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一、項目簡介
近年來，連續鍍鋅生產線（CGL）等薄帶鋼處理線項目成為了鋼鐵行業投入的熱點之一，我公司陸續承接了多個類似的項目，都是以西門子S7-400 PLC，WINCC作為基礎自動化控製核心器件。其中湖南省漣源鋼鐵有限公司的冷軋廠連續熱鍍鋅生產線就非常有代表性。
漣源鋼鐵有限公司位於湖南省中部，1958年建成投產，現已發展為擁有總資產151億元以上、年產鋼450萬噸以上規模的特大型工業企業，是國家“863”高新技術研究發展計劃CIMS應用工程示範單位，國家重點支持發展的300家工業企業之一。
冷軋廠連續熱鍍鋅項目於2003年立項，目標是建成年產鍍鋅帶鋼31萬噸，工藝設備水平一流、產品質量一流的生產線。該線的原料可以適應厚0.25～3.2mm，寬850～1570mm的冷軋帶鋼；全線可以分為入口段、入口活套、中央段（即工藝段）、出口活套和出口段五大部分及原料、成品供應運輸輔助係統組成。
入口段由兩台開卷機、一台三片模式焊機和其他輔助設備構成，完成原料的連續供應。最高速度220米/分鍾。
中央段由清洗段、連續退火爐、熱鍍鋅加熱器（即鋅鍋）、鍍層控製係統（氣刀、鍍層測厚儀、模型控製器）、小鋅花、光整機、拉伸矯直機、無水鈍化單元、耐指紋塗機和幹燥係統構成，完成冷軋帶鋼的連續退火、鍍鋅、表麵質量處理工作。最高速度160米/分鍾。該部分是全線的核心，可以說出入口的所有的所有設備都是為了保證中央段平穩、順利的運行。
出口段由成品飛剪、兩台卷取機和其他輔助設備構成，以保證成品帶鋼順利、高效的分卷、卸載、包裝。最高速度280米/分鍾。
入、出口活套是為了在入口、出口在上料、卸料時中央段仍然有繼續運行的原料及成品存放區而設置的。
二、控製係統的構成
整個控製係統可以分為L2、L1兩級。
L2主要完成產品原料數據、生產計劃的分發、下放和成品數據的采集、整理，以及全線生產報表的生成查詢工作。
L1是全線基礎自動化控製的統稱，全部選用了西門子產品。中央控製單元由9套S7-416-2DP 和1套S7-315F構成；現場信號采集及動作執行采用PROFIBUS-DP網絡，全線共用了近300個DP子站；交流變頻電機傳動全部使用MASTERDRIVER 6ES70係列變頻器，用CBP2通過DP網絡連接到PLC控製係統。
人機界麵（HMI-Human Machine Interface）是在WINCC V6.0平台上開發的，采用了Server-Client模式，為了提高係統的可靠性降低停機時間使用了冗餘功能。
PLC框架、WINCC Servers/Clients、L2 Servers/Clients及具有以太網功能的單體設備之間采用10M/100M/1000M以太網連接，根據設備間的距離遠近分別采用光纜、雙絞線連接。
整個控製係統的以太網配置如下圖所示：
該項目的最大特點就是設備點多麵廣，工藝複雜，需要大量的參數設定、狀態監控。如果采用傳統的硬件操作台點進行控製則很不直觀，而且也需要非常大的硬件投入。所以我們采用HMI操作為主，操作台操作為輔的方式，即隻有線路起停控製在操作台上，幾乎所有其他操作、狀態顯示、故障診斷、事件記錄、過程數據歸檔等都在HMI上實現。這樣既節省了大量的硬件投入，同時也提高了係統的直觀易用性，隨著硬件線路的減少相應的故障率、維護量也可以大幅度的降低。
但是由此也帶來了一個問題，那就是整個生產線的控製非常依賴於HMI係統，即WINCC服務器係統，如果它發生停機故障那麼整個生產線也要發生停車故障，這樣就會造成原料的極大浪費，因此對人機界麵（HMI）的穩定性提出了極高的要求。所以在該項目裏我們采用了WINCC 冗餘服務器的模式。
三、WINCC 冗餘係統的設置與實現
一般情況下WINCC 都采用Server-Clients的模式，如圖1沒有Server2時的網絡拓撲：Server1是HMI服務器，它一方麵和PLC直接通訊采集、設定數據；另一方麵和Clients通訊發布畫麵和數據給Clients；而Clients上的所有畫麵和數據全部來自Server1。這樣的優勢是做係統開發時隻需要在Server1開發一套係統，既可以發布給所有的Clients共享，而且數據管理和維護更合理和方便，可以把管理級和過程級清晰的分開。但是缺點也是很明顯的，那就是一旦Server1發生故障，則整個控製級就無法正常工作。如果能象圖中增加Server2，使其和Server1互為熱備，則可以大大的降低係統的運行風險。WINCC就提供了這樣的解決方案即WINCC冗餘係統。
（圖1）
WINCC冗(rong)餘(yu)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)兩(liang)台(tai)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)起(qi)的(de)服(fu)務(wu)器(qi)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)，運(yun)行(xing)期(qi)間(jian)，兩(liang)台(tai)服(fu)務(wu)器(qi)相(xiang)互(hu)監(jian)控(kong)，可(ke)以(yi)及(ji)時(shi)的(de)發(fa)現(xian)對(dui)方(fang)是(shi)否(fou)進(jin)入(ru)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)態(tai)，如(ru)果(guo)一(yi)台(tai)服(fu)務(wu)器(qi)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，則(ze)所(suo)有(you)的(de)客(ke)戶(hu)端(duan)自(zi)動(dong)切(qie)換(huan)到(dao)仍(reng)然(ran)正(zheng)常(chang)的(de)服(fu)務(wu)器(qi)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)所(suo)有(you)客(ke)戶(hu)端(duan)總(zong)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)對(dui)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)監(jian)視(shi)和(he)操(cao)作(zuo)。
在一台發生故障期間，正常的服務器繼續完成係統內的信息、過程數據歸檔和記錄；當dang故gu障zhang服fu務wu器qi正zheng常chang投tou入ru後hou，故gu障zhang期qi間jian的de歸gui檔dang記ji錄lu會hui自zi動dong複fu製zhi到dao恢hui複fu後hou的de服fu務wu器qi，從cong而er保bao證zheng了le服fu務wu器qi數shu據ju的de完wan整zheng和he連lian續xu。這zhe一yi過guo程cheng也ye稱cheng作zuo恢hui複fu後hou同tong步bu。
冗餘係統的基本需求：
1．服務器需要安裝Windows 2000 Server版，WINCC項目配置為多用戶模式(Multi-user)
2．xitongyaoqiugongzuozaishizhongtongbufangshixia。zuihaozhenggexitongbaokuoguochengjihekongzhijidoujinxingshizhongtongbu，zuishaoyaozaiguochengjijinxingshizhongtongbu。ruguokongzhijiyeyaojinxingshizhongtongbu，zexuyaoanzhuangWINCC的“Time synchronization”選項。
3．從PLC來的報警信息必須包含時間幀信息，在PLC程序內用報警塊觸發信息就包含時間幀信息。
4．兩個Server必須分別連接到PLC，這樣下級的過程數據和信息可以並行的傳送到Server
5．兩個Server都需要安裝WINCC “Redundancy”選項
6．兩個Server在功能的配置上需要完全相同
7．每一個用戶歸檔都要指定唯一的字段用來保存最後變化的時間
時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)，簡(jian)單(dan)的(de)說(shuo)就(jiu)是(shi)在(zai)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)內(nei)所(suo)有(you)的(de)具(ju)有(you)時(shi)鍾(zhong)的(de)站(zhan)點(dian)都(dou)工(gong)作(zuo)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)時(shi)間(jian)係(xi)統(tong)上(shang)。時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)係(xi)統(tong)內(nei)任(ren)一(yi)時(shi)刻(ke)隻(zhi)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)主(zhu)時(shi)鍾(zhong)，其(qi)他(ta)站(zhan)點(dian)都(dou)是(shi)從(cong)時(shi)鍾(zhong)，從(cong)時(shi)鍾(zhong)接(jie)受(shou)主(zhu)時(shi)鍾(zhong)的(de)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)幀(zhen)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)，這(zhe)個(ge)主(zhu)時(shi)鍾(zhong)可(ke)以(yi)是(shi)WINCC Server，也可以是PLC的CPU。WINCC的時鍾同步可以用WINCC的“Time synchronization”選項方便的進行設置；PLC的CPU可以在STEP7的硬件組態裏進行設置。
冗餘係統的組態：
冗餘係統的前期開發和多用戶係統的開發是完全一樣的，隻是在係統投入運行時要進行適當的組態。具體的設置過程如下：
1．右擊WINCC 的Redundancy點擊OPEN，打開冗餘組態界麵（圖2），激活冗餘配置，進行相關設置，而後點擊OK退出。
（圖2）
² 打開Redundancy配置環境時，在“server:”的輸入框內係統會自動輸入當前計算機名；除“Active Redundancy”外其他都不可以操作。
² 激活“Active Redundancy”選擇框，其他選項都可以操作了。各項含義如表1：
根據自己項目的實際使用要求和情況進行相關的設置即可。
Ø 2兩項必須要進行設置。
Ø 3～8xiangdeshezhidouhuiyingxiangdaofuwuqihuifuhoudexitongtongbuneirong，jianyicaiyongmorenshezhi，buguoweilejianshaohuifuhoufuwuqixitongdefudankeyigenjushijixuyaoshidangdijianshaotongbuneirong。
Ø 9項是指當客戶端連接到指定服務器的網絡發生故障（此時服務器未必發生故障）時是否自動切換到冗餘服務器，建議激活此項。
Ø 10項(xiang)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)為(wei)服(fu)務(wu)器(qi)相(xiang)互(hu)監(jian)控(kong)提(ti)供(gong)了(le)另(ling)外(wai)一(yi)種(zhong)檢(jian)測(ce)手(shou)段(duan)，如(ru)果(guo)激(ji)活(huo)此(ci)項(xiang)，則(ze)需(xu)要(yao)在(zai)服(fu)務(wu)器(qi)的(de)串(chuan)口(kou)間(jian)連(lian)接(jie)一(yi)根(gen)串(chuan)口(kou)電(dian)纜(lan)，此(ci)時(shi)除(chu)了(le)網(wang)絡(luo)路(lu)徑(jing)外(wai)，服(fu)務(wu)器(qi)間(jian)多(duo)了(le)一(yi)條(tiao)專(zhuan)用(yong)的(de)狀(zhuang)態(tai)檢(jian)測(ce)鏈(lian)路(lu)，冗(rong)餘(yu)係(xi)統(tong)的(de)監(jian)控(kong)更(geng)可(ke)靠(kao)。需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)串(chuan)口(kou)連(lian)接(jie)隻(zhi)用(yong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)監(jian)控(kong)，而(er)不(bu)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)同(tong)步(bu)。
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“General”標簽各項目的含義 |
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1 |
Default Master |
用來指定兩台服務器同時啟動時把那台作為主機激活，另外一台可以認為是從機。兩台服務器不可能同時為主機，必然是一主一從 |
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2 |
Redundancy Partner Server |
輸入夥伴服務器的計算機名。如果夥伴服務器已經在線，那麼瀏覽按鈕可以幫助查找。 |
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3 |
Synchronize all data of the outage period |
定義同步停機期間的所有數據 |
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4 |
Only synchronize the last days of a failure |
定義隻同步停機最後…天內的數據 |
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5 |
Synchronization of Tag Logging after the partner server comes back online |
定義是否同步變量記錄 |
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6 |
Synchronization of Alarm Logging after the partner server comes back online |
定義是否同步報警記錄 |
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7 |
Online synchronization for Alarm Logging |
是否同步報警記錄操作消息和保留的編號範圍內的消息。 |
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8 |
Synchronization after process connection error (Tag + Alarm Logging) |
定義當服務器和組態連接(PLC)之間的網絡連接出錯後是否同步歸檔內容（如果取消激活此項，可以減少服務器負載 |
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9 |
WinCC client switch in case of a process connection error |
定義當服務器和組態連接(PLC)之間的網絡連接出錯後是否將WinCC客戶機切換到冗餘夥伴服務器 |
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10 |
Serial connection to redundant partner |
如果選定冗餘夥伴的串行連接，則通過該串口進行服務器的控製信息交換。 |
（表1）
當冗餘功能設定完畢後，係統會自動生成內部標簽組“Redundancy”，該組內有四個標簽，用戶可以直接用它們進行狀態診斷及信息顯示。
Ø @RM_MASTER：如果當前服務器是主機，則置位為1；否則為0。
Ø @RM_MASTER_NAME：當前主機服務器的設備名。
Ø @RM_SERVER_NAME：客戶端當前訪問的服務器名。
Ø @RM_OFFLINE_US_NAME：服務器恢複在線後，正在同步的用戶歸檔名。
2．為客戶機指定首選服務器。配置好計算機和冗餘功能，生產了服務器數據（Server Data）後，右擊“Server Data”然後點擊“Client-specific Setting”，打開客戶機服務器指定界麵（如圖3），為每個客戶機指定首選服務器，然後點擊OK退出。
（圖3）
weikehuduanzhidingshouxuanfuwuqishiweilegenghaodepinghengfuwuqidefudan，zhidingleshouxuanfuwuqidekehuduanhuizidongdeyouxianlianjiedaozhidingdefuwuqi，meiyouzhidingdezeshizhonglianjiedaozhufuwuqishang。
3．退出WINCC管理器，點擊“開始”、“SIMATIC”、“WINCC”、“TOOLS”下的“Project Duplicator”複製出冗餘項目到冗餘服務器。用“Project Duplicator”複製冗餘項目的好處是可以自動的完成另外一台服務器的冗餘配置同時生產完全相同的項目。
至此WINCC冗餘項目已經設置生成完畢，可以投入運行了。
冗餘係統的工作過程：
當服務器都正常時整個係統的運行拓撲如圖4所示，每台客戶端PC都連接到自己的首選服務器。此時服務器A是主機；B為從機；客戶端1、2連接當服務器A，客戶端3連接到服務器B。
當其中一台（如服務器A）發生故障，所有的客戶端PC都自動切換到另一台（如服務器B）上工作， HMI係統可以正常的運行，而不影響使用。切換完的運行拓撲入圖5所示。
當服務器A在線後，客戶機1連接回服務器A，客戶機2、3仍然連接到服務器B。從這裏我們也能看出為客戶機指定首選服務器的作用。
四、項目的運行及應用體會
2005年11月，WINCC冗餘係統已經在漣源鋼鐵公司冷軋廠連續鍍鋅生產線調試完成並且順利投入運行。WINCC標簽總量超過6萬，畫麵170餘幅，報警信息2萬多條，變量歸檔130多個，經過一年多的實際運行，用戶反映良好，沒有因為WINCC服務器故障而造成生產線停車。而且WINCC冗rong餘yu係xi統tong除chu了le增zeng加jia一yi套tao服fu務wu器qi的de軟ruan硬ying件jian外wai，不bu需xu要yao增zeng加jia係xi統tong開kai發fa的de成cheng本ben，從cong而er用yong非fei常chang小xiao的de投tou入ru，能neng夠gou極ji大da地di提ti高gao係xi統tong的de可ke靠kao性xing，對dui於yu當dang前qian越yue來lai越yue龐pang大da和he複fu雜za的de自zi動dong化hua控kong製zhi係xi統tong是shi一yi種zhong非fei常chang好hao的de解jie決jue方fang案an。
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