引言

　　中国发明造纸术曾对推动人类文明的进步做出巨大贡献。造纸工业在经历了手工业、机械化和自动化三个技术发展阶段后，目前达到了相当高的生产水平和技术水平，使造纸工业的生产形成了高速、高效、高质量、低消耗、低污染、连续化、自动化的作业系统。

　　我们设计的造纸工业分布式控制系统（DCS）之监控系统是利用S7-300与WinCC之间通信实现的。该系统主要可应用在对各测控点有严格要求，且需对大量测控点进行巡回检测、实时监控的生产过程系统，并能对测控点如温度、压力、流量、液位、浓度等进行自动显示，从而为其生产过程的自动化及实现智能控制、优化控制奠定基础。

1 DCS控制系统软硬件总体设计

　　DCS控制系统以PLC（如S7-300）与工控机为硬件基础，以Step7与WinCC为开发平台开发其数据通道，完成数据总线的软硬件设计，从而将工业现场的各种需要采集的信号（如电压，电流等）通过各种传感器进行采集，然后输入给现场监控节点，再通过总线向上位PC机传送，上位机发送数据信息和控制命令，监控节点根据命令对现场的执行器进行控制操作。

　　典型纸机测控系统常由以下部分组成：流送部自控系统，水分定量控制系统，热泵供汽部自控系统和传动部自控系统等[1,2]。可据厂方提供的技术资料和工艺要求，确定系统测控点数，继而选用若干套西门子PLC、操作员站及若干智能调节器完成对现场各测控点的检测、显示及控制。其中由车间级管理计算机及现场控制计算机一起构成车间级DCS系统，完成在造纸工艺中抄纸品种或车速变化时的协调控制，使整台纸机很快进入新的工作状态。车间与厂部通过光缆连接进行数据传输，将车间的各种信息以图形、表格等形式，实时地送往厂部管理级[3]。

　　纸机DCS控制系统的总体设计框图如图1所示。

图1 纸机DCS控制系统的总体设计框图

2 WinCC组态

　　工控组态软件WinCC（视窗控制中心），为西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司软件功能结合的产物，是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理系统, 。利用WinCC可根据造纸工艺要求与控制内容，完成流送部工艺流程图、热泵供汽示意图、水分定量纵向与横向扫描图、线压力指示图、网络通信状态图、各电机顺序控制图、报警指示图等功能模块的设计，并将所有的压力、流量、液位、浓度等信号在计算机上以动态图形显示。系统的各种控制参数、工艺参数及生成的数据库均可自动存储，实时查询，同时定时报表打印。WinCC提供多种PLC的驱动软件, 因此使PLC与上位机的联接变得非常方便, 如果将WinCC与STEP7合用, 更是大幅度降低工程设计及投运时间。另外, 我们还可利用WinCC中的C语言脚本（Script）及提供的与数据库之间的接口更增加其应用功能, 从而能满足用户的复杂要求。

3 S7-300组态

　　德国西门子公司的可编程控制器（PLC）S7-300采用模块化设计, 在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处理器CP等模块。 S7的网络有以下几种典型类型:多点接口网络（MPI）、PROFIBUS现场总线、工业以太网、TCP/IP协议网络[4,5]。在造纸DCS中，我们主要利用MPI和PROFIBUS现场总线实现数据通信。

　　3.1 MPI网络

　　S7-300 CPU模块上有一标准化MPI接口, 该接口既是编程接口又是数据通信接口, 使用S7协议, 通过此接口PLC之间、或与上位计算机之间可进行数据传输, 从而构成MPI网络。

　　3.2 PROFIBUS现场总线

　　通信处理器CP模块上有一个RS485接口, 利用此接口即可构成PROFIBUS现场总线, 实现PLC之间、PLC与上位计算机之间的数据通信。

　　3.3 相应参数设置

　　计算机作为编程装置, 配备专用的通信卡（如CP5412）, 运行S7-300编程软件包STEP7, 先对计算机进行相应参数设置, 主要有：通信端口的设置, MPI地址设定, 数据传输速率设置等; 然后通过MPI端口对S7-300进行硬件组态, 即对S7-300的机架、电源、CPU、信号模件、通信处理器CP等按其实际配置类型和物理地址进行组态, 其中在CPU的组态中设置MPI地址, 最后将组态程序下载到PLC以确认。依次完成各PLC的组态后, 便构建了MPI网络。

　　在此基础上, 将各PLC的通信端口由MPI口切换到通信处理器CP的RS485口。设定各节点的通信地址, 选择相应的PROFIBUS通信协议, 即便可构建PROFIBUS现场总线。

4 WinCC与S7-300之间通信的实现方法

　　在建立的WinCC项目中标签管理（Tag Management）中选择添加PLC驱动程序, 若要建立一个多点接口网络MPI, 选择支持S7协议的通信驱动程序SIMATICS7 ProtocolSuite.CHN, 在其中的“MPI”项联接各S7-300, 并且要设置节点名、MPI地址等参数, MPI地址须与PLC中设置的相同。

　　若采用PROFIBUS现场总线设置方法与采用MPI网络类似, 但须选择支持PROFIBUS协议的通信驱动程序。此时, 便建立了WinCC与PLC之间的通信连接。

　　在组态完的S7-300下设置标签, 每个标签有三个设置项: 标签名、数据类型、地址, 其中最重要的是标签地址, 它定义了此标签与S7-300中某一确定地址如某一输入位、输出位或标志位等一一对应的关系。设置标签地址可以直接利用在STEP7中配置的变量表,如设置标签地址为Q0 0, 表示S7-300中输出地址Q0 0。 以此方法, 将S7-300与WinCC之间需要通信的数据一一定义标签, 即完成了S7-300与WinCC之间的数据通信。

5 结论

　　利用WinCC与S7-300之间通信进行DCS系统设计综合了计算机和PLC的长处：计算机作为上位机提供良好的人机界面,进行系统的监控和管理;作为基础级的PLC（S7-300）执行可靠、有效的分散控制。本设计从2002年始在多家纸厂DCS系统投入运行。运行结果表明，WinCC与S7-300之间通信可以在造纸过程准确、快速、稳定的进行数据测量、发送，为其生产过程的自动化及其优化控制提供了良好的的条件。

参考文献

　　[1] 王孟效,孙瑜,汤伟.制浆造纸过程测控系统及工程. [M]北京:化学工业出版社,2003

　　[2] 张运展等. 制浆造纸厂的仪表配置与自动控制.[M]北京:中国轻工出版社,2003

　　[3] 孙瑜,毛明亮,张根宝.抄纸过程计算机监控系统.[J].自动化与仪表,2003（4）

　　[4] 邱公伟.可编程控制器网络通信及应用[M] 北京:清华大学出版社,1999

　　[5] 张浩.工业计算机网络与多媒体技术[M] 北京:机械工业出版社,1998