西门子自动化控制系统HMI设计简介

 1、轧机标定和机架磁滞测试

    轧机的标定是保证轧机轧制质量的基础，轧机弹性测试和磁滞测试是保证轧机厚度控制以及设备安全的基础，是十分重要的轧机标准化的操作。下列图片显示粗轧机和精轧机机架的标定次序和之后次序。标定次序用于标定压下系统，在一定轧制力下（正常1000吨）设定辊缝到零位。之后测试用于测量轧机机架模数。数值发送到过程计算机用于优化设定数据的计算。序列功能图表（SFC），显示完整标定和滞后次序及目前状态。在序列开始后，各序列步骤由不同颜色来显示。在轧机弹性测试期间，当AGC油缸位置上升到目标位置后回落，测量轧机力。在每个位置检查轧制力的差别，可获得轧机滞后的数值。

    在树图管理系统中（picture tree manager）分为粗轧机和精轧机两部分，可以分别选择不同的机架(mill stand)进行操作。

    “粗轧机状态”→“RM机架标定”，“粗轧机状态”→“RM机架磁滞测试”，

    “精轧机状态”→“FM机架标定”，“精轧机状态”→“FM机架磁滞测试”。

    在MILL STAND的HMI界面监控中，有七个功能模块，可以选择相应的按钮进行功能操作。本图选择“标定”按钮后，会出现一下拉窗口，显示标定的序列控制，可以选择“标定”和“磁滞测试”的子功能，进行相应的操作。
 

    2、换辊HMI操作

    系统分别包含了工作辊手动/自动换辊和支承辊手动换辊的HMI界面。在轧

    机操作台的控制装置和轧机旁就地控制台用于控制和监督换辊工作。所有WR/BUR机组由就地站控制和监测。要显示几个屏幕，通知操作工换辊机组，换辊过程和自动换辊次序（SFC）的状态。换辊的操作分为三个大项，分别是支撑辊更换、限位开关状态和工作辊更换。

    在HMI的机架一览表中，可以选择不同的功能块以及相应的辅助设备的操作，分层管理原则如下示意图：
 

    2.1、屏幕设计

    换辊操作有以下5个子菜单屏幕：

    1)图片总览表：工作辊换辊和支撑辊换辊的总体概况表。

    2)子画面操作：每个轧机机架使用相应子画面来显示。一个界面可显示3个子画面。

    3)限位开关：重要限位开关状态将显示在该屏幕上，可对限位开关操纵（强制/重置实际限位开关状态）。

    4)更换支承辊：单个支承辊更换步骤的次序描述，并跳到相应轧机机架子画面图形上显示。支承辊更换序列需手动运行。

    5)更换工作辊：按SFC计划，通知自动换辊程序的实际状态。

    2.2、图片总览表

    所有换辊机架都显示在该屏幕上。可以通过鼠标点击或使用S12，S13和S14键来选择相应详细图片。上图显示精轧机机架的换辊屏幕。操作状态有五种：Rolling mode轧制模式、manual mode手动模式、automatic ready自动准备、prepare ready准备就绪、unlocked未锁状态等。

    2.3、限位开关的操控

    限位开关的操控也有专门的操作HMI界面，可见所有相关限位开关和它们实际状态。如果在换辊的序列执行过程中，某些装置的限位开关没有动作或者无信号反馈，HMI界面上会将相应的符号改变颜色到红色，表示出现了错误，给出报警信息。操作工可以通过操纵功能键来改变限位开关状态。 

 2.4、自动更换工作辊

    选择自动更换工作辊WR序列，分为三部分：系统准备、移除、更换

    2.4.1、自动序列的控制

    自动序列的控制包括实施步骤，即要处理的行为和转换继续下一步骤的状况等两部分，通过反馈信号测试出它们当前的状态。

    2.4.1.1、步骤确认

    如果继续执行换辊序列需要操作工的确认，将显示黄色文本“操作工请求”。

    通过点击机架选择图片中的F2确认键，或者在序列图片中的F8确认键，或点击符号“C”，可以继续自动换辊的操作次序。

    2.4.1.2、请求轧辊数据

    在自动换辊时或者手动换辊时，首先要向二级服务器系统发送一个报文通讯，即“请求发送轧辊数据”申请，要求二级传送轧辊的数据到HMI服务器，数据传送到HMI后，操作工首先要查验所要求数据的种类，无误后按下OK键确认接收。当然，操作工也可以手动输入轧辊的数据信息。
 

    2.4.2、手动更换支承辊

    支撑辊的更换是在手动模式下进行的。在HMI界面中会显示中手动更换支承辊的步骤细则。如下图所示，左部分屏幕用于移除支撑辊，右部分用于更换程序。操作工可以根据信息提示进行换辊的操作，但系统无法自动执行序列。也就是说，这些图片中的序列是文本，不是控制序列。

    3、轧机区域的状态诊断

    轧机区域诊断的目的是监测所有的设备状态和通讯状态是否于正常的工作位置，在HMI上会有相关的监控信息及颜色报警提示，操作工可以根据颜色的不同和报警信息及时的掌握设备状态和轧制状态，在必要要采取安全保护措施，如操作“急停”开关等以保证产品质量和设备的安全运行。

    3.1、通信状态

    通讯状态界面用图像直观的显示出可视操作系统与基础自动化错误信息。

    显像服务器和西门子自动化单元，带CPU和CP的TDC和PCS7模块单元被检测，显示每个单元的名称和状态。

    3.2、Profibus诊断

    诊断可以通过点击通信状态屏幕上的Profibus模式开始。根据屏幕，操作工可以对线上所控制的所有ET200站进行监控，如下图所示RM机架通讯状态，维护人员可以及时的观察到，进行有效的维护。

    3.3、轧机状态诊断-准备开始轧制

    下列图片显示轧机不同部分和装置准备开始轧制的状态。根据屏幕，操作工对轧机有个全面的了解。可以决定轧机哪部分或装置未准备好轧制。如果所有轧机部分和装置显示绿色状态，那么轧机准备接收钢板。 

    当轧机部分或装置显示红色状态时，通过点击红色圆周可以显示详细信息，即会弹出一个窗口，给出详细信息的说明。

    4、小结

    本文主要是详细介绍了标定、换辊、诊断等HMI操作界面的设计和功能，西门子在HMI的设计中应用了大量的WINCC图像设计，功能强大，而且与HMI与PLC，HMI与二级的通讯也做的十分的细致，满足了大量数据的传输和图形的监控，起到直接操作现场的设备运行，数据管理共享的目的。