基于智能仪表的监控系统一般由监控主机、CPU模块、IO模块、智能仪表、带电执行机构、MODBUS网络等组成。4基于现场总线的监控系统现场总线控制系统FCSFIELDBUSCONTROLSYSTEM运用数字通信、计算机、自动控制、网络、智能仪表等先进技术，具有全分散、开放性、全数字化、智能、双向、互联、多接点、多分支等特点，现场总线标准有CAN，LONWORKS，WORLDFIP等。5基于计算机网络的监控系统FO设备直接连到以太网或连到与以太网兼容的UO数据集中器上，保留以太网的物理层及数据链路层协议，应用层使用现场总线定义的协议。随着科学技术的不断进步，现代工业的生产技术、工艺过程日趋复杂，生产设备和装置的规模也不断扩大，企业生产自动化的要求越来越高，早期传统的、封闭式的、专用的工业监控系统己显得力不从心。而传统的DCS由于采用专用网络、专用的控制设备、专用软件，使得系统造价高，开放性不足，软件维护和升级不便。监控系统以基于现场总线和基于工业以太网为发展趋势，由于PLC具有优良的向下分布式FO能力支持远程FO以及现场总线网络、向上高速连接能力支持高速网络，因而越来越多的监控系统是基于PCPLC结构开发的。16课题研究的目的和意义本文以西门子公司的WINCC软件平台为基础的监控系统，目的是实现对无缝钢管生产线中减径机系统的实时控制与管理，意义是对故障响应快，操作简单，组态画面丰富等，减少了工人的劳动强度，保证了无缝钢管生产的连续性，大大提高了生产效率。第2章组态软件21组态软件概述“组态”的概念是伴随着集散控制系统DCS的出现及计算机控制技术的日趁成熟才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的，并随着DCS商品化而发展起来的。目前自动化产品呈现出智能化、小型化、网络化、PC化、低成本的发展趁势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。使得自动化系统的“水平”和“垂直”集成变得更加容易。监控组态软件己经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统中的重要组成部分。组态的含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集SUPERVISORYCONTROLANDDATAACQUISITION,SCADA的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，人机界面HMIHUMANMACHINEINTERFACE或MMIMANMACHINEINTERFACE是其主要内涵，即主要解决人机图形界面的问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I0设备的广泛支持已经成为它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件会不断被赋予新的内容。上世纪80年代末WONDERWARE公司在世界上推出第一个商品化的组态软件INTOUEH，短短的十多年，监控组态软件在全球迅猛发展，目前世界组态软件达到几十种之多，知名的有FIX，HTOUCH,CIMPLICITY,LABVIEW,WINCC，KINGVIEW等。现今仅WONDERWARE公司组态软件的全球装机量就有上百万套。组态软件之所以得到用户和DCS厂商的青睐，主要有2个原因1个人计算机操作系统日趁稳定可靠，实时处理能力增强且价格便宜。2个人计算机的软件及开发工具丰富，使得组态软件功能强大，开发周期相应缩短，软件升级和维护相对方便容易。22监控组态软件特点组态软件与传统的工业控制软件相比，有其自身的特点1组态软件的最突出特点是实时多任务。例如，数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理和实时通信等多个任务要在一台计算机上同时进行；2延续性和可扩充性。用组态软件开发的应用程序，当现场包括硬件设备或系统结构或用户需求发生改变时，不需要做很多修改就能方便完成软件的更新和升级；3封装性。组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术就能很好完成一个复杂工程所要求的所有功能；4通用性。每个用户根据工程实际情况，利用组态软件提供的底层设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、运行报警和报表输出功能的工程；5接口开放。组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备，向下能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，并提供多种系统接口；6安全性和可靠性。在计算机和数据采集控制设备正常工作的情况下，组态软件系统能够连续不问断的安全可靠工作并兼具故障诊断和故障恢复功能。23组态软件构成在组态软件中，通过组态生成的一个目标应用项目在计算机硬盘中占据唯一的物理空间，可以用唯一的一个名称来标识，就被称为一个应用程序。在同一计算机中可以存储多个应用程序，组态软件通过应用程序的名称来访问其组态内容，打开其组态内容进行修改或将其应用程序装入计算机内存投入实时运行。无论是美国WONDERWARE公司推出的世界上第一个监控组态软件INTOUCH还是现在的各类组态软件，从总体结构上看，一般都是由系统开发环境与系统运行环境两大部分组成。1系统开发环境是监控系统设计人员为实施其控制方案，在组态软件支持下进行应用程序的系统生成工作所依赖的集成开发平台。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如IO通信组态程序、图形界面组态程序等。2系统运行环境将目标应用程序装入计算机内存并投入实时运行，同时将开发环境下定义的图形组态、控制组态等与实时数据库中的数据联系起来实时反映现场工程运行状况的动画效果。系统运行环境由若干个运行程序组成，如通信IO运行程序、图形界面运行程序等。系统开发环境与运行环境相对独立，维系两者的纽带是实时数据库，如图21图21系统开发环境与运行环境关系图24常用组态软件对比介绍随着工业控制系统MIS管理信息MANAGEMENTINFORMATIONSYSTEM和CIMS计算机COMPUTERINTEGRATEDMANUFACTURINGSYSTEM的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍。集成制造系统，系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。INTOUCHWONDERWARE的INTOUCH软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于WINDOWS31的INTOUCH软件曾让我们耳目一新，并且INTOUCH提供了丰富的图库。但是，早期的INTOUCH软件采用DDE方式与驱动程序通信，性能较差，最新的INTOUCH70版已经完全基于32位的WINDOWS平台，并且提供了OPC支持。FIXINTELLUTION公司以FIX组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，FIX6X软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序需单独购买。INTELLUTION将自己最新的产品系列命名为IFLX，在IFIX中，INTELLUTION提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6X版本并不完全兼容。原有的SCRIPT语言改为VBAVISUALBASICFORAPPLICATION，并且在内部集成了微软的VBA开发环境。遗憾的I/O通讯组态程序图形界面组态程序数据报表组态程序故障报警组态程序控制策略组态程序系统开发环境实时数据库I/O通讯运行程序图形界面运行程序数据报表运行程序故障报警运行程序系统开发环境控制策略运行程序是，INTELLUTION并没有提供61版脚本语言到VBA的转换工具。在IFIX中，INTELLUTION的产品与MICROSOFT的操作系统INTELLUTION也是OPCOLEFORPROCESSCONTROL组织的发起成员之一。IFIX的OPC组件和驱动程序同样需要单独购买。CITECHTIT公司的CITECH也是较早进入中国市场的产品。CITECH具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。CITEEH提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发，但与IFIX不同的是，EITECH的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于C语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。WHACCSIMEM的WINCC也是一套完备的组态开发环境，SIMENS提供类C语言的脚本，包括一个调试环境。WINCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统WINCC的结构较复杂，用户最好经过SIMENS的培训以掌握WINCC的应用。组态王组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司更早的品牌多数已经湮灭。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。CONTROX开物华富计算机CONTROX2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告OPC组织的软件开发商，CONTROX内建OPC支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持ACTIVCX组件和插件的即插即用，并支持通过ODBC连接外部数据库。CONTROX同时提供网络支持和WEVSERVER功能。FORCECONTROL力控大庆三维公司的FORCECONTROL力控从时间概念上来说，力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着删OWS31的流行，又开发出了16位WINDOWS版的力控。但直至WINDOWS95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的10版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在19992000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的20版在功能的丰富特性、易用性、开放性和IO驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设计上，力控都能从国内用户的角度出发，即注重实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。25组态软件的功能特点发展方向目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能比如，几乎所有运行于32位WINDOWS平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统PC技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。1数据采集的方式大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。然而，在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的OLEDCOM技术，提供了在分布式系统OPC的系统SERVER，数据请求者作为客户CLIENT，服务器和客户之间通过DCOM接口进行通信，而无需知道对方内部实现的细节。由于COM技术是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户可以由不同的厂商提供。在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部效能，而作为客户的组态软件可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统MIS等提供数据。OPC现在已经得到了包括INTERLLUTION、SIMENS、GE、ABB等国外知名厂商的支持。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集必将成为组态中更合理的选择。2脚本的功能脚本语言一扩充组态系统CBASIC语言二采用微软的VBA的编程语言；三有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。类CBASIC语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统IFTHENELSE的语句结构，不提供循环控制语句，为书写脚本程序带来了一定的困难。微软的VBA是一种相对完备的开发环境，采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术，把组态系统VBA的程序对这些对象进行访问。由于VISUALBASIC是解释执行的，所以VBA程序的一些语法错误可能到执行时才能发现。3组态环境的可扩展性可扩展性为用户提供了在不改变原有系统ACTIVEX组件的应用，目前还只有少数组态软件能提供完备的ACTIVEX组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。增加功能最常用的手段是中的对象可以通过其属性和方法进行访问，比较容易学习、掌握和扩展，但实现比较复杂。中的对象以组件方式实现，使用提供的函数调用组合完成各种系统功能。应该指明的是，多数采用这种方式的国内组态软件，对脚本的支持并不完善，许多组态软件只提供功能的重要手段。因此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。4组态软件的开放性随着管理信息ODBC将数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数情况下，仍然需要进行再开发才能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与管理信息或领导信息的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。系统系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供。5对INTEMET的支持程度现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。INTEMET将是实现分布式生产的基础。组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持INTEMET，是摆在所有组态软件开发商面前的一个重要课题。限于国内目前的网络基础设施和工业控制应用的程度，笔者认为，在较长时间内，以浏览器方式通过INTEMET对工业现场的监控，将会在大部分应用中停留于监视阶段，而实际控制功能的完成应该通过更稳定的技术，如专用的远程客户端、由专业开发商提供的ACTIVEX控件或JAVA技术实现。6组态软件的控制功能随着以工业PC为核心的自动控制集成系统PLC，先进过程控制策略等。技术的日趋完善和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软PLC产品是基于PC机开放结构的控制装置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能，通过一个多任务控制内核，提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种IO系统PLC提供了与硬PLC同样的功能，而同时具备了PC环境的各种优点。目前，国际上影响比较大的产品有法国CJINTERNATIONAL公司的ISAGRAF软件包、PCSOFTINTEMATIONAL公司的WINPLC、美国WIZDORACONTROLINTELLUTION公司的PARADYM31、美国MOOREPROCESSAUTOMATIONSOLUTIONS公司PROCESSSUITE、美国WONDERWARECONTROLS公司的INCONTROL、SOFTPLC公司的SOFLPLC等。国内推出软PLC产品的组态软件还不见有，国内组态软件要想全面超过国外的竞争对手，就必须搞创新，推出类似功能的产品。随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。先进过程控制ADVANCEDPROCESSCONTROL，APE是指一类在动态环境中，基于模型、充分借助计算机DCS厂商都在竟相开发先进控制和优化控制的工程软件包。据资料报道，一个乙烯装置投资163万美元实施先进控制，完成后预期可获得效益600万美元年。从上可以看出能嵌入先进控制和优化控制策略的组态软件必将受到用户的极大欢迎。能力，为工厂获得最大理论而实施的运行和控制策略。先进控制策略主要有双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制及软测量技术、智能控制专家控制、模糊控制和神经网络控制等，尤其智能控制已成为开发和应用的热点。用户的需求促使技术不断进步，在组态软件上这种趋势体现得尤为明显。未来的组态软件将是提供更加强大的分布式环境下的组态功能、全面支持ACTIVEX、扩展能力强、支持OPC等工业标准、控制功能强、并能通过INTERNET进行开放式的访问。26组态软件与监控系统的关系随着工业控制系统由集中型控制系统发展到计算机技术的引入，到目前分散型工业控制系统的大规模应用与发展，市场上对工业控制系统的应用规模日益扩大，要求也日渐多样化。现代工业监控系统不仅要能实时采集现场数据，直接对生产设备进行现场控制，而且还要在远离现场的中央控制室逼真地反映工业现场的真实运行状态，对系统的各种状态进行检测和进行相应的控制操作。人们对工业自动化的要求越来越高，使得工业控制软件在工业控制领域中变得日益重要。然而种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得软件编程量大、开发周期长、开发成本高的传统工业控制软件己经无法满足用户的各种需求。在这种背景之下，工业监控组态软件作为种崭新的工业控制软件孕育而生，并以其灵活的组态工具、开放式的结构、良好的人机交互界面、高度的可靠性广泛地应用于现代工业监控系统之中。在一个自动化监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备如PLC、智能仪表、DCS等洪同构成快速响应控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态并执行，也可以在PC上组态，然后下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定，如图22所示。图22监控组态软件在监控系统中的位置监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成下面6项任务。（1）查看生产现场的实时数据及流程画面；（2）自动打印各种实时历史生产报表；（3）自由浏览各实时历史趁势画面；（4）及时得到并处理各种过程报警和系统报警；（5）在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；（6）与管理部门计算机联网，为MIS提供生产实时数据。第3章西门子WINCC介绍31西门子WINCC概述西门子公司的W1NCC是WLNDOWSCONTROLCONTER视窗控制中心的简称。它集成了SCADA、组态、脚本SCRIPT语言和OPC等先进技术，为用户提供了WINDOWS操作系统W1NDOWS2000或XP环境下使用各种通用软件的功能。WINCC继承了西门子公司的全集成自动化TIA产品的技术先进和无缝集成的特点。WINCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WINCC的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可将WINCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。WINCC因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景。借助于模块化的设计，能以灵活的方式对其加以扩展。它不仅能用于单用户系统，而且能构成多用户系统，甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。WINCC集生产过程和自动化于一体，实现了相互间的集成。海纳百川，有容乃大。HMI/SCADA软件系统的发展史，就是近30年来气势恢弘的工业自动化系统、软件工业及IT技术发展史的缩影。无论是平台的变迁，还是技术的更迭，现代HMI/SCADA系统都折射出同时代工业自动化系统和软件工业的最先进技术。从工业自动化系统的发展来看，PLC技术、总线和通讯技术、诊断技术等，早已成为HMI/SCADA软件的核心技术；从软件工业和IT技术的发展来看，客户机/服务器系统、瘦客户机、WEB技术、组件技术、数据库技术、软件冗余技术乃至方兴未艾的XML和NET技术等，都已深深地渗透HMI/SCADA软件开发、工程实施及运行的各个阶段。西门子公司的HMI/SCADA软件系统WINCC，正是这样的系统。它帮助我们站在了自动化技术与软件和IT技术融合的峰顶浪尖上，让我们同时享受到二者的无限风光。纵观WINCC系统的特点，我们可以