wincc的36米退火炉人机监控程序设计
摘 要退火炉是钢管生产中进行退火处理的关键设备，钢管的质量直接与退火炉的温度控制有关。因此对退火炉控制系统的研究极其重要。本课题根据退火炉控制的人机交互要求，研究上位机监控系统的设计以及画面的组态。在本课题中，通过对退火炉工艺过程的分析，设计退火炉监控系统的结构与总体方案。采用组态软件Wincc设计退火炉的人机监控程序。人机监控程序具有参数设置、数据监控、报警等功能。通过上位机与下位机的通讯进行联机调试,调试结果表明，设计的功能能够基本符合要求，达到预期的效果。
目 录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景和目的 1
1.2退火炉温度控制的发展趋势 1
1.3人机监控技术的发展趋势 1
1.4工业以太网PROFINET技术 2
1.4.1 PROFINET支持的三种通讯方式 2
1.4.2 PROFINET的优势 2
1.5主要研究内容 3
2.退火炉温度监控系统整体方案设计 4
2.1 退火炉的温度控制要求 4
2.2退火炉的温度控制 5
2.2.1退火炉的温度控制原理 5
2.2.2 退火炉的温度控制算法 5
2.2.3退火炉的温度控制结构图 6
2.3 上位机与下位机的选型 6
2.4上位机与下位机的通讯 7
2.5 PLC控制系统的硬件配置 8
3.退火炉人机监控系统的设计 10
3.1 WinCC软件的简介 10
3.1.1 WinCC软件的组成结构 10
3.1.2 WinCC软件的主要功能 10
3.2 人机监控系统实现功能 11
3.3过程变量的定义 12
3.4监控画面的组态 15
3.5用户权限的设置 24
3.5.1用户管理器的概述 24
3.5.2用户管理器的组态 24
4.项目调试 26
5.总结 27
参考文献 30
致谢 31
1. 绪论
1.1课题的研究背景和目的
r /> 退火炉是一种可以实现传热过程的新型换热设备。伴随着我国工业生产力的快速发展，退火炉在工业领域的各个行业的应用越来越广泛。通过退火可以使钢管的材质软化、改善它的韧性度，得到人们预期的效果。为了改善钢管的质量，应在一定的范围内控制退火炉的炉温与压力。当炉温很低时，钢管将达不到退火的预期效果；当炉温很高时，将导致钢管过热甚至烧毁。目前，我国大多数钢厂温度的控制系统仍比较落后，他们主要依据工人的工作经验，通过手工调节方式来控制炉温。这样落后的温度控制系统很容易受高温、灰尘等影响，使得钢管质量得不到提高，并且制约了企业先进化的发展。针对以上这一问题，本课题采用研华工控机作为上位机，Wincc软件作为组态软件，可以实现对退火炉炉温的实时监控、故障诊断以及报警等功能，并且可以方便操作员在操作室进行监控和控制退火炉的整个退火过程。
1.2退火炉温度控制的发展趋势
退火炉温度控制系统决定了退火工艺的好坏。我国退火炉温度控制系统经历了单片机控制、智能仪表控制、PLC控制阶段。
单片机控制：80年代时，采用单片机控制退火炉的温度，存在操作复杂，温度调节误差大等问题。
智能仪表控制：90年代初，采用智能仪表控制退火炉的温度，将温度分段编程，并采用表盘按键操作控制。操作方便，控制精确，但其扩展性较差。
PLC控制：90年代末，采用PLC控制温度，该控制在计算机控制和继电器控制基础上开发出来。控制灵活方便、扩展性能好、通讯能力强，利用触摸屏控制温度、显示参数，整个控制简单易学。
1.3人机监控技术的发展趋势
人机监控从主观的角度定义，它就是操作者与操作设备之间的一种信息的传达或接收的一种介质。人机监控技术的发展促进了我国工业化技术的发展，我们只有通过了解人机监控的过去才能更加明确它的发展趋势。
最初阶段，设计者往往将研究重点放在了控制电路方面，他们尽可能的将电路做的越简单越好，却忽视了人机界面技术的精简改善，这种思想使得人机监控技术能实现的功能极少，操作人员只能对某一个设备进行简单的启动和停止的动作，并且画面中只能显示该设备的运行状态，阻碍了人机界面的技术的发展。
目前阶段，通过将组态软件与可编程控制器（PLC）的结合，人机监控技术有了很大的提高。设计人员可以通过组态软件来组态控制画面，只需在操作室内就可以进行监控和操作，替代了操作员必须在现场观察曾经大量的开关和指示灯的情况。这一技术的提高减少了操作员大量的复杂操作与空间。并且，随着软件开发者对组态软件的研究，组态软件的功能不断增多，使的监控技术更具有人性化。例如，包含了报警、自动检测故障与恢复等功能。
未来阶段，设计员只需将设备的数据参数直接导入组态软件中，人机监控系统中将直接生成了更为形象、直观的三维立体图，而不需要人为的再进行人机监控画面的组态。人机界面技术的功能将更强、性能更加可靠。
1.4工业以太网PROFINET技术
2002年，PROFINET是PROFIBUS国际组织（PI）推出的一种基于以太网的新型工业以太网标准。基于以太网的标准，可以实现与现场总线系统的无缝集成。它为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，并且，它可以完全兼容工业以太网和PROFIBUS技术。它由分散式现场设备、分布式自动化、满足所有客户需要的统一通信、网络安装、IT集成、现场总线集成组成。
1.4.1 PROFINET支持的三种通讯方式
（1）TCP/IP标准通讯：它是IT领域关于通信协议的标准，其响应时间约100ms的量级，适用于工厂控制级。
（2）实时（RT）通讯：PROFINET提供了一个优化的、基于第二层的实时通讯通道，响应时间约5ms至10ms，适用于传感器与执行器之间的数据交换。
（3）同步实时（IRT）通讯:该通讯在100个节点下响应时间小于1ms,抖动误差小于1ms,可以保证及时、确定的响应。适用于运动控制的高速控制。
1.4.2 PROFINET的优势
（1）PROFINET以PROFIBUS和INTERBUS为基础，将工厂自动化和企业
信息管理层工厂技术融于一体，并且保留了 PROFIBUS的开放性。目前，全世界80%的总线应用可以成功的向下一代以太网现场总线自然过渡。
目 录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景和目的 1
1.2退火炉温度控制的发展趋势 1
1.3人机监控技术的发展趋势 1
1.4工业以太网PROFINET技术 2
1.4.1 PROFINET支持的三种通讯方式 2
1.4.2 PROFINET的优势 2
1.5主要研究内容 3
2.退火炉温度监控系统整体方案设计 4
2.1 退火炉的温度控制要求 4
2.2退火炉的温度控制 5
2.2.1退火炉的温度控制原理 5
2.2.2 退火炉的温度控制算法 5
2.2.3退火炉的温度控制结构图 6
2.3 上位机与下位机的选型 6
2.4上位机与下位机的通讯 7
2.5 PLC控制系统的硬件配置 8
3.退火炉人机监控系统的设计 10
3.1 WinCC软件的简介 10
3.1.1 WinCC软件的组成结构 10
3.1.2 WinCC软件的主要功能 10
3.2 人机监控系统实现功能 11
3.3过程变量的定义 12
3.4监控画面的组态 15
3.5用户权限的设置 24
3.5.1用户管理器的概述 24
3.5.2用户管理器的组态 24
4.项目调试 26
5.总结 27
参考文献 30
致谢 31
1. 绪论
1.1课题的研究背景和目的
r /> 退火炉是一种可以实现传热过程的新型换热设备。伴随着我国工业生产力的快速发展，退火炉在工业领域的各个行业的应用越来越广泛。通过退火可以使钢管的材质软化、改善它的韧性度，得到人们预期的效果。为了改善钢管的质量，应在一定的范围内控制退火炉的炉温与压力。当炉温很低时，钢管将达不到退火的预期效果；当炉温很高时，将导致钢管过热甚至烧毁。目前，我国大多数钢厂温度的控制系统仍比较落后，他们主要依据工人的工作经验，通过手工调节方式来控制炉温。这样落后的温度控制系统很容易受高温、灰尘等影响，使得钢管质量得不到提高，并且制约了企业先进化的发展。针对以上这一问题，本课题采用研华工控机作为上位机，Wincc软件作为组态软件，可以实现对退火炉炉温的实时监控、故障诊断以及报警等功能，并且可以方便操作员在操作室进行监控和控制退火炉的整个退火过程。
1.2退火炉温度控制的发展趋势
退火炉温度控制系统决定了退火工艺的好坏。我国退火炉温度控制系统经历了单片机控制、智能仪表控制、PLC控制阶段。
单片机控制：80年代时，采用单片机控制退火炉的温度，存在操作复杂，温度调节误差大等问题。
智能仪表控制：90年代初，采用智能仪表控制退火炉的温度，将温度分段编程，并采用表盘按键操作控制。操作方便，控制精确，但其扩展性较差。
PLC控制：90年代末，采用PLC控制温度，该控制在计算机控制和继电器控制基础上开发出来。控制灵活方便、扩展性能好、通讯能力强，利用触摸屏控制温度、显示参数，整个控制简单易学。
1.3人机监控技术的发展趋势
人机监控从主观的角度定义，它就是操作者与操作设备之间的一种信息的传达或接收的一种介质。人机监控技术的发展促进了我国工业化技术的发展，我们只有通过了解人机监控的过去才能更加明确它的发展趋势。
最初阶段，设计者往往将研究重点放在了控制电路方面，他们尽可能的将电路做的越简单越好，却忽视了人机界面技术的精简改善，这种思想使得人机监控技术能实现的功能极少，操作人员只能对某一个设备进行简单的启动和停止的动作，并且画面中只能显示该设备的运行状态，阻碍了人机界面的技术的发展。
目前阶段，通过将组态软件与可编程控制器（PLC）的结合，人机监控技术有了很大的提高。设计人员可以通过组态软件来组态控制画面，只需在操作室内就可以进行监控和操作，替代了操作员必须在现场观察曾经大量的开关和指示灯的情况。这一技术的提高减少了操作员大量的复杂操作与空间。并且，随着软件开发者对组态软件的研究，组态软件的功能不断增多，使的监控技术更具有人性化。例如，包含了报警、自动检测故障与恢复等功能。
未来阶段，设计员只需将设备的数据参数直接导入组态软件中，人机监控系统中将直接生成了更为形象、直观的三维立体图，而不需要人为的再进行人机监控画面的组态。人机界面技术的功能将更强、性能更加可靠。
1.4工业以太网PROFINET技术
2002年，PROFINET是PROFIBUS国际组织（PI）推出的一种基于以太网的新型工业以太网标准。基于以太网的标准，可以实现与现场总线系统的无缝集成。它为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，并且，它可以完全兼容工业以太网和PROFIBUS技术。它由分散式现场设备、分布式自动化、满足所有客户需要的统一通信、网络安装、IT集成、现场总线集成组成。
1.4.1 PROFINET支持的三种通讯方式
（1）TCP/IP标准通讯：它是IT领域关于通信协议的标准，其响应时间约100ms的量级，适用于工厂控制级。
（2）实时（RT）通讯：PROFINET提供了一个优化的、基于第二层的实时通讯通道，响应时间约5ms至10ms，适用于传感器与执行器之间的数据交换。
（3）同步实时（IRT）通讯:该通讯在100个节点下响应时间小于1ms,抖动误差小于1ms,可以保证及时、确定的响应。适用于运动控制的高速控制。
1.4.2 PROFINET的优势
（1）PROFINET以PROFIBUS和INTERBUS为基础，将工厂自动化和企业
信息管理层工厂技术融于一体，并且保留了 PROFIBUS的开放性。目前，全世界80%的总线应用可以成功的向下一代以太网现场总线自然过渡。
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