WinCC在热风干燥炉中的应用

WinCC在热风干燥炉中的 应用

张 波

攀钢集团工程技术 有限 公司 修建 分公司 四川攀枝花 617062

【摘要】热风干燥炉是修理电机、变压器的主要设备之一，为提高其干燥质量，更准确的控制温度，某电机修理厂需对原热风干燥炉进行改造。结合对旧炉子的改造，将原有的继电器控制系统改为PLC控制系统，同时为更好地进行人机交互操作，采用了西门子WinCC画面控制。通过WinCC在本次改造过程中的具体应用，使热风干燥炉的操作简单、控制容易、数据记录准确并能长期归档保存，在提高劳动效率、方便维护的同时，达到了提高干燥质量，准确控制干燥温度的目的。

【关键词】热风干燥炉；变量管理；图形编辑；数据归档

1前言

某电机修理厂有两座热风循环干燥炉，用于电机、变压器等绝缘线圈的干燥，是电机、变压器修理过程中的主要环节，其控制过程的精度，直接影响到产修品的质量。从建厂至今，都没有进行过改造，存在着操作麻烦、温度控制不准确等弊端，急需对电气控制部分进行改造。

本次改造，以操作直观简单、数据记录准确易查询、维护简单方便为原则。为此，控制部分选用了西门子S7-300PLC可编程控制系统，由电源、CPU、DI/DO模块以及热电偶模块构成。人机操作界面则采用了WinCC，本文要介绍的就是WinCC在这次改造中的应用。

2设备组成及工艺要求

两座热风干燥炉分别为东炉、西炉，均由炉体、平车、鼓风机、加热及测温元件组成。平车用于运输被干燥物进出炉，采用点动控制，在炉外设有就地操作箱。加热元件置于炉顶，根据需要进行切换。鼓风机用于产生循环热风，减小炉内各点的温差。

根据被干燥物的不同加热过程就不同，通常分为预热、低温及高温三个阶段。为了实现自动控制，各阶段的时间及温度均需按要求自动运行，体现在WinCC中，就是在操作画面上能按工艺要求预先设定各阶段的加热时间和温度，并使PLC接受这些设定值并自动控制。在自动运行中，有时会进行人工干预，跳过某一加热阶段。对任意时刻的设定值和实际值，能够以温度曲线的形式显示并归档。一炉加热完后，能打印该炉的温度曲线，对于历史记录可查询。通讯中断、实际值偏差大及设备故障时，能在画面上显示报警。

3 WinCC的应用

根据工艺要求，先在WinCC编辑器中创建了一个单用户项目。本项目涉及到的WinCC子项目有变量管理器、图形编辑器、变量记录、全局脚本及用户管理器。

3.1变量管理器

在变量管理器内创建了一些内部变量，用于WinCC本地控制和用户名暂存等。S7-300PLC通过CP5611通讯卡组成了一个MPI网络。为此，先在变量管理器内添加了SIMATIC S7 PROTOCOL驱动程序，然后在其下面的MPI通道上新建一个CP5611连接，该连接下新建两个外部变量组，分别用于东炉和西炉。每个变量组内创建了一些二进制、无符号16位数和32位浮点数变量。二进制变量用于指令控制和信号触发，无符号16位数变量用于时间给定和剩余时间显示，32位浮点数变量用于温度设定值、实际值和归档值。PLC程序内创建了两个共享数据块，与WinCC的这两个外部变量组进行数据交换。

3.2图形编辑

根据工艺要求，共编辑了六幅画面，包括：启动画面、查询画面、东炉操作、东炉温度曲线、西炉操作、西炉操作温度曲线。其中，东炉操作和西炉操作，东炉温度曲线和西炉温度曲线，除所连接的变量不同外，画面组成完全一致。

启动画面为WinCC开始运行时的画面，可选择进入东、西炉或操作查询，并有退出运行按钮。

东炉(西炉)操作画面的上部分是工艺画面及显示区域，左下部分是参数设置区，右下部分是操作区。参数设置区可设定预热、低温和高温三个阶段的温度和干燥时间，若无预热和低温阶段，则在相应的时间输入框内输入零即可。操作区的按钮在参数设定值未确定之前，除“转到西炉”、“温度曲线”和“返回”三个按钮外，其余按钮都是不可见的。按F1登录，输入操作员姓名和密码后，方可设置参数，参数设置完毕，确认无误后才有权点击设置区的确定按钮。确定设置参数后，数据输入区颜色变暗，提醒操作员参数已确定，数据已写入PLC(PLC程序内部也保证了一炉只能接受一次数据写入)，同时弹出系统运行和自动/手动选择，操作人员只能选择自动，手动权限供设备维护人员使用，用于单独调试各设备。默认情况下，自动选项已被选中，此时点击系统运行按钮，过程数据开始归档，“系统运行”按钮变为“系统停止”，同时弹出“启动”、“预热跳过”、“低温跳过”三个按钮。若点击启动按钮，则鼓风机和加热元件按设定的顺序自动投入运行，“启动”按钮变为“停止”按钮。若中途需要暂停，点击停止按钮，加热元件和鼓风机先后自动停止运行，此时已干燥时间自动保持，再重新启动后，时间接着累计计算。若中途要跳过某一阶段，则点击相应的跳过按钮。当整个加热干燥过程结束时，点击系统停止按钮，则数据归档，系统运行结束。画面的左上部区域，有每个干燥阶段的剩余时间显示和各种报警消息显示，中部区域有炉内各点测温元件采集回来的温度显示，炉顶的加热元件在通电时变为红色，鼓风机运行时则风机颜色变为绿色，常态均为灰色。

温度曲线画面主要由一个WinCC在线趋势控件组成，它占了画面的绝大部分区域，用于显示实时给定温度和经过PLC运算处理后的实际温度，也可用于历史记录查询，该控件连接了两个过程归档值。画面底部有操作员显示和“打印”、“返回”按钮，当点击打印按钮后，选择的时间段趋势画面将被打印。

操作查询画面，主要由一个WinCC报警控件组成。该报警控件以表格的形式，记录了是哪一位操作员什么时候开始操作及结束，以及他设定的各种参数，可实现历史操作查询。

3.3报警记录

内建了一些消息变量，由项目中的特定变量触发，然后在画面中显示相应的故障信息，如超温、风机故障、通讯中断等。操作查询画面中的报警控件就连接了报警记录中的操作信息。

3.4变量记录

新建了过程值归档，包括东、西炉的实时给定温度和实际温度，采用顺序归档，每10秒钟数据归档一次，数据能保存的年限取决于计算机硬盘的大小。由于温度的变化不是太快，归档周期可以长一些。热风干燥炉不是长期连续运行，每干燥完一炉后，都要间隔一段时间，故数据采集类型选择了“周期-选择”，由特定启动事件触发，在开始干燥时进行过程值归档，干燥结束时自动停止归档，以最大限度地节省硬盘空间。

3.5全局脚本

内建了东、西炉开始/停止归档时的项目动作，以该动作去作为过程数据归档的启动/停止事件。

3.6用户管理器

新建了操作员组和调试员组，每个用户组下都有若干用户，每个用户组都赋予了相应的权限，如操作员就有打印、确认报警、解除报警等权限。画面中的某些按钮操作就是根据用户所具有的权限来设置的，如操作员退出系统就只能退出WinCC并自动关闭计算机，调试人员则可以只退出WinCC运行系统，以便进行编辑修改。

WinCC所有相关项目编辑完成后，在计算机属性的启动菜单栏内，勾选上全局脚本运行系统、报警记录运行系统、变量记录运行系统和图形运行系统，在属性子菜单下的图形运行系统内，设置好相应的运行参数。退出WinCC编辑器，设置该项目为开机自动运行，计算机重新启动后，该WinCC项目自动运行，若PLC控制系统已开始运行，通讯正常，则各种操作和显示画面均正常显示。

4总结

对于事先编制好并经过仿真运行的PLC控制系统程序，在现场结合实际情况经不断地修改、完善，满足了工艺需求和用户的控制要求。经过一段时间的运行证明，WinCC在本次热风干燥炉的电气控制系统改造中得到了成功运用，操作变得直观简单，数据记录准确、方便查询，控制过程稳定、精度提高，维护方便、查找故障容易，达到了改造的预期目的。

参考文献：

[1]姜建芳．西门子WinCC组态软件工程应用技术 [M].北京:机械工业出版社，2015.

[2]王前厚．西门子WinCC从入门到精通[M]. 北京:化学工业出版社，2017．