摘 要：針對電解鋁濃相輸送系統，以西門子 公司的 STEP7編程軟件、 WinCC工業組態軟件和EXCEL內嵌的VBA為開發平臺，分別開發了PLC控制系統、上位機監控系統和報表系統。本文介紹了該控制系統軟硬件設計、實現方法。運行結果表明：系統性能穩定，完全滿足了生產的需要。 關鍵詞：S7-400;WinCC;組態軟件;EXCEL VBA;濃相輸送 Abstract: For the Dense Phase Transportation system of the electrolytic aluminum, the Siemens STEP7, WinCC and EXCEL VBA are adopted to develop the PLC control system, the PC monitor system , and the report system respectively. The design and implement methods of software and hardware of the system are introduced in this paper. The running result shows that the system is very stable, and can fully meet the needs of production. Keywords: S7-400;WinCC;Configuration Software;EXCEL VBA;Dense Phase Transportation 1 引 言 　　電解鋁廠濃相輸送系統是電解供料系統，是電解鋁廠生產中十分重要的環節，其運行狀況直接影響電解鋁生產的數量和質量。為此，我們完成了基于STEP7的PLC控制系統，基于WinCC的鋁電解濃相輸送監控系統，基于EXCEL VBA的報表系統的設計與實現。 　　西門子公司的HMI/SCADA軟件系統WinCC在Microsoft Windows 32位環境中提供監視、控制和數據采集等功能，并具有ODBC、OLE、OPC和DDE等接口。其顯著特點是：技術先進，操作簡單，安全可靠，采用中文圖形化界面，人機界面十分友好，易于擴充。 2 系統設計 　　濃相輸送監控系統由主控室及東、西區兩個現場I/O站組成，所有現場的輸入輸出信號均進入現場I/O站中的輸入輸出模塊及模擬量采集模塊，模擬量采集模塊用于采集配料秤送來的下料量數據。主控室中采用S7-400 PLC，利用SIMATIC通訊接口模塊IM463-2實現S7-400 與 兩個I/O現場站之間的數據交換， CPU選型為SIMATIC S7 CPU414-2。工業現場環境惡劣，上位機選用工控機，并配液晶顯示器。上位機內安裝通訊卡，和S7-400 PLC采用PROFIBUS總線方式進行通訊。打印服務器通過以太網與上位機相聯。 　　工控機通過網卡接入局域以太網，可實現監控系統實時數據庫的共享。另在工控機上安裝服務器密鑰，在局域網上任何一臺計算機上安裝WinCC組態軟件（只需Runtime 128密鑰），構成多用戶系統，可進入監控系統畫面，完成各種操作, 方便管理者進行遠程實時監控。工控機既作為WinCC服務器，同時又是一現場操作站。打印服務器通過集線器與WinCC服務器連接，完成打料量報表的顯示和打印。其硬件結構如圖1所示。 　　以 Windows 2000為操作系統，用WinCC工業控制組態軟件作為開發平臺，利用WinCC提供的ANSI—C腳本為輔助開發工具，開發濃相輸送上位機監控系統。采用EXCEL內嵌的 VBA編程語言開發報表系統，用西門子新一代的編程軟件STEP7開發S7-400 PLC控制程序。 　　由于同為西門子產品，WinCC和S7-400 PLC下位機之間可實現無縫、高可靠性的通訊連接，最大限度地滿足了濃相輸送系統實時監控和網絡擴展的需要。 3 濃相輸送PLC控制程序的開發 　　采用西門子STEP7作為編程工具，為了滿足上位機WinCC監控系統的監控需要和報表系統的統計要求，在開發濃相輸送PLC控制程序的同時，設計了相應的實時動態數據庫文件，既為上位機監控系統提供監視與控制所需的相關數據，又為報表系統提供了原始數據。PLC控制系統負責東、西區濃相輸送的工藝過程控制和相關設備的控制。 4 上位機監控系統的開發 　　4.1 上位機監控系統的功能 　　上位機監控系統主畫面如圖2所示。 　　監控系統畫面有：壓力容器總覽監視畫面;區段監視畫面;強制畫面;報警瀏覽畫面;壓力容器監視畫面;配料畫面;原料總覽顯示畫面;跳槽總覽顯示畫面;用戶登錄窗口;歷史紀錄畫面等動態監視和操作畫面。畫面底部設計有兩行共16個命令按鈕。用來完成畫面切換及各種操作。還可通過鼠標點擊畫面上相應設備進行畫面切換。使得各畫面之間切換十分方便、快捷。 　　· PV總覽監視畫面：分1/2（東區）和3/4（西區）兩個畫面，每個畫面中至少包括8個料倉及料倉料位、7個壓力容器、4個槽區、6個區域閥、三個旁通閥、所有的門閥、7條濃相管線的運行狀況。通過設備顏色、動畫和中文提示信息等方式，監視現場PV和各種閥門的運行狀況，給出準備、中止、加料、輸送、排氣、滿、空、高高料位、高料位和低料位等各種工況和報警信息。 　　· 區段監視畫面：該畫面監視和控制現場8個區段電解槽打料狀況;采用彈出式窗口，對每個電解槽可進行原料選擇、跳槽、取消跳槽、故障復位、強制打料等操作。每個畫面應指示出所顯示槽區的編號、正在為其加料的壓力容器的編號以及壓力容器的運行狀況、濃相管的管道壓力狀況、當時的加料路徑、各個屏氣閥的狀態、每臺電解槽的狀態等。在軟件中設置了跳槽和取消跳槽操作確認提示，從而避免了操作人員的誤操作造成的氟化鋁冒料及空倉等工藝事故。 　　· 壓力容器監視畫面：該畫面包括14臺壓力容器運行狀況的分畫面，每個畫面中顯示壓力容器的設備編號、料位情況、副原料位、該壓力容器目前的狀態、所送物料的目的地址、濃相管的路徑選擇、目的料倉的料位、所有閥門的運行狀況、以及管道壓力和罐內壓力、對應的定容器動作狀況、副原料配料計劃和實際運行情況。可實時監視2立方米壓力容器電子秤的數值。 　　· 副原料配料畫面：進行人機對話，根據電解配料單，利用鍵盤，對每臺槽一次輸入4天的氟化鋁和一天的電解質配料。 　　· 原料總覽顯示畫面：該畫面將各電解槽原料選擇結果分東、西兩個區進行統計顯示。使用顏色加以區分，使選擇結果一目了然。 　　· 跳槽總覽顯示畫面：該畫面將跳槽的電解槽分東、西兩個區進行統計顯示，便于操作員整體了解現場跳槽情況。 　　· 報警瀏覽畫面：報警畫面顯示和打印系統所有的報警，指出報警的時間和名稱。該畫面實時給出兩千多條不同提示信息，按不同顏色顯示各種報警信息。 　　· 強制畫面：顯示8個槽區強制槽號隊列，輸入強制打料槽號。該功能可實現手動打料。 　　· 加料起動時間畫面：顯示和輸入8個槽區兩次加料的開始時間。 　　· 用戶登錄窗口：該窗口是一個彈出式窗口，可完成不同權限用戶登錄。 　　· 報表畫面：加料日報、周報、月報要求分別統計每臺槽、每個槽區、每個廠房和每個車間新鮮氧化鋁、載氟氧化鋁、氟化鋁、電解質的實際添加量，以及氟化鋁和電解質的計劃添加量。 　　4.2監控系統設計與實現 　　· 建立系統標簽（變量） 　　在WinCC組態環境下首先創建通訊聯接，選擇其通訊協議，然后在該通訊聯接下，針對東、西兩個區，共8個段，126臺電解槽，建立系統內外標簽共4000多個。 　　· 繪制工藝組態畫面 　　在WinCC圖形編輯器下，利用WinCC強大的繪圖和動畫功能，在充分了解濃相輸送系統的工藝流程、監控要求和PLC數據庫文件結構基礎上，設計完成所有能實時反映現場狀態的監控畫面和其他系統操作畫面。將已定義的標簽與畫面設備相連，是實現動畫監視的關鍵技術。設計時充分考慮操作界面的簡單、友好，并兼顧用戶的操作習慣。 　　· 建立數據庫 　　在日志（log）編輯器下完成歷史紀錄數據庫的配置，包括PV號、槽號、排氣時間、打料時間、輸送時間、日期、時間等變量。 　　在報警編輯器下完成各種報警的觸發條件、顯示顏色和描述的配置，共有2000多條記錄，通過圖形編輯器下報警控件可實現實時和歷史數據的顯示、確認。其歷史紀錄設為短期Log，最多各記錄1000條，采用先入先出的方式進行刷新。該數據庫是各種數據報表統計的來源。建立的動態實時數據庫可實現Intranet數據共享，避免了重復投資。 　　· 設定管理操作權限 　　管理員編輯器完成操作權限的設置，該系統共設有三種權限，超級管理員、管理員和操作員。超級管理員可進行包括系統管理的任何操作，管理員是為車間管理者設定的，可進行畫面監視、關鍵參數的設定、退出系統等操作，但不允許現場控制操作，如跳槽、強制等。操作員只能進行現場的控制、畫面的監視等操作。 　　在WinCC工程屬性中，封鎖所有熱鍵，確保用戶非法退出。 　　· WinCC功能擴展 　　全局腳本編輯器完成各種C函數的編輯和編譯。利用該編輯器實現了許多WinCC組態無法實現的系統功能。例如完成數據顯示格式的轉換，報警的聲音、動畫提示等功能。例如監視主畫面右下腳的圓形圖標的作用是：只要系統有報警產生，圖標就會閃爍，以提醒操作員盡快處理。該功能就是利用一C函數將各種報警條件相或，其結果作為圖標閃爍的動畫觸發條件實現的。 　　4.3 報表系統的實際與實現 　　加料日報、周報、月報要求分別統計每臺槽、每個槽區、每個廠房和每個車間新鮮氧化鋁、載氟氧化鋁、氟化鋁、電解質的實際添加量，以及氟化鋁和電解質的計劃添加量。日報要求保存一個月，周報、月報要求保存一年，并在保存期內可隨時調閱。 　　WinCC較之其他組態軟件，其報表功能較強，但由于其報表格式單一，仍然無法完全滿足用戶要求。 　　為了不中斷WinCC的正常監控，本系統設計了一個報表打印服務器，單獨完成報表的瀏覽和打印，打印報表系統與WinCC共享數據庫，利用EXCEL中內嵌的VBA腳本設計實現。根據WinCC中形成的日報數據庫，可對8個槽區共126個電解槽進行日報、周報和月報的數據更新、顯示瀏覽和打印。該報表系統在每天的固定時間通過以太網接收并更新數據，并根據用戶輸入的查詢條件，進行數據統計并形成報表。 5 結 論 　　幾年來的生產實踐表明：PLC控制系統、上位機監控系統和報表系統在操作性、維護性、擴充性和可靠性等方面都達到了令人滿意的結果，完全滿足了生產的需要。 　　若要增加一獨立的操作站，硬件只需再增加一臺上位機，一塊接口卡，軟件安裝一個WinCC運行版即可。 　　本文的創新點在于：1. 本文所做的工作實現了電解鋁濃相輸送PLC控制和上位機監控系統的國產化，節省了大量的資金。 2.采用了WinCC的服務器/客戶機（Server-Client）結構的多用戶系統，實現了系統的遠程監控。3. 利用EXCEL中嵌入的VBA腳本語言，與WinCC共享實時數據庫，實現了報表系統。 參考文獻： 　　[1] 西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子WinCC V6使用手冊[M]。北京：北京航空航天大學出版社，2004 　　[2] Siemens Corporation. Programming with STEP 7.June 2001 　　[3] 木林森工作室.Visual Basic 6.0 入門與技巧[M]. 清華大學出版社.1999. 　　[4] Siemens Corporation. Statement List （STL） for S7-300/400. June 2001 　　[5] Siemens Corporation. Configuring Hardware and Communication Connections.March 2000 　　[6] 顏閩秀，何戡.WinCC在冶金行業的應用[J]. 微計算機信息，2006，5-1：10-12