Wincc在烟草集控系统中的应用

摘要 ：本文介绍了Wincc 组态软件在烟草监控系统和数据采集系统以及质量分析系统中的应用,并通过B/S结构实现远程实时监控。另外还介绍了冗余结构和C/S结构在烟草监控系统和数据采集系统中的应用。

关键词：Wincc 数据采集 质量分析 冗余结构

一、项目简介

红塔烟草（集团）有限责任公司，创业于1956年，当时是一个小规模的烟叶复烤厂，1959年扩建并改名为玉溪卷烟厂，1995年，玉溪卷烟厂改制为玉溪红塔烟草（集团）有限责任公司。从默默无闻到位于世界前列的现代化跨国烟草企业集团，红塔集团的发展史，就是一部中国民族工业改革创新、自强不息、追赶世界先进水平的演进史。为贯彻红塔集团“提质创新、精细化加工”的工作思路，增强企业的核心竞争力。玉溪卷烟厂提出全面改造制丝加工工艺，以满足精细化加工的要求。作为红塔集团第三轮技术改造的重要组成部分，玉溪卷烟厂制丝二车间用Siemens公司的监控和数据采集软件WINCC V6.0及其相关选件对5000kg/h和12000kg/h两条制丝线的监控系统和数据采集系统进行了全面改造。 改造后的系统在可靠性、安全性以及扩张性都有了很大提高，满足了现代化生产在数据采集分析、质量分析和信息处理等方面的需求。

二、控制系统构成

1、系统结构

整个系统按其功能分为生产管理层、集中监控层和现场设备控制层三层结构，三个层次在功能上相对独立，但在组织结构上又相互依托，有机地组成一个高效、可靠、功能齐备、界面友好的管控一体化系统。

现场设备控制层的中央处理器（S7 CPU414-2DP）向集中监控层计算机发送现场设备状态、生产数据、工艺参数等信息，同时接受来自监控层计算机系统的计划调度信息、配方数据及其它控制命令，向下控制生产线上的所有现场设备，完成具体的生产任务。

集中监控层计算系统向上连接生产管理层计算，获取生产计划、物料调度信息、配方数据信息，向下采集现场设备的状态及各种生产数据，并归档和上报，完成对现场设备的监控操作等。

生产管理层计算系统向上连接厂级MES系统，获取生产管理及调度信息，向下获取生产线上的现场数据，生产计划、物料调度信息、配方数据等。

2、系统配置和网络结构

系统采用SIMATIC WinCC V6.0及相关选件作为操作监控与生产管理软件平台，其结构如下图示。

5T和12T生产线的每个工艺段（超回加料、润叶加料、烘丝加香、风力送丝）各配置一套PLC主机和现场监控操作站，各台主机以现场总线连接本工艺段的远程I/O站，实现本工艺段的设备控制，PLC主机置于主电控柜内，设置于现场。

在中控室为5T线和12T线分别设置两台互为冗余的SCADA服务器，它们与4台PLC主机组成工业以太网（工业以太网介质+Siemens专用工业以太网卡），冗余配置的SCADA服务器负责5T生产线和12T生产线的操作监控及数据采集。另外设置一台工程师站负责对PLC的网络编程及服务器中的软件修改，它们通过以太网与其它计算机相连。

在中控室设置8台SCADA服务器的客户机，作为操作监控站（5T生产线4台，12T生产线4台）；设置2台互为冗余的数据归档服务器，作为长时间、大容量的历史数据和报表数据库；设置1台Web服务器，负责向外提供Web访问服务；设置1台质量分析及设备管理计算机，负责控制过程的质量分析、设备管理并通过Internet向外提供访问服务。上述计算机与SCADA服务器和工程师站通过交换机组成中控室内部以太网。

在Web服务器上应用WINCC WEB NAVIGATOR6.1软件通过中控室内的厂级网络交换机向外提供Web访问服务。

由于以太网三层分段隔离（由现场至中控室的工业以太网、中控室内部的以太网、通过厂级网交换机接入的厂级网）最大限度地保障了生产线内部网络的安全性与可靠性。

该网络拓朴具备最优的扩展能力，为将来其它生产线的改造奠定了基础。

工程师站与各PLC主机编程口的网络采用MPI网，代价低却能提供很好的功能：在正常情况下，工程师站可通过以太网对PLC进行编程，但当PLC CPU或CP网卡故障（如程序意外丢失或死机），则可通过MPI网实施维护；其二，当某台PLC的以太网接口意外故障时，可立即在工程师站上通过MPI网对该生产工艺段进行操作监控。

三、系统完成的功能

系统主要要实现实时的生产监控和数据采集、数据处理和数据分析以及基于WEB的远程监控功能。如下

1、生产监控和数据采集功能

该功能主要在集中监控层实现，运用WINCC6.0软件进行开发对5T和12T生产线的生产过程实施操作监控，并采集重要的生产过程数据和工艺数据，送入归档数据库。操作员可以方便的观察相关工艺曲线，以作出实时响应。另外从生产管理层接收生产任务调度指令及配方参数。经授权后浏览归档数据库中的各种数据。

2、数据处理和数据分析

为了保障数据的完整性和一致性，数据库服务器采用WINCC冗余结构存储来自集中监控层计算机的各种归档数据，对过程归档数据进行处理，生成各种生产报表；通过与厂级MES系统的接口，生产管理系统可以获得技术中心制定的生产指令信息，这些信息保存在本地数据库并可通过监控系统进行维护和查询。这些生产指令信息一方面直接指导制丝线生产，另一方面通过和批次跟踪信息相结合可以为生产计划跟踪和生产统计查询提供依据。另外，质量分析（Quality Analysis）通过对重要工艺参数的实时数据进行筛选，根据算法产生质量分析报表，并作为考核依据。当然，为了更形象直观分析，在Wincc中引入了西门子公司提供的Quality Analyst Activex Controls，通过编程生成X-Bar and Range图和正态分布控制图。

3、基于WEB浏览

为了实现远程浏览和操作，采用了B/S结构，运用WINCC的选件WEB NAVIGATOR 6.1来实现。将WEB服务器作为5TSCADA服务器、12TSCADA服务器和数据库服务器的WINCC客户机，通过局域网向有关职能部门提供数据服务、生产过程浏览服务。出于网络安全考虑，WEB服务器和车间局域网间架设有硬件病毒防火墙，任何WEB客户机访问服务都需经过防火墙。

四、项目运行

自项目运行以来，至今已经五年了，在这期间系统运行相当平稳并且由于SCADA服务器和数据库服务器均采用了冗余结构，因而从未出现影响生产的事故。另外通过质量分析系统对制丝生产线的工艺质量进行严格控制，保障了烟丝的品质，因此该系统深受红塔集团好评并在集团其他分厂得到了推广。