WinCC监控软件（共7篇）
WinCC监控软件 篇1
0 引言
现代污水处理企业采用了先进的污水处理和自动控制技术,引入PLC控制、计算机网络通信系统等,从而提高了污水处理的效率,节省了污水处理过程中的成本。通过应用先进的自动控制技术,设计一套基于西门子组态软件Win CC的污水处理监控系统。
1 监控系统软件设计
1.1 新建项目
利用Win CC实现项目开发,首先要创建一个项目。在Win CC项目管理器中打开“创建新项目”窗口,选定单用户项目,如图1所示,输入项目名称“WUSHUI”并保存。
1.2 创建变量标签
Win CC提供了SIMATIC S7 Protocol Suite的通信驱动程序,此通信驱动程序支持多种网络协议和类型,通过其通道单元与S7-300的通信。点击所需组态的协议Profibus,选择新驱动器连接进行访问,建立Win CC与PLC通信接口所需的逻辑连接参数,如图2所示。连接结束,点击OK键生成连接,其结果为“握手”,作为协议和连接背景之间的逻辑接口。
在新连接选项下生成变量标签组和变量标签。Win CC中变量标签与PLC或外部应用的存储器地址中数据的变量相对应。变量标签的数据类型可使用任何标准数据类型,如二进制、浮点数或文本。该污水处理系统的变量标签组分为运行信号、故障信号、手/自动转换等,根据各信号的运行情况设置变量标签,如图3所示。
1.3 画面设计
利用Win CC中的图形编辑器,根据工艺流程和控制要求,编辑监控画面,并将其中的画面对象与数据连接,浏览其他Win CC编辑器中的应用。在Win CC项目管理器的浏览窗口,启动“图形编辑器”进行组态画面的设计。图形编辑器由图形程序和用于表示过程的工具组成,具有创建和动态修改过程画面的功能。启动图形编辑器,创建登陆界面、污水处理界面、报警界面、打印界面、历史趋势时间选择界面、浏览窗口,如图4所示。
1.4 登录界面设计
登陆界面用于实现用户的登陆,用户的添加在用户管理器中执行,可以根据需要对不同管理人员的权责授权,如图5所示。
1.5 报警界面设计
报警记录可以帮助用户查找错误的原因,及时发现问题,解决问题。Win CC控件中提供了Win CC Alarm Control,将其添加到画面中。Win CC默认开关量上升沿报警,选择消息类别里的错误,在报警处右击添加消息及消息号,在新行里右键选择属性,为新的开关量报警选择变量,并添加相应的提示信息,如图6所示。
1.6 趋势及打印界面设计
趋势图用于更加直观地显示模拟量的变化,可对相应变量进行实时监控,进行历史查询,同时可观察设备仪表的实时状态,以便迅速地找到故障。趋势界面设计如图7所示。
要实现对变量趋势的打印,需要创建布局和打印作业。在Win CC项目管理器中选择报表编辑器,在布局下创建新的布局,在新布局中添加所要打印的项(如变量历史趋势、变量值和报警记录),如图8所示。在打印作业下添加新的打印作业,并为新的打印作业添加所需要的布局和打印机等,如图9所示。
2 系统调试与运行
污水处理监控组态画面与实际工艺流程一一对应,可反映该污水处理企业工艺流程和实时运行状况,如图10所示。用户可以在污水处理监控画面对整个污水处理系统进行操作,通过PLC进行远程控制,实时监控设备运行状态,观察生化池等的液位高度。
各设备设有手动和自动切换,如果系统出故障时,可以手动应急开启设备运行,如图11所示。就地手动控制可以直接现场开启设备,而远程控制是由上位机控制,上位机控制时也可有单个设备手动启动,这样可以提高设备运行的可靠性。
3 结语
基于西门子Win CC组态软件的污水处理监控系统,具有数据采集、控制、报警、打印等功能,可实时反映污水处理企业工艺流程和运行状况,满足污水处理的工艺要求,实现了污水处理的自动监控,提高了污水处理企业的管理水平和工作效率。
摘要：设计一套基于Win CC的污水处理监控系统,实现污水处理的自动监控,提高污水处理企业的管理水平和工作效率。
关键词：污水处理,监控,WinCC
参考文献
[1]苏昆哲,何华.深入浅出西门子Win CC v6[M].北京:北京航空航天大学出版社,2014
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[3]许阳.PLC控制在电厂化学水处理系统中的应用[J].电子技术与软件工程科技情报开发与经济,2010,22(20):189-191
[4]黄俊涛.基于Win CC污水处理集散控制系统的设计[J].2010,(03)
WinCC监控软件 篇2
1. WinCC组态软件
WinCC (Windows Control Center) 组态软件是西门子公司开发的用于SIMATIC PCS 7过程控制系统的可视化组件, 作为生产设备的可视化监控系统和人机界面 (HMI) 开发、运行平台, 与编程软件和用户程序组合方便。WinCC组态软件包含部件有: (1) 变量管理器, 管理WinCC中使用的外部、内部变量和通信驱动程序。 (2) 图形编辑器, 设计图形画面。 (3) 报警记录, 负责采集和归档报警信息。 (4) 变量归档, 处理测量值, 长期存储记录的过程值。 (5) 报表编辑器, 提供多种标准报表格式。 (6) 全局脚本, 系统设计人员可用VB/C编写代码, 满足系统需求。 (7) 文本库, 编辑不同语言的文本信息。 (8) 用户管理器, 分配、管理和监控用户对组态及运行系统的访问权限。 (9) 交叉引用表, 搜索在画面、函数、归档、报警消息中使用的变量、函数、OLE对象和ActiveX控件。
2. 压力烧结炉监控系统
压力烧结炉是硬质合金行业的新型装备, 可承受1600℃高温、6MPa高压, 具有真空差压脱蜡、真空烧结、压力烧结等多种功能。自贡硬质合金有限责任公司参照进口同类设备, 研制出ZYS-50/50/130型压力烧结炉, 设备控制系统结构见图1, S7-300 PLC的CPU模块集成有MPI通信端口, 在PC机扩展槽插1块MPI/DP通信卡 (如CP5611) , 即可实现PC机和PLC通信, 构成以PC机为上位机, PLC为下位机的小型集散系统。工艺人员在PC机人机界面上编制硬质合金烧结工艺程序, WinCC将工艺程序转换后传输至PLC, PLC按照程序设定流程和参数自动完成硬质合金烧结过程。
采用WinCC组态软件开发项目, 首先要结合压力烧结炉计算机监控系统实际情况, 使用图形编辑器开发PC机人机界面。
二、开发人机界面
1. 建立WinCC和PLC的逻辑连接
用户一般在WinCC软件开发平台——WinCC资源管理器中建立多个项目, 并在每个项目建立多个通信单元 (通道) , 以便WinCC和项目中多台PLC、智能仪表通信, 用户需要定义通信单元名称, 本例使用316-2DP通信单元和PLC通信。
打开WinCC资源管理器浏览窗口, 在“变量管理器”→“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”→“MPI”目录中选择“新驱动程序连接”菜单项, 在“连接属性”窗口, “名称”对话框中输入316-2DP, 点击“确定”按钮, 完成WinCC和PLC的逻辑连接, 见图2。
2. 组态变量
变量是组态软件的数据定义形式, 分为外部变量和内部变量。
(1) 创建外部变量。打开WinCC资源管理器浏览窗口, 在“变量管理器”→“SIMATIC S7PROTOCOL SUITE”→“MPI”→“316-2DP”目录中选择“新建变量”菜单项, 建立和PLC交换数据的外部变量。每个外部变量均有特定的通信单元和地址, 在“变量属性”活动窗口中, 按要求设置好每个变量的名称、数据类型、地址参数即可, 图3是在316-2DP通信单元内创建外部变量Heat_dTHi的窗口。
(2) 创建内部变量。内部变量没有对应的过程驱动程序和通信地址。在“变量管理器”→“内部变量”目录中选择菜单项, 建立项目所需的内部变量, 图4是创建内部变量PR_status的窗口。
3. 绘制过程画面
WinCC的画面编辑器包含丰富的绘图工具和数据趋势、报警显示等内置控件, 可根据需要绘制系统相应画面, 画面中每个元素均有颜色、位置等可修改属性, 通过动态连接在组态运行时实时改变, 产生动画效果。在压力烧结炉人机界面, 根据实际情况, 绘制了系统概览、烧结炉、工艺总览 (图5) 、冷却水、热水系统等画面。
4. 建立动态连接
WinCC画面元件的属性丰富多彩, 如元素坐标、尺寸、颜色、元件闪烁等, 通过对属性值建立动画连接, 包括在图形对象和数据库数据变量间建立关系 (或使用VB/C编写脚本) 。当属性值改变时, 画面的图形对象将以动画效果表示, 或者改变图形对象, 修改变量值, 实现图形界面和对象的双向控制。操作者在PC机人机界面进行下载工艺程序、修改工艺参数、改变设备状况 (如温度、压力、开关和旋钮操作状态) 等操作时, 组态软件会将这些操作转换为对其外部变量的修改, 并传递给PLC;PLC输入端口采集、处理生产现场工艺数据和设备状况, 通过组态软件传递和作用, 在PC机人机界面动态反映, 与之关联的图形、数据也将随之改变。
例如, 要在图5画面中, 实现点击右侧某图形按钮, 即切换至相关画面的功能, 必须建立相应连接。
(1) 打开WinCC画面编辑器 (图6) , 调出图5画面。
(2) 将鼠标箭头移至右侧某图形按钮 (如正数第三图形按钮) 位置, 点击鼠标右键, 在快捷菜单中选择“属性”菜单项, 打开“对象属性”窗口 (图7a) 。
(3) 选择“属性”选项卡上“字体”事件, 在右边窗口中选择“文本”行, 在该行和“静态”列相交位置双击左键, 在对话框中输入“工艺总览 (F3) ”, 即完成将该按钮显示名称定义为“工艺总览 (F3) ”的操作。
(4) 选择“事件”选项卡上“鼠标”事件 (图7b) , 在右边窗口中选择“按左键”行, 在动作列中点击鼠标右键, 弹出快捷菜单, 选择“直接连接”菜单项, 打开直接连接对话框 (图8) 。
(5) 在“源:”栏选择“常量”项, 并在对话框中填写需要连接的“画面文件名” (图中未填写) , 在“目标:”栏选择“当前窗口”项, 在属性栏选择“画面名称”即可。
5. 创建报警信息
系统中的报警信息分为: (1) 控制系统在运行中检测出的设备故障。 (2) 控制系统提示操作人员的具体操作指示。两类信息通过不同文字颜色加以区别, 可建立一个报警长期归档, 查看最近1000条历史报警记录。
在WinCC资源管理器打开报警记录编辑器, 创建报警信息, WinCC的报警由多个报警等级和其下多个消息类型组成, 该压力炉监控系统作为单台设备, 比较简单, 在此只使用“错误”一个报警等级。
6. 数据记录
在WinCC变量记录编辑器内, 可以配置需要记录的设备参数, 记录既可是保存在计算机内存的短期归档, 也可是存储在硬盘的长期记录。在WinCC无法导出数据记录, 进行离线分析, 在压力炉监控系统, 使用WinCC定时循环运行C脚本, 定时将以WinCC变量代表的设备参数的实时值输出到外部数据库作为长期记录, 由自主编写的程序进行显示分析, 还可将记录导出到其他计算机进行离线分析。
7. 操作人员管理
生产设备使用人员应有合理分工和不同操作权限, 避免不当操作, 造成设备损坏或安全事故。为此, 可将使用人员分为: (1) 系统管理员, 可以使用系统中的一切功能, 并进行操作人员管理。 (2) 工艺员, 除了设备安全参数和操作人员管理, 其他功能均能使用。 (3) 操作员, 只限于实现设备正常生产所需要的功能。
三、运行和调试
依次进入Windows系统“开始”菜单下SimaticWinCCAutostart (控制程序自动运行设置) , 在项目栏对话框中输入带路经的项目名, 选中“启动时激活项目”选项, 点击“添加到Autostart”按钮, 则控制程序将在计算机启动时自动运行。WinCC工程调试时一般常出现以下错误: (1) 通信故障。首先点击Windows系统控制面板中的“Set PG/PC Interface” (设置PG接口) 图标, 检查适配卡 (5611卡) 是否连接, 通信地址和速率等参数是否正确。其次可检查WinCC变量管理器中S7 MPI通道的系统参数下逻辑设备名称 (一般易忽略) , 也可在WinCCTools系统菜单下打开“Channel Diagnosis”, 监测通信连接情况。 (2) 脚本运行错误。这种错误不易发现, 如访问不存在的WinCC变量, 脚本死循环等等。可使用画面编辑器在主画面上增加两个临时的“应用程序窗口”控件, 显示全局脚本的“GSC Diagnostics”和“GSC Run Time”。在程序运行过程中, 这两个窗口可显示脚本错误原因和位置, 根据提示, 可逐步修正程序错误。
四、结束语
使用WinCC组态软件开发的压力炉监控系统, 自动化程度高, 操作简便, 信息采集、保存完整, 各项技术指标均达到设计要求。
以计算机为上位机的数据采集、监控系统是工业控制系统发展的方向, 其中组态软件的作用日显, 用户可根据系统硬件结构, 使用组态软件开发需要的监控系统和人机界面, 简化异种设备相互连接, 减少开发I/O设备驱动软件工作量, 具有使用方便, 开发时间短, 便于扩展等优点。
参考文献
[1]苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6.北京航空航天大学出版社, 2004.5
WinCC监控软件 篇3
监控系统采用的开发工具是Win CC, Win CC组态软件图形化界面功能强大、可视化程度高、编程风格简单、应用性强、易调试。在监控系统中可以看到每个检修车位的现场检修作业情况, 在监控界面中可以直观的看到机车位置检测状态、隔离开关状态、接触网状态、接地杆状态、车顶检修人员检修状态等情况。
1 监控系统组态设计
监控系统采用“Win CC V6.0”开发, Win CC是Windows Control Conter (可视化控制中心) 的简称, 它集成了SCADA、组态、脚本 (Script) 语言和OPC等先进技术, 为用户提供了Windows操作系统 (Windows2000或XP) 环境下使用各种通用软件的功能。Win CC是在工业生产包括 (钢铁公司) 、农业、楼宇、办公和等领域的过程自动化控制中解决可视化窗口和控制任务的组态软件。它提供了适用于各种领域的变量管理器、图形显示、变量记录归档系统、报警记录系统、图形编辑器、报表编辑器系统、全局脚本系统、文本库系统、通讯系统、用户管理信息系统、交叉引用表系统、归档以及报表的功能模块, 最主要的是Win CC V6.0包括Win CC客户机/服务器结构、全集成自动化、开放性以及Win CC浏览器/服务器结构等应用部分。高性能的信息传输过程耦合、高效快速的各种画面更新切换、以及安全可靠的数据传送使其具有高度的安全实用性[2]。
组态机车车顶检修监控系统项目。Win CC的基本组件是组态软件和运行软件。Win CC项目管理器是组态软件的核心, 对整个工程项目的数据组态和设置进行全面的管理。当Win CC安装完毕, 建立电力机车车顶检修监控系统工程时, 启动Win CC, 单击“开始”>SIMATIC>Win CC>Windows Control Center6.0菜单项, 操作完成后点击工具栏上的新建按钮弹出“Win CC项目管理器”对话框, 选择所需要的项目类型, 并单击“确定”按钮, 即打开“创建新项目”对话框, 在“创建新项目”对话框中输入项目名称, 确定项目存放路径然后单击“创建”按钮后, Win CC开始创建所需名称的项目, 随后在Win CC项目管理器中将该项目打开。当项目创建完毕后可以单击Win CC项目管理器浏览窗口中的项目名称, 并在快捷菜单中选择“属性”菜单项, 打开“项目属性”对话框对其项目的类型、作者及版本等内容进行修改[2,3]。
a.组态变量。Win CC的变量按照功能可分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量四种类型。Win CC中的变量分为以下数据类型:二进制变量、有符号8位数、无符号8位数、有符号16位数、无符号16位数、有符号32位数、无符号32位数、32位浮点数、64位浮点数、8位字符集文本变量、16位字符集文本变量、结构类型变量、原始数据类型和文本参考。
b.组态过程画面。在Win CC资源管理器中, 右击"图形编辑器"可以新建画面。点击“新建画面”后, 在“名称”栏就会出现新画面, 通过右击该新画面可以重命名, 然后打开就可以对画面进行编辑。
c.脚本系统概述。所有的过程可视化系统基本上都或多或少地提供一些脚本语言。Win CC提供了两种脚本:ANSI-C和VBScript。脚本用来组态一些对象的动作 (触发函数) 。在运行系统中, 后台任务, 例如打印日常报表、监控变量或完成指定画面的计算等, 都将作为动作来完成。这些动作均由触发器来启动。在Win CC资源管理器中, 右击“全局脚本”选择C或VB后右键单击打开。点击“新建画面”后, 选择“函数”或“动作”就可以按要求编写相应程序实现相应功能。通讯过程中的全局脚本Win CC程序代码如下:
2 系统通讯设置
建立Win CC与下位控制器PLC间通讯的主要步骤为:a.创建Win CC站与自动化系统间的物理连接。b.在Win CC项目中添加适当的通道驱动程序。c.在通道驱动程序适当的通道单元下建立与指定通讯伙伴的连接。d.在连接下建立变量。过程为:鼠标右键点击Micro/Win进入PG/PC Interface S设定通讯方式, 此处通讯硬件为PC/PPI电缆, 然后进入New PLC的右键菜单, 添加一个新的S7-200 PLC站 (定义PLC的名称, 输入CPU的网络地址) , 进入New>Item添加PLC内存数据的条目并定义内存数据, 从Micro/Win的项目中直接导入符号表, 则条目的符号与项目中的符号名称相对应。这样Win CC与PLC间通讯设置就完成了[4,5]。
结束语:系统采用Win CC组态软件开发了钢铁公司机车车顶检修监控系统, 实现了Win CC与PLC的通信, 能够实现几个机车检修监控界面之间的切换、动态显示各车位当前检修作业信息和车顶状态等。这样不仅实现了自动化管理与控制, 而且还保证了钢铁公司机车车顶检修作业人员的人身安全, 并且提高了检修作业过程的效率、质量和安全。
参考文献
[1]吴庆立.电力机车整备作业安全监控控制系统的研究与开发[D].兰州:兰州交通大学, 2008.
[2]苏昆哲.深入浅出西门子WINCC V6[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
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[4]林志浩.现场总线与工业以太网[M].北京:机械工业出版社, 2006.
WinCC监控软件 篇4
在烟草工艺中, 贮叶工序主要起到均匀混合各叶组配方, 平衡烟叶含水率和温度, 使香精香料充分渗透到烟叶内部的作用, 其控制的关键在于贮叶时间, 是保障上述作用的基础, 它将直接影响卷烟感官质量[1,2]。目前, 烟草企业规模的日益增大, 为适应分组加工、柔性控制的要求, 制丝生产逐渐向多路径、多过程的模式转变, 各种大型、双层、对顶形式的贮叶柜得到广泛应用, 传统的人工记录和判断贮叶时间的方式已不能适应自动化生产线的需求[3]。为此, 本文在W in CC软件的基础上设计贮叶时间动态监控系统, 以期实现贮叶控制的自动化、智能化与科学化。
2 工艺要求
为保障制丝产品内在质量, 调节平衡各工艺段间的生产能力, 贮叶工序有其特殊的工艺要求:
(1) 贮存时间根据产品设计要求确定, 一般最短贮存时间为2h , 最长贮存时间以不得使烟片品质降低为限[4]。徐州卷烟厂根据配方不同, 规定贮存时间为2~16h 。
(2) 制丝线共计16个贮叶柜, 各贮柜现场及监控画面应有明显的牌号、批次号等信息, 不得错牌。
(3) 整批烟片完全进柜以后方能出柜, 以先进先出为原则, 不得边进边出。
3 系统架构
徐州卷烟厂6000K g /h制丝线采用批次化生产控制模式, 工业控制系统基于西门子P rofinet工业以太网络, 主干网传输介质为光纤, 与若干台交换机组成环行网, 将P L C、网络、通讯、数据库、计算机图形、Internet等诸多技术结合在一起, 主要由设备控制层、集中监控层和生产管理层3个层次组成, 各层次之间的信息流及相互联络关系见图1。
在设备控制层主要以西门子P L C为核心, 执行控制配方所规定的批次生产过程, 上传批次生产结果报告。集中监控层实时访问设备控制层的生产数据, 并通过W in CC视窗监控人机界面实现对生产线的组合操作和状态实时监控功能。生产管理层能够存取和使用W in CC数据, 处理系统运行时的综合信息, 并提供生产任务执行情况、质量数据分析、批次控制、设备运行状态等完整的统计数据报表和各种分析图表, 为M E S和E R P提供支持, 同时接收其下发的生产任务及其配方信息。
制丝线批次信息包含批次号、牌号、存量和进柜时间等数据, 由车间生产管理系统根据M E S层下发的生产计划与监控系统采集的生产状态而生成, 并存储于数据库进行统计分析。若在生产监控系统中实时显示批次信息, 需读取对相应数据库文件并存入P L C程序中的DB数据块, 供集中监控系统和现场监控系统再次调用。
4 监控软件设计
监控系统是制丝生产线的人机交互平台, 以图形化方式对生产过程进行监视、控制、调度和报警等, 并与设备层和管理层的系统通讯, 使集控成为真正的分布式集成系统[5,6]。其相关功能及接口软件程序设计主要包括授权管理、监控画面、操作功能、报警管理、历史数据和网络监视等功能。本系统的开发平台为W in CC 6.0, 采用C/S结构, 通道单元类型为T CP /IP 。
4.1 数据读取与存储
首先, 通过ST E P7软件在储叶段的PL C程序中建立批次信息数据块DB 58, 根据不同的贮叶柜号设置对应的批次号、牌号、进柜时间等数据, 长度均为20个字节。其次, 在W in CC开发平台中分别建立每个贮叶柜批次信息的变量标签, 数据类型为“文本变量16位字符集”。最后, 在全局脚本V B S中编写读取与存储程序, 从数采数据库中读取写入到对应变量标签, 时间数据格式为dd/h h :nn, 采用一分钟周期性触发方式。以读写进柜结束时间的数据为例, 标签名称IN T IM E , 脚本程序如下:
4.2 贮叶时间的计算
烟草中的重要致香物质如醛、酮类、醇类、酯类和内酯类以及酚类等化合物均对烟草香味有重要影响[7]。不同等级牌号卷烟配方根据所用的烟叶产地、等级不同, 加料成分不同, 产品设计的风格和感官质量要求也不同, 因此在实际生产中, 不同牌号叶组有其适宜的贮叶时间。精确控制贮叶时间有利于平衡物料温度和含水率, 保持叶组中的致香成分, 改善卷烟香气特性, 使其烟气与口感特性最佳。
贮叶时间以进柜结束时间为起点, 采用Date Diff函数, 与当前时间实时比较计算得出, 时间单位为分钟, 当贮叶柜内批次信息为空时, 贮叶时间取零。以1# 贮叶柜的贮叶时间计算为例, 其V B S脚本如下:
4.3 监控画面的设计
制丝线预混柜8个、贮叶柜16个、叶丝暂存柜4个, 共计28个, 而原有的监控画面较为分散, 只在每个贮柜上显示各自的电机状态、批次号、牌号、存量等信息, 缺少进出柜时间、贮叶时间等信息。为此, 设计贮柜信息集中监控画面, 方便操作人员查看各贮柜的生产状态, 使其能够结合各工艺段物料贮存信息和流水线生产需求, 以先进先出的原则安排当班的批次调度, 合理分解M E S层下发的生产计划。
4.4 报警设计
根据工艺要求的贮存时间, 对小于2h的贮柜选择出料时发出提示信息, 对超过16h的贮柜发出报警信息, 采用报警栏显示和监控画面文本背景颜色变化的方式。在监控画面中, 当2h ≤贮叶时间≤ 16h时, 文本背景颜色为绿色, 当贮叶时间> 16h时, 文本背景颜色为红色。图2为系统测试时的贮柜信息集中监控画面。
5 结束语
目前, 基于W in CC的贮叶时间动态监控系统已在徐州卷烟厂6000K g /h制丝线集控系统中应用, 系统运行稳定、可靠性强, 烟叶贮存时间得到有效控制, 较好的保障了制丝产品内在质量。同时, 以自动计算和判断的方式代替人工核对, 减轻了操作人员的劳动强度和工作压力, 为贮柜进出料的调度选择提高科学依据。
参考文献
[1]金涧, 丁昌禄, 张文栓等.单元式空调贮柜的开发应用[J].烟草科技, 2006 (1) :30-32.
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[6]封帆, 郭平.基于WinCC的高炉监控系统[J].自动化技术与应用, 2008 (10) :122-125.
WinCC监控软件 篇5
深孔镀铬系统是北重集团表面处理车间于20世纪90年代从瑞士引进的一套半自动化电镀生产线,考虑到今后生产规模不断扩大的趋势及目前存在的一些弊病,需要在现有系统的基础上,充分利用原有系统元器件,恢复、完善其自动功能。由于现场部分传感器老化、缺失及损坏,使得生产过程中的各项指标不能得到及时的检测、显示及记录,从而不能为产品的生产及质量分析提供有效的数据。原系统自动控制方式,由于种种原因目前已彻底失效,现场的控制主要还是靠人工操作,产品的质量很大程度上取决于工人的技能,极大地限制了产品的成品率的提高。
根据该企业要求,本研究对现有系统功能加以改进,旨在提高工厂自动化生产和管理水平,使其达到同行业国内先进水平。
1 原控制系统简介
整个深孔镀铬系统由3台整流电源、4个控制柜、11个镀槽(如图1所示)及相关配套管路组成,3台电流整流柜是深孔镀铬过程中的电源供应设备,其中,2台整流电源最大输出电流为15 000 A,分别给镀槽中的5a#和5c#槽供电。另外一台整流电源最大输出电流为12 000 A,给预处理槽2#、3#、4#槽供电。
完整的工艺执行过程为:根据工艺要求在控制柜中手动设置好当前工作槽的状态(温度、液位)后,再将工件放入槽中,然后手动设置电流、工作时间等。在当前工作槽中执行完规定的工作时间后,将工件放入下一槽中,如此反复执行直至最后。
2 控制内容及要求控制内容及要求如下[1]:
(1) 运行模式。该套控制系统要有3种运行模式:自动运行模式、手动运行模式及远程监视。
(2) 生产过程的监控。整个工艺流程实现自动控制并对现场生产设备的运行状况进行实时动画模拟,对生产过程中的主要参数进行实时动态显示,对下一工作槽状态进行判别,如果不满足工艺要求则采用声、光提示,只有当操作人员确认时,方可继续执行工艺流程。
(3) 电源自动控制。对电源的调流、换向及通断要求实现自动控制,在电流自动调节的过程中要控制好由电源电机惯性引起的电流超调现象,从而保证电流调节的快速性和精确性。
(4) 温度自动控制。工作槽的温度控制依然采用原温度控制仪,自动系统只需采集温控仪相应的温度数据并进行监视即可,具体的温度调节参数通过人工设定。
(5) 水路系统控制。完成对冷却水的降温,使溶液温度能满足生产工艺的要求以及对相应的槽子进行喷淋自动控制。
(6) 气路系统控制。对原有的气路进行改造,实现气体搅拌槽内溶液的自动控制。
(7) 诊断功能。实时监控系统故障,以便尽早发现问题、解决问题,尽可能避免意外情况发生,提高系统运行的可靠性。
3 系统总体设计
深孔电镀自动控制系统框图,如图2所示[2]。下位机PLC完成所有的逻辑控制、数据采集与处理等功能。上位机选用的是研华工控机实现对PLC的程序编制和调试。上位机与PLC用MPI电缆连接,采用MPI协议。
系统共有108个开关量输入、62个开关量输出、28个模拟量输入、2个模拟量输出。总的说来,该系统控制量多、控制逻辑复杂、涉及内容较多。
3.1 硬件组成
根据统计的控制点数,选用西门子公司的SIMATIC S7-300系列的PLC,系统硬件配置为3组机架,用MPI连接,其连接形式,如图3所示。
系统中数字量输入模块的型号为:SM 321(DI16×DC 24 V),数字量输出模块的型号为:SM 322(DO16×DC 24 V/0.5 A),模拟量输入模块型号为:SM 331(AI8×12 Bit),模拟量输出模块型号为:SM 332(AO4×12 Bit),通信卡为:CP 5611。
3.2 软件组成
编程软件采用西门子公司的STEP7,它是用于SIMATIC S7-300/400、C7 PLC和基于PC控制产品的组态、编程和维护的项目管理工具[3]。通过STEP7,用户可以进行系统配置和程序编写、调试,以及在线诊断PLC硬件状态、控制PLC和I/O通道的状态等。
组态软件采用西门子公司的WinCC V6.0, WinCC基于32位操作系统的面向对象的32位应用软件,它提供了基于全面开放式接口的解决方案,具有标准的应用程序接口,通过标准接口ODBC和SQL能够访问WinCC所集成的过程数据,还可以通过脚本语言直接使用Windows提供的、功能强大的Win32 API。
3.3 通信功能的实现
系统采用S7300系列PLC,CP5611MPI通信模板,上位机与PLC用MPI电缆连接,采用MPI协议。为使上位工控机与下位PLC成功实现通信,先对CP5611初始化,再在WinCC的变量管理模块中[4]添加名称为SIMATIC S7 PROTOCOL SUIT的驱动器,接着在MPI通道中新建驱动程序连接,设置相应的S7网络参数,这样通信通道就建成了[4]。之后的具体工作是新建变量(Tag),将外部变量与PLC的位存储器、输入、输出中的位(bit)或字(word)连接起来,通过WinCC内部函数GetTag,SetTag实现WinCC与PLC交换数据。
4 监控系统的实现
按照深孔镀铬工艺要求,需要同时运行两套工艺,即在第一套工艺运行到如图1所示的5a#或5c#镀铬槽时,第二套工艺启动,开始下一个深孔的电镀工作,两套工艺互不影响。并且对于不同的深孔,其工艺参数(各槽的温度、液位高度、电流大小、工作时间等)不同,需要时可以随时修改,考虑到上述原因,该系统采用上位机(WinCC)作出控制决策,下位机(PLC)执行现场控制。可以直接在上位机上进行工艺参数的修改。
4.1 监控界面的设计
WinCC是西门子公司与微软共同开发的软件系统,在WinCC中可以很方便地生成人机界面,建立完整的过程监控解决方案[5]。WinCC包括6个主要的功能编辑器:图形设计编辑器、全局脚本编辑器、报警存档编辑器、变量存档编辑器、报表设计编辑器、用户管理和项目安全编辑器,其中,以图形设计编辑器和全局脚本编辑器最为关键。
监控界面划分为两个区域:一个为画面显示区域,另一个为操作区域。其中画面显示区域由多个不同层的画面窗口叠加而成,操作区则由多个按钮组成,其功能及布局,如图4所示。
4.2 控制程序的设计
在编程方式上采用结构化编程,将整个系统分成14个相对独立的部分,每个槽和电源都作为独立的部分。这些部分各自独立、自成体系,可以单独运行也可以同时运行。在WinCC中“全局脚本→C-Script→项目函数[6]”处为每一个独立的部分建立一个项目函数。在控制过程中只需要调用相应的项目函数即可。
4.2.1 工艺控制流程设计
工艺控制程序通过在监控画面中任意对象的“属性”→“几何”处组态一个C动作来实现,这样做的目的是为了使用触发器变量控制程序的扫描周期。为了不影响该对象的几何属性,在组态的C动作结束时要返回当前位置的属性值。工艺控制程序开始的触发条件由“工艺选择”界面的“工艺启动”按钮和1#槽接近开关信号同时确定。整个工艺控制程序就是按照工艺顺序调用编写好的各个槽的项目函数。以其中一个槽为例,其控制流程,如图5所示。
工艺开始时首先读取flag的值,判断需要调用哪个槽的代码,系统共有11个槽,flag取值为0~11,从当前槽出来时flag++[7],准备下一个槽的调用,整个工艺完成后flag初始化。
4.2.2 电源控制算法设计
电源控制程序不在工艺控制程序中调用,和工艺控制程序一样,通过在监控画面中任意对象“属性”→“几何”处组态C动作来实现电源的控制,该动作调用编写好的电源控制项目函数并由图5所示的“调节电流”信号触发。电源也可以单独运行,在“手动”状态下工人可以在监控界面中输入电流设定值,并点击“电流调节”按钮,就可以实现电源单独控制。
电源控制的关键是要大幅度减小因电源电机转动惯性引起的电流超调、提高控制精度,通过采集该电源电流全程输出过程中的电流特性曲线得知,系统的动态响应过程呈现非线性特性,如直接采用直线函数近似全过程,输出电流的精度远远不能满足工艺的要求,为此采用分段线性控制策略,在每一个线性段内电源电机转动近似匀速且在该段内由电机惯性引起的电流超调值近似相等。通过实验可以采集每个段内的电流超调值,这样就可以计算出精确的电流调制时间,利用时间的控制实现电流的精确控制。
由采集的数据计算出的5个分段点的数据,如表1所示,其中t
在电流上升调节的过程中,首先判断电流设定值YS所在的分段区间(y(i),y(i+1)],从理论上说,电流调节时间t等于设定值YS所在区间的低段点的时间值t
式中 t
对于电流下降过程也需要通过分析采集数据以建立同样的模型。电源控制流程,如图6所示。
5 结束语
本系统采用WinCC组态软件和S7-300系列PLC作为恢复深孔电镀系统自动控制的工具,不仅缩短了工程的开发和维护周期,提高了系统的可靠性和稳定性,并节省了工程的开发费用。
本系统于2007年6月在北方重工集团电镀车间试运行成功,系统投入运行后大大减轻了工人的工作量且产品合格率高,受到用户的好评。
参考文献
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[4]朱勇,叶华,刘成良.使用WinCC在机电一体化系统中实现过程监控[J].仪表技术与传感器,2004(6):20-25.
[5]颜文俊,毛雪珍.基于PLC与WinCC的电站远程自动监控系统设计[J].机电工程,2005,22(3):33-36.
[6]苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
WinCC监控软件 篇6
90年代,我国众多机组保护系统采用3500系列,其软件包括3种:Rack Configuration、Data acquestion和Operation Display。软件用于对3500系列硬件进行配置管理,同时能够将数据采集到远程计算机中,用Operation Display 软件实现画面数据显示及数据存储管理等。但在实际应用中,存在下列不利因素:
a. 数据存储功能欠缺,数据动态存储仅为8min,8min之后,事故时的数据皆不存在,因此利用该软件存储的数据对事故进行分析显然是不可能的。
b. 系统组态与操作画面功能不够丰富。与控制系统操作画面HMI相比较,显得过于繁琐、单调。
1 Windows DDE通信Microsoft Windows
自诞生以来,以动态数据交换(Dynamic Data Exchange,DDE)通信方式为应用程序之间的数据通信提供了良好的手段,一直被工控软件所采用。目前,虽然各控制系统厂商均以OLE Automation作为开放的数据接口加以应用,但始终保留了DDE通信功能,因此,使控制系统能够实现与外部应用程序的数据交换功能,增加了各系统之间的互联性。
另外,由于HMI监控软件的实时性能稳定,历史数据的存储与再现功能更为丰富,相对情况下,可以达到500ms的数据存储间隔。因此,利用Windows DDE通信,实现3500系列与控制系统的软件数据交换是可行的。
2 系统硬件构成
图1为系统硬件结构,是实际应用中的一个案例,该系统原有3台相互独立的操作站,由于需要进行数据通信,选用以太网络互联。
图中3台操作站安装3块100Mb/s以太网卡,通过双绞线与交换机相连,可实现100Mb/s独享的通信速率。来自3500系统的数据,经过RS485-RS232转换器,送入3500系列监控软件,该监控软件提供DDE Server功能,为两台操作站提供数据,但这些数据是本特利特有的数据结构形式,因此需要对数据进行解析、筛选和转换后,再将数据送至控制系统WinCC中。另外一条数据采集与控制通道通过现场控制站,将数据通过数据总线送到WinCC中。这样便使得原来独立的机组监控系统集成统一,为操作人员提供更为便捷的操作。
3 DDE Server软件
绝大多数HMI控制系统监控软件都提供了DDE数据接口,但由于本特利系统采用了特殊的数据结构,因而DDE通信的简单热链接无法实现。需要经过中间转换软件,将转换后的数据与HMI控制系统软件进行DDE链接。这里,系统采用自行开发的DDE Server软件得以实现,软件结构如图2所示。
DDE Server的作用是充当3500系列和监控软件的桥梁,而在系统开发过程中,经过对DDE Server的数据分析发现:3500系统的DDE Server发送的是批量数据,即每个数据包包含许多数据,包括实时数据、单位及量程等,而需要的仅仅是实时数据,所以要对数据包拆包,筛选出实时数据,送往WinCC中,因此自行开发的DDE Server既充当3500的客户端,又充当监控软件WinCC的数据服务器[1]。
每当启动DDE Server时首先将每个通道初始化,然后开始正常的数据采集,如果初始化过程失败,将提醒用户重新初始化或者退出程序,初始化过程有进度条动态显示初始化过程,并有工作过程状态描述,具备友好的用户界面(图3)。
该软件首先将3500系列数据进行热链接,然后在一定的时间间隔内(数据更新周期最小可以达到0.2s,根据操作站的负载情况)将数据进行自动更新后与控制系统进行热链接。虽然似乎存在一个转换问题,但对于0.2s的更新时间,几乎没有损失数据的实时性,因为控制系统软件本身根据负载情况,一般最小采集周期为0.5s。
4 控制系统操作画面[2]
4.1 流程图画面
流程图画面如图4所示。对于机组,可以组态一个流程图画面,对机组运行情况进行全面的监视与控制,包括润滑油系统、工艺介质、机组的轴振动位移及机组各部位的温度等参数进行实时监控,并能实现报警与联锁功能。
4.2 趋势图显示画面
趋势图画面(图5)可以将历史数据进行再现,为机组运行的状况和机组的事故分析提供手段,同时配合机组状态分析软件,可以对机组运行进行全面评价,为机组状态分析软件提供完善的数据。
4.3 模拟仪表画面
模拟仪表画面(图6)在模拟仪表面板上显示所有生产过程数据,每个仪表面板代表一个回路,在本系统中,全部为显示回路。显示回路仅仅观察测量值,以棒图模拟显示和动态数据显示。
5 生产数据报表
利用DDE Server软件包,还可以实现与其他软件的数据通信(如Microsoft Excel),以实现定时的生产数据报表及统计报表等。
6 结束语
利用DDE通信的方法,实现将机组状态监控数据进行采集与管理,并将数据与控制系统人机操作界面融合在一起,特别针对本特利3500系列,利用较为经济的投资手段并且能够使系统可靠的运行,这里是以WinCC为上位软件实现的,同样对于其他的HMI软件,如:INTOUCH[2]、iFIX也是适用的。
参考文献
[1]李飞,张井岗.基于Lab View环境下的可移植数据采集系统[J].化工自动化及仪表,2011,38(8):1014～1015.
WinCC监控软件 篇7
地源热泵又称地热热泵, 是一种以地下浅层地热作为资源, 既可供热又可制冷的高效节能的换热系统。随着近年来能源消耗急剧增加, 地源热泵技术以其节能、环保、热效率高等优势愈加受到人们的青睐。在地源热泵机组运行时, 一体式的监控系统可以让远端的监控人员实时了解设备运行状态, 并对机组设备能有直观、全面、准确的认识, 充分保证系统持续合理地运行。
本文运用先进的PROFIBUS总线网络技术, 结合Win CC组态软件技术, 在西门子S7系列PLC的基础上设计一款高性能的地源热泵群监控系统。
1 PROFIBUS总线
PROFIBUS (Process Field Bus) 是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准[1]。作为一种应用于工业现场的通信协议, PROFIBUS共包含分散外设 (PROFIBUS⁃DP) 、过程自动化 (PROFIBUS⁃PA) 、现场总线信息规范 (PROFIBUS⁃FMS) 三个兼容版本。其中, PROFIBUS⁃DP相较于另两种, 具有传输介质简单、安装维护方便、容易进行扩展, 可靠性高等优点, 更适用于现场设备级的高速数据传输。
结合本系统实际情况, 在对地源热泵群监控系统的设计过程中采用了PROFIBUS⁃DP总线控制方式。
2 Win CC组态软件
视窗中心Win CC (Windows Control Center) 是一款由西门子和微软合作开发的监控系统软件。与其他常用的监控组态软件 (SCADA) 系统一样, Win CC是以计算机为基础的生产过程与调度自动化系统。但Win CC特有的既有基于Windows系统的特点、又有微软其他产品支持的优势, 使其相比同类产品应用范围更广[2,3]。
由于本系统在现场总线和PLC方面均选用了西门子产品。考虑到Win CC具有:与SIMATIC S7系列PLC连接方便且通信高效、与STEP7结合紧密开发周期短、有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项便于硬件维护等诸多优势, 本设计选用了Win CC组态软件来实现系统的过程控制监控功能。
3 热泵群监控系统
3.1 总体结构
地源热泵群监控系统采用集中管理、分布式控制网络结构。监控计算机通过与作业现场人机交互系统的通信, 实现了对现场机构的集中管理, 同时对各站点的作业过程实现动态监测和分布式控制。具体系统结构模型图如图1所示。
系统控制网络中, 一台装有Win CC的工控机作为上位机负责监控整个网络的运行。工控机 (PC机) 通过通信卡CP5613与S7⁃300PLC相连, 该S7⁃300PLC作为整个网络的主站, 负责发送控制信息, 读取从站状态, 实现对整个热泵系统的数据采集和远程终端控制。从站S7⁃300PLC通过通信模块EM277与PROFIBUS相连, 从站PLC之间使用PROFIBUS⁃DP连接成总线网络进行数据的传输, 每个从站利用S7⁃300PLC实现对各个热泵机组的运行控制, 利用水位开关、压力传感器、温度传感器等对热泵系统的运行参数进行检测, 利用PLC的输出对压缩机、换热系统以及水泵系统进行运行控制[4,5]。
3.2 主要参数
借助软硬件设计, 本系统拟实现在控制中心可完成前端采集器上报数据的接收且入库、历史数据查询、缺失数据补遗、显示各站点在线状态、判断前端设备供电状态变化 (市电或蓄电) 等功能。具体设计如下:
(1) 显示站点状态:各站点状态分为在线、离线两种, 每个站点可包含多个硬件, 分别用#1、#2等表示, 各井极限可测12路温度。各站点状态均作入库处理, 并及时更新供网络实时查询。
(2) 显示供电状态:供电状态分为蓄电池、市电两种, 当供电状态变化时, 系统可借助外围短信设备向相关责任人发送警报信息。
(3) 实现数据查询:可分别以#号、通道号、时间、供电状态、在线状态为查询关键词, 查询结果显示为——站点名、井号、通道个数、供电状态、在线状态、数据时间。
(4) 实现Excel报表导出:数据查询所得结果可实现Excel表格的导出。表格中的数据项显示为——站点名、井号、通道号、温度数据、时间。
(5) 实现数据完整性检测:当系统数据发生丢失时, 可及时提示, 并可通过手动或程序自动的方式进行修正。
根据以上思路拟采用如下软硬件实现系统设计:
系统的硬件主要包括监控上位计算机、主站S7⁃300CPU315⁃2DP、从站S7⁃300 CPU313C⁃2DP、EM277接口模块、通信处理器、PROFIBUS连接电缆等。上位机采用工业控制计算机, 通信处理器采用SIMNATIC NET CP5613卡, 该板卡是一种集成微处理器, 它用于工控机连接到PROFIBUS, 一个PROFIBUS接口, 仅支持DP主站、PG/OP、S7通信。
控制中心PC机上安装的Win CC组态软件, 本设计选用北京亚控公司研发的Win CC组态软件进行组态, 研究组态方法, 开发直观的热泵机组、蓄水池、开关等系统设备的仿真画面, 以方便设备的集中监管。
4 网络通信
本系统控制网络中的通信主要是指主站PLC与各从站之间以及与上位机组态软件Win CC之间的通信[6⁃7]。其中, 前者采用的是PROFIBUS⁃DP通信协议, 后者则是多点接口通信 (MPI) 协议。
4.1 PROFIBUS⁃DP通信设计
本设计利用PLC站的DP口, 上位机插卡CP5613的DP口进行数据交换。其中PROFIBUS接口为RS 485, 连接电缆为PROFIBUS电缆 (屏蔽双绞线) , 接头选用PROFIBUS接头并带有终端电阻, 传输距离可以RS 485中继器进行扩展, 可达10 km。
系统中选用主站为CPU315⁃2DP, 从站为CPU313C⁃2DP, 如图2所示。
设置波特率等相关网络参数, 并进行硬件组态, 将从站连接至主站的PROFIBUS总线, 并建立通信接口区, 如图3所示。
对于集成DP口, 进行通信程序设计时需分别调用SFC14“DPRD_DAT”和SFC15“DPWR_DAT”来完成对数据的读取和发送, 如下:
4.2 MPI通信设计
系统采用Win CC 6.0作为开发工具, 其开发流程如图4所示。
Win CC与S7⁃300PLC CPU 315⁃2DP主站通信类型为多点接口通信 (MPI) 。Win CC与主站S7⁃300 PLC间通信设计步骤如下:
(1) 在PC机上安装STEP7编程软件。
(2) 进行PLC的硬件组态, 设置MPI地址等参数。
(3) 进行通信端口设置。双击在Windows控制面板下的工具“Set PG/PC Interface”, 选择MPI (Win CC) ⁃PC Adapter (MPI) , 设定对应参数并完成确认。
(4) 进行下位机设置。端口设置成功后, 对组态的硬件进行下载, 下载完毕, 则设置结束。
(5) 打开Win CC, 建立新的Win CC项目, 在变量管理模块中添加名称为SIMATIC S7 Protocol Suite的通信驱动程序。
(6) 驱动器加入成功后, 选择MPI通信协议, 在MPI项下建立PLC连接, MPI地址必须与PLC中的设置相同, 接着在组态完成的S7⁃300PLC下设置标签 (包括:标签地址、标签名、数据类型) 。
上述步骤完成后, 将待通信数据逐一定义标签, 打开Win CC的图形编辑器, 制作控制网络画面, 并将画面中的对象与现场设备连接, 最终实现Win CC与主站S7⁃300 PLC之间的数据通信。
5 结语
本文介绍了一种基于PROFIBUS总线和Win CC组态软件技术的地源热泵群监控系统的软硬件的设计和实现方法。相比同类网络控制系统, 本文设计的基于PROFIBUS总线和Win CC组态软件的监控系统具有可靠性高、可维护性强, 响应速度快、控制精度高、监控界面形象配置更容易、画面效果更逼真, 程序运行安全性更高等优点。测试组对系统功能、操作、通信等重要环节的进行多次应用测试, 结果证明:该设计能够满足监控系统的指标要求, 能够很好的完成对地源热泵群工作温度等参数的监控任务。
参考文献
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[6]纪利琴, 苏巧平, 薛颖操, 等.水源热泵中央空调控制与网络监控系统[J].自动化与仪器仪表, 2010, 30 (1) :75-77.