西门子WINCC冗余系统在轧钢生产线的应用_图文

1、西门子W INCC 冗余系统在轧钢生产线的应用丁国峰 刘任栋(承德建龙钢铁有限公司 河北承德067000摘要 介绍了W I NCC 冗余系统在轧钢厂生产线的实际应用, 详细说明了系统的网络组态、参数设置、调试步骤和简单维护, 并且以实际应用证明了W I NCC 冗余系统在自动化控制系统里的优势。关键词 W i nCC 服务器 冗余 客户机Application of Sie m ens Si m atic W i nCC R edundancy Control Syste m i n Rolled Steel L ineD ing Guo feng L i u R endong(Chengde

2、 Jianlong Iron &Stee lCo . , L t d . , H ebe i 067000AB STRACT A pp licati on of SI MAT I C W i nCC redundancy contro l system ro lled steel li ne is i ntroduced , the confi gurati on of this contro l syste m, pre ferences , and debug strategy and m a i ntenance i n s i m p l eness are d i scuss

3、ed . T h i s d isqu i sition proves tha t predom i nance o f S I M AT IC W i nCC redundancy contro l syste m i n roboticized contro l sys te m.K EY W ORDS W i nCC Serve r R edundancy C lient1 项目简介承德建龙钢铁公司轧钢厂大规格棒材生产线, 是以西门子S7-300PLC 、S7-400PLC , W inCC 作为基础自动化控制核心器件。其中生产线主程序和上位系统就非常有代表性。轧钢厂生产线于2006年投

4、产, 目标是建成年产棒材80万吨, 工艺设备水平一流、产品质量一流的生产线。全线可以分为加热炉区、主轧区、冷床区和精整区四大部分及原料、成品供应运输辅助系统组成。W i nCC 冗余系统负责为主轧区、冷床区、精整区提供PLC 数据服务, 是典型的自动化集中控制。主轧区由粗轧机组、中轧机组、精轧机组、三套飞剪系统和其他辅助设备构成, 完成热钢坯的轧制作业。主轧区轧制范围是 25mm 110mm 。该部分是全线的核心, 可以说加热炉区的所有设备都是为了保证主轧区平稳、顺利的运行。冷床区由裙板、冷床、冷剪系统和其他辅助设备构成, 完成棒材的降温、定尺。精整区由收集链、打捆、称重和部分天车组成, 完成

5、棒材的成品质量检查、包装和存放。2 PLC 控制程序系统的构成整个轧线控制程序系统可以分为精整、轧线主辅和飞剪三个子系统。采用西门子的STEP 7编程软件进行编程。人机界面(HM I -H u m an M achine Inter face 是在W i nCC V 5. 1平台上开发的, 采用了Serv er-C lien t(服务器-客户机 模式, 为了提高系统的可靠性降低停机时间使用了冗余功能。PLC 框架、W i nCC Servers /Cli ents 及具有以太网功能的单体设备之间采用10M /100M /1000M 以太网连接, 根据设备间的距离远近分别采用光缆、双绞线连接,

6、形成环网模式, 具备冗余功能。该系统的最大特点就是设备点多、面广, 工艺复杂, 需要大量的参数设定、状态监控、设备操作。如果采用传统的硬件操作台点进行控制则很不直观, 而且也需要非常大的硬件投入。所以采用HM I(人机界面 操作为主,Ex tra Editi on 2009冶 金 设 备M ETALLU RG IC A L EQU IP M ENT2009年增刊作者简介:丁国峰, 男, 1979年出生, 工程师, 毕业于沈阳农业干部管理学院操作台操作为辅的方式, 即只有线路起停控制在操作台上, 几乎所有其他操作、状态显示、故障诊断、事件记录、过程数据归档等都在HM I 上实现。这样既节省了大量

7、的硬件投入, 同时也提高了系统的直观易用性, 随着硬件线路的减少相应的故障率、维护量也可以大幅度的降低。但是由此也带来了一个问题, 那就是整个生产线的控制非常依赖于HM I 系统, 即W INCC 服务器系统。3 W i nCC 冗余系统的设置与实现轧钢厂轧线上位采用W in CC 服务器, 下设客户端的形式进行生产控制。它一方面和PLC 直接通讯采集、设定数据, 另一方面和客户机通讯发布画面和数据。而客户机上的画面是本机的, 其中的所有数据全部来自服务器。轧钢厂投产初期只使用一台服务器, 这样的优势是做系统开发时只需要在服务器开发一套系统, 就可以发布给所有的客户机共享, 而且数据管理和维护

8、更合理和方便, 可以把管理级和过程级清晰的分开。但是缺点也是很明显的, 那就是一旦服务器发生故障, 则整个控制级就无法正常工作, 整个生产线就要停产。为解决这一问题, 服务器采用一台在线、一台备用形式, 但没有形成冗余。一旦在线服务器出现问题必须由人为将网线换到备用服务器上, 并且客户机W i nCC 画面需要重新激活才能正常使用。这种方式不但维护不便而且会对生产造成极大影响。如图1所示, 如果两台服务器做成冗余, 使他们互为热备。运行期间, 两台服务器相互监控, 可以及时的发现对方是否进入故障状态, 如果主服务器发生故障, 则所有的客户机自动切换到仍然正常的从服务器, 从而保证所有客户机总可

9、以进行对自动化系统的监视和操作。W i nCC 就提供了这样的解决方案即W in CC 冗余系统。图1 冗余系统组态在主服务器发生故障期间, 正常的从服务器继续完成系统内的信息、过程数据归档和记录; 当修复故障的主服务器正常投入后, 故障期间的归档记录会自动复制到恢复后的主服务器, 从而保证了服务器数据的完整和连续。这一过程也称作恢复后同步。同时在服务器进行维护的时候, 不必停止生产。即在不影响生产的情况下就可以进行主服务器的正常维护和维修。4 冗余系统的基本需求1 服务器需要安装W i ndo w s 2000Se rver 版, W i nCC 项目配置为多用户模式(Multi-user2

10、 系统要求工作在时钟同步方式下。最好整个系统包括过程级和控制级都进行时钟同步, 最少要在过程级进行时钟同步。如果控制级也要进行时钟同步, 则需要安装W i nCC 的! T i m e synchron ization 选项。3 从PLC 来的报警信息必须包含时间帧信息, 在PLC 程序内用报警块触发信息就包含时间帧信息。4 两个服务器必须分别连接到PLC , 这样下级的过程数据和信息可以并行的传送到服务器。5 两个服务器都需要安装W i nCC ! R edundancy (冗余 选项。6 两个服务器在功能的配置上需要完全相同。7 每一个用户归档都要指定唯一的字段用来保存最后变化的时间。5

11、冗余系统的安装按照安装光盘的安装步骤进行安装, 只是在选择组建服务时增加! 冗余等系列选项, 安装完成后进行授权安装即可。6 冗余系统的组态冗余系统的前期开发和多用户系统的开发是完全一样的, 只是在系统投入运行时要进行适当的组态。具体的设置过程如下:1 如图2所示, 右击W i nCC 资源管理器的冗余(R e dundancy 选项点击打开, 打开冗余组态界面, 激活冗余配置, 进行相关设置, 而后点击确定退出。图2 冗余选项设置打开冗余(R edundancy 配置环境时, 在! 服务(serv er:的输入框内系统会自动输入当前计算机名, 此时除! 冗余伙伴服务器外其他都不可以操作。激活

12、! 冗余伙伴服务器选择框, 其他选项才可以操作, 根据自己项目的实际使用要求和情况进行相关的设置即可。如图3所示, 激活同步用户归档。即! 全部用户归档的同步项设置为激活。而后点击确定退出。2 如图4所示, 生成服务器数据。右击! 服务器数据选项点击创建, W i nCC 自动生成以服务器计算机名称为名字的服务器数据。右击该服务器数据选项点击属性, 设置! 符号计算机名称、物理计算机为本机, 系统会冶 金 设 备2009年增刊自动生成冗余计算机名称。而 后点击确定退出。3 为客户机指定首选服务器。配置好主服务器计算机和冗余功能, 产生了服务器数据后, 在客户机资源管理器中右击! 服务器数据然后

13、点击第一项! 装载, 找到主服务器共享项目中的服务器数据信息, 扩展名是! . PCK 。指定需要装载的服务器信息, 点击打开, 客户机自动加载服务器数据。生成服务后点击! 确定退出。为客户机装载服务器数据是确定客户机在服务器上使用的数据。使服务器上的服务数据完全受客户机共享。4 如图5所示, 配置客户机的服务器组态。右击客户机资源管理器的! 服务器数据选项, 点击! 组态为客户机指定首选服务器。对! 物理的、冗余的和首选服务器 选项进行填写设置。图5 客户机服务器选项设置为客户端指定首选服务器是为了更好的平衡服务器的负担, 指定了首选服务器的客户端会自动的优先连接到指定的服务器, 没有指定的

14、则始终连接到主服务器上。一般的, 客户机上设置的物理服务器是主服务器, 首选服务器也是主服务器。5 如图6所示, 组态标准服务器。右击客户机资源管理器的! 服务器数据选项, 点击! 标准服务器为客户 机进行标准服务器组态设置。图6 客户机参数设置为了降低客户机的使用负荷, 达到资源的快速共享。除画面、文本库以外的所有组建都设置为服务器。这样, 可以在服务器上进行各种信息收集, 统一处理后由客户机共享使用, 不过同时也加大了服务器的服务负荷, 要求较高硬件配置。6 如图7所示, 配置好客户机后, 在主服务器上退出W i nCC 管理器, 点击! 开始、! S I M AT IC 、! W i n

15、CC 、! TOOLS 下的! P ro j ect Dup licator 复制出冗余项目到冗余服务器。用! 项目复制器(P roject D up licator 复制冗余项目的好处是可以自动的完成另外一台服务器的冗余配置 同时生产完全相同的项目。图7 复制冗余服务器数据至此W i nCC 冗余项目已经基本设置生成完毕, 加上其他联网辅助设置就可以投入运行了。7 冗余系统的工作过程当服务器都正常时整个系统的运行拓扑如图8所示, 每台客户机PC 都连接到自己的首选服务器。此时服务器A 是主机; B 为从机; 客户机1、2连接到服务器A, 客户机3连接到服务器B 。客户机1物理服务器设置为A,

16、 冗余服务器设置为B , 首选服务器设置为A 。客户机2物理服务器设置为A, 冗余服务器设置为B , 首选服务器没有设置。客户机3物理服务器设置为A, 冗余服务器没有设置, 首选服务器没有设置。服务器A 和服务器B 在历史数据、用户归档、报警变量等设置上都会同时更新数据。当其中一台服务器(如服务器A 发生故障时, 所有的客户机PC 都自动切换到另一台服务器(如服务器B丁国峰等:西门子W I NCC 冗余系统在轧钢生产线的应用2009年增刊上工作, HM I 系统可以正常的运行, 数据能够连续, 而不影响使用。切换完的运行拓扑如图9 所示。当服务器A 维修完成在线后, 客户机1自动连接回服务器A

17、, 客户机2、3仍然连接到服务器B 。服务器B 把更新的数据参数同时传送给服务器A 。从这里也能看出为客户机指定首选服务器的作用。8 服务器的维修和维护因为服务器采用冗余形式对轧线进行数据的收集、整理、分配和传输。所以当进行系统改造和生产工艺调整的时候, 充分显示出冗余的优势, 但同时也增加了维修、维护的精力。1 服务器硬件保养、维护。当服务器硬件运行一段时间后, 会出现灰尘积累、内存使用不足、文件碎片过多等一系列软硬件问题。处理这些问题时, 首先要检查主服务器和备用冗余服务器的运行情况。在主服务器运行正常的情况下, 关闭冗余服务器项目后, 进行冗余服务器的保养和维护。冗余服务器整理完成后激活

18、服务器项目, 在冗余服务器正常工作的情况下进行主服务器的项目关闭, 关闭完成后冗余服务器自动完成替换工作。而后进行对主服务器的保养和维护。整理完主服务器后进行服务器项目激活, 客户机检查到首选服务器运行后, 自动切换和主服务器进行数据交换。2 服务器常见故障的处理。 当主服务器发生数据时间错误时, 客户机会和服务器失去数据的连接。此时人为切断主服务器的网络连接, 服务器系统自动切换到冗余服务器, 然后对主服务器进行项目关闭, 并重新启动计算机或注销操作系统。完成后重新激活主服务器项目, 即可解决问题。#因为是冗余系统, 内存的使用量会每天增长, 直到内存不足时报警或停止服务。加大虚拟内存的体积, 一般设置为物理内存的35倍。最大、最小设置为同一个数。同时关注服务器内存使用量的增长规律, 定期进行操作系统的注销或重启。定期备份服务器项目, 以便快速恢复服务。%由于客户机原因导致和服务器失去数据连接的, 重新启动客户机并激活客户机项目即可解决问题。9 结论2007年10月, W i nCC 冗余系统已经在承德建龙轧钢厂大规格棒材生产线调试完成并且顺利投入运行。经过将近一年的实际运行, 生产状况良好。期间服务器发生过断