WinCC flexible组态软件在矫直机PLC控制系统中的应用

李静，杨胜泉

(中铝洛阳铜业有限公司，河南 洛阳 471039)

铜加工精整设备Ф20～Ф50mm10辊管材矫直机，用于铜及铜合金管材高精度的矫直生产，加工后的产品具有严格的椭圆度、直度、直径公差、表面光洁度等机械精度特点。该类高精度铜管材主要用于医疗设施、计算机散热、移动通信、电子仪表及电磁微波技术等专业技术领域。本设备控制系统采用WinCC flexible组态软件，改变了传统的操作方式，提升了设备自动化水平，简化了工作人员的操作过程，实现了相对标准化的作业方式。

1 矫直机基本结构及工作原理

Ф20～Ф50mm10辊矫直机是一台具有操作人机界面，自动化程度较高的矫直设备，主要由上料系统、主机部分、出料系统等组成，并配有相应的电气系统、润滑系统及气动系统。

该矫直机10个双曲线矫直辊全部为主动辊，采用2-2-2-2-2辊体对称配置(图1)，矫直辊的旋转运动由两台西门子6RA70全数字式直流调速系统驱动，辊缝值及角度值根据设定参数，经位移传感器检测自动调整。矫直原理是多道次旋转反弯原理对管材进行高精度矫直。

图1 矫直辊2-2-2-2-2配置图

2 WinCC flexible基本概念

WinCC flexible是新一代的西门子组态编程可视化软件，其运行系统与自动化系统通讯，用于过程可视化、生产过程操作自动化，处理、维护报警信息和提供各种数据。WinCC flexible运行系统在Windows平台上运行用户组态程序，还可用于在组态计算机上模拟或测试用户编译完成后的组态文件。WinCC flexible具有开放简明的扩展功能，带有Visual Basic脚本功能，集成了ActiveX控件，可以集成在STEP7中，与用户的STEP7项目共享相同的数据库，包括符号表和地址等，从而直接看到其在STEP7中定义的变量符号表和地址等，可以在组态操作面板的同时对STEP7的符号表和通讯设置进行直接访问，随时修改变量地址、数据类型、通讯总线地址和协议等。

3 WinCC flexible在矫直机控制系统中的应用

10辊管材矫直机的控制系统采用西门子S7-300PLC，通过MPI总线和操作台上的人机界面MP277组成一体化的自动化网络，由PLC进行相应的工艺联锁和保护，并在人机界面上显示，用于矫直机工艺操作和逻辑控制。

3.1 矫直机人机界面介绍

WinCC flexible在矫直机控制系统中的应用，是通过人机界面MP277工作画面软件设计来实现的。画面是项目的主要元素，通过其可操作和监视系统，人机界面用画面中可视化的画面对象来反映实际的工业生产过程，系统主要组态有五个画面：主画面、工艺画面、参数设定、状态监视和单机操作。

主画面主要用于监视主电机的速度和电流，以及辊缝选定及其实际值的监视；工艺画面主要用于设定各种规格的参数，可保存直径20～50mm之间的16种规格；参数设定画面主要用于辊缝基准设定，一般不进入，只有在辊子需要更换、位移传感器有移位调整或更换时才进入，其中分别有可调整的7个矫直辊位移传感器在PLC里的基准数值、位移传感器基准数值对应的辊缝值、位移传感器的实际值三个数值；状态监视画面主要是用于监视电机状态；单机操作画面主要用于各气阀的单动操作、软料筐收卷电机的收紧和放松的单动、辊缝调节单动操作的高低速切换。

3.2 WinCC flexible配方功能

通过WinCC flexible建立项目、编辑画面，添加配方参数，实现与PLC的连接，供操作者在人机界面设置工艺参数以及观察过程值。配方是同一类数据的集合，具有固定的数据结构，在组态阶段，对配方的结构进行一次性定义。一个配方中包含有多个配方数据记录，这些数据记录仅在数值方面有所不同，而非结构。数据存储在人机界面或外部存储介质上。根据所需用途不同，配方的组态有所不同。若需在项目中使用配方视图编辑配方，则数值仅能保存在配方数据记录中；若要在项目中编辑配方画面中的配方，则数值将保存在配方变量中。

WinCC flexible中，使用配方编辑器来创建、组态和编辑配方(图2)。在配方“名称”和“编号”文本框中输入一组在项目中唯一标识该配方的名称“new”和编号“2”。在配方成分区域中，输入配方元素，新建配方之前先定义配方所需使用的变量。

图2 创建配方画面

3.3 脚本

当用户进行组态编辑任务时，会大量使用WinCC flexible提供的预定义函数，还可以使用VB Script语言编写程序来解决更为复杂的问题，实现自定义功能。脚本编辑器用于创建和编辑脚本。脚本具有两种不同的类型：函数型和子程序型(SUB),函数型脚本具有一个返回值，而子程序型脚本则只作为一个过程来使用，没有任何返回值。

在10辊矫直机人机界面中，运用了脚本功能，编写子程序脚本如下：

If SmartTags("电机和阀变量DJQD")=False Then

LoadDataRecord 2, SmartTags("record_index"), Null

SetDataRecordTagsToPLC 2, Null

End If

在“电机和阀变量DJQD"都不启动的情况下，装载编号为“2”配方的数据记录到内部变量“record_index”中，下载配方编号为“2”的数据记录到PLC中。

3.4 主画面

10辊矫直机矫直的管材直径在Ф20～Ф50mm之间，主要有16种规格，在WinCC flexible左侧的“项目视图中”选择“文本列表”，建立管材直径条目对应的数字编号，名称为“list”(图3)。

图3 主画面

主画面中，“管径设定”框中选择要矫直的管材规格，该管材规格和“文本列表”的“list”条目相对应，对应的变量名为内部变量“record_index”,然后点击“装载”按钮，把所选管材规格对应的配方数据记录下载“DataRecordan Download”到了PLC中。在主画面中即可显示1#、5#上辊辊缝、2#下辊、4#下辊反弯量的理论值。

4 工艺参数的设定及矫直辊基准调整

4.1 工艺参数的设定

当需要增加新的管材规格直径或修改以前的工艺参数时, 在触摸屏上点击进入工艺画面之后,可以看见压下参数设定画面(图4)。增加新的参数时，按左下方的新建按钮，依次输入矫直规格、1#辊缝、2#辊位置、3#辊缝、4#辊位置、5#辊缝、2#反弯量和4#反弯量。记下该新建参数的编号(在主画面上选择新增加管径规格的工艺参数时只能选择编号，不能直接选择规格)，在“list”文本列表中，不同管材的规格直径和其编号一一对应。要修改原有的管径参数时，选择要修改的规格，再在下面表格做出修改，然后按左下方的保存按钮。

图4 压下参数设定画面

4.2 矫直辊基准调整

当位移传感器发生移动或其它原因造成需要再次校对基准时,在触摸屏上按进入参数设定画面(图5)，该画面需要输入用户名和密码。校对基准时，把2#、4#下辊下降到和其它三辊平齐,然后把一根标准样直管放进矫直机里,通过手动调节方式,使各辊紧靠管材,再在触摸屏上设定基准数据。参数设定画面表格的第一列为基准传感器值，第二列为基准所对应的辊缝值，第三列为传感器实际值。完成上述步骤后，则画面中第一列按第三列显示的实际值一一对应输入，第二列上辊实际辊缝值则输入管材直径，下辊实际辊缝值则输入0(因为与其它三辊平齐，所以其值也应为0)。

图5 参数设定画面

5 矫直机辊缝的调整操作特点

辊缝控制精度对管材矫直精度起决定性作用，针对不同规格制品，需要调整相应的辊缝。辊缝调整由相应的位移传感器采集其实时电压信号，通过PLC运算将其辊缝数据显示在人机界面上。辊缝调整分手动和自动调整，通过操作台上选择开关来实现。选择手动调整时，利用矫直辊选择开关，选择对应的辊子，通过操作压上、压下，可实现对应矫直辊的上下移动；选择自动调整时，启动矫直辊自动调整按钮，可实现对应矫直辊的上下移动，所有辊子会统一调整到一定位置。

5.1 手动调整

主电机不能启动，操作台上“单动/联动”开关在单动状态，辊缝调整选择开关“手动/停止/自动”在手动状态，通过多位旋钮选择辊子号，再通过“压上”和“压下”按钮调整辊缝，其辊缝值在触摸屏的主画面上显示，且在单动画面可切换调节速度。

5.2 自动调整

操作台上“辊缝调整 手动/停止/自动”在自动状态，在触摸屏主画面上选择要矫直的规格，并按触摸屏上的“装载”按钮，按下“矫直辊自动调整”进行粗调，所有辊子会依次调整到一定位置。再按下“矫直辊自动精调”，辊子就会按照触摸屏选择的规格设定精调到位，如果一次不能精调到位则按下该按钮再次调整。

6 结论

WinCC flexible组态软件在10辊高精度管材矫直机的应用，解决了矫直理论数据和经验数据在控制单元有机结合的问题，实现了操作方式智能化和标准化的加工方式，减少矫直工艺过程中人为因素的影响。

该矫直设备机械结构和电气自动化技术水平的提升，结合操作方式的智能化，解决传统的7辊矫直机、6辊矫直机矫直精度低，外径椭圆和表面擦伤问题，加工后管材产品可达到较高的表面光洁度、精确的直线度、准确的圆度，完全满足高端用户的需求。

[1]西门子(中国)有限公司.深入浅出西门子人机界面[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[2]钟卫佳.铜加工技术实用手册[M].北京：冶金工业出版社,2007.