WinCC組態(tài)軟件使用分析

-.z.WinCC組態(tài)軟件使用分析摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和可編程控制器(PLC)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)〔Fieldbus〕的迅猛開展和日益成熟，WinCC，這一運(yùn)行于MicrosoftWindows2000和*P下的Windows控制中心，已開展成為歐洲市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者，乃至業(yè)界遵循的標(biāo)準(zhǔn)。如果你想使設(shè)備和機(jī)器最優(yōu)化運(yùn)行，如果你想最大程度地提高工廠的可用性和生產(chǎn)效率，WinCC當(dāng)是上乘之選。本文介紹了WinCC及其組態(tài)方法，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成,分析了WinCC與PLC之間的通訊機(jī)制,并對(duì)利用組態(tài)軟件WinCC設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)控程序的方法以及在不同領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用介紹。關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)〔Fieldbus〕WinCC組態(tài)軟件通訊1引言隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和可編程控制器(PLC)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)〔Fieldbus〕的迅猛開展和日益成熟，性能先進(jìn)、運(yùn)行可靠穩(wěn)定的水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，逐步替代了傳統(tǒng)的繼電保護(hù)與自動(dòng)化設(shè)備，通過對(duì)主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參量的實(shí)時(shí)、快速數(shù)字處理，完成故障診斷、保護(hù)動(dòng)作，確保復(fù)雜的機(jī)組啟停控制、變壓器保護(hù)等系統(tǒng)得以可靠的實(shí)現(xiàn)。要真正提高水電站自動(dòng)化水平和質(zhì)量，除了硬件還必須有與之相配套的高效、可靠、易用、功能強(qiáng)大的自動(dòng)化軟件。而工業(yè)控制組態(tài)軟件就是可以從可編程控制器、各種數(shù)據(jù)采集卡的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的一種軟件包。他能充分利用Windows強(qiáng)大的圖形編輯功能，以動(dòng)畫的方式顯示監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面和實(shí)現(xiàn)控制功能，并可以生成報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)等，為開發(fā)者提供了便利的開發(fā)平臺(tái)。西門子組態(tài)軟件WinCC無論從功能性、開放性還是現(xiàn)代化程度而言，都是滿足新要求的最優(yōu)的工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控解決方案。2WinCC2.1WinCC概述WinCC(WindowsControlCenter)是視窗控制中心(WindowsControlCenter)的簡稱，由德國西門子公司與微軟公司共同開發(fā)的軟件系統(tǒng)，是結(jié)合西門子在過程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微機(jī)軟件的強(qiáng)大功能的產(chǎn)物，是世界上第一個(gè)集成的人機(jī)界面(HMI)軟件系統(tǒng)，它真實(shí)地將工廠控制軟件集成到自動(dòng)化過程中。WinCC將WindowsNT應(yīng)用程序的現(xiàn)代體系構(gòu)造與使用方便的圖形設(shè)計(jì)程序結(jié)合在一起，提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息報(bào)警、過程值歸檔以及報(bào)表打印等模塊，具有高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)管理功能，可以很方便地生成人機(jī)界面，建立完整的過程監(jiān)控解決方案。2.2WinCC組態(tài)方法這里以WinCC上位機(jī)通過Profibus-DP網(wǎng)和S7-300PLC通訊為例說明WinCC軟件的組態(tài)步驟如下:(1)啟動(dòng)WinCC，建立一個(gè)新的WinCC工程，在“變量管理器〞中選擇添加PLC驅(qū)動(dòng)程序。(2)在PROFIBUS協(xié)議中新建一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序連接并組態(tài)邏輯連接參數(shù)。(3)在連接中參加外部變量(即過程變量)并設(shè)置變量。(4)在圖形編輯器中制作監(jiān)控畫面。(5)制作報(bào)表、數(shù)據(jù)歸檔、報(bào)警以及用戶管理和工程平安等功能。變量分為外部和部變量，部變量與PLC無關(guān)，一般起數(shù)值傳遞和實(shí)現(xiàn)畫面動(dòng)態(tài)的作用，外部變量是對(duì)應(yīng)于存在PLC或外部應(yīng)用的存儲(chǔ)器地址中數(shù)據(jù)的變量，這種變量可以通過PLC存儲(chǔ)器地址的一一對(duì)應(yīng)來訪問，這樣等于建立了WinCC與過程通信所要監(jiān)視的對(duì)象。WinCC中工程組態(tài)可使用的變量數(shù)為256個(gè)。WinCC包括幾個(gè)主要的功能編輯器:圖形設(shè)計(jì)編輯器、全局腳本編輯器、報(bào)警存檔編輯器、變量存檔編輯器、報(bào)表設(shè)計(jì)編輯器、用戶管理和工程平安編輯器。下面就通訊、畫面、報(bào)警、用戶管理幾個(gè)關(guān)鍵方面加以介紹。(1)通訊組態(tài)為了使WinCC系統(tǒng)與各種不同類型的PLC進(jìn)展通訊，需要使用通訊驅(qū)動(dòng)程序，WinCC通訊驅(qū)動(dòng)程序連接數(shù)據(jù)管理器和PLC，WinCC的應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)管理器中請(qǐng)求數(shù)據(jù)，根據(jù)連接的PLC，通訊驅(qū)動(dòng)程序包含一個(gè)或多個(gè)通道單元，通訊驅(qū)動(dòng)程序利用其通道單元構(gòu)成WinCC和過程處理之間的接口，它使用通訊處理器來向PLC發(fā)送請(qǐng)求消息，然后通訊處理器將相應(yīng)請(qǐng)求的過程值返回給WinCC。(2)圖形畫面組態(tài)工業(yè)控制一般需要監(jiān)控的設(shè)備比擬多，可將設(shè)備按照水電廠中各局部的功能步驟分布在多畫面，畫面之間的切換用WinCC中按鈕的鼠標(biāo)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。使用WinCC的C語言腳本編程，在按鈕鼠標(biāo)動(dòng)作中調(diào)用它的部函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。此外，在監(jiān)控系統(tǒng)中必須始終顯示報(bào)警信息，為此，用C語言腳本在背景畫面的底部設(shè)計(jì)一條類似Windows狀態(tài)欄的報(bào)警欄，通過畫面顏色閃爍來提示操作者有故障發(fā)生，操作人員可以利用按鈕切換到報(bào)警記錄畫面了解故障的詳細(xì)信息。(3)報(bào)警在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)平安是極其重要的，WinCC的報(bào)警系統(tǒng)可用于監(jiān)控生產(chǎn)過程事件、來自自動(dòng)化級(jí)的事件以及WinCC系統(tǒng)事件，并記錄過程中出現(xiàn)的故障和操作狀態(tài)。以聲音和閃爍報(bào)警方式顯示當(dāng)前的報(bào)警事件，如閥門不動(dòng)作報(bào)警、水泵報(bào)警、通信出錯(cuò)報(bào)警和模擬量超出限度報(bào)警，并可查閱和打印當(dāng)前的及歷史的信息列表，以幫助及早發(fā)現(xiàn)危機(jī)情況，并盡可能減少和防止停機(jī)。(4)用戶管理為使各種用戶行使他們的權(quán)限，設(shè)有瀏覽用戶、操作用戶和管理員。管理員具有最高權(quán)限，可以增加和刪減操作用戶。瀏覽用戶系統(tǒng)給其Guest名字和Guest密碼，而操作用戶可以自行修改密碼。3系統(tǒng)構(gòu)成為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制并保證可靠性,系統(tǒng)采用組態(tài)軟件WinCCV5.1ASIA。上位機(jī)通過通訊卡CP5611按PROFIBUS方式與下位機(jī)通訊,以圖形和表格形式顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),發(fā)出控制命令并完成報(bào)警、歸檔和報(bào)表打印等消息處理。下位機(jī)采用西門子S7-300PLC可編程控制器,PLC向上位機(jī)傳遞設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài),承受并執(zhí)行上位機(jī)的實(shí)時(shí)控制指令。在與上位機(jī)通訊中斷的情況下,PLC也能獨(dú)立通過控制繼電器、接觸器等電氣元件實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)窯、引風(fēng)機(jī)、給料機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。4應(yīng)用舉例4.1WinCC在水電站自動(dòng)化中的應(yīng)用4.1.1水電站自動(dòng)化水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、饋電線路、廠用變、開關(guān)柜、公用設(shè)備等。監(jiān)控系統(tǒng)軟件是電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)全廠協(xié)調(diào)和管理自動(dòng)化設(shè)備、歷史數(shù)據(jù)處理及全廠的人機(jī)對(duì)話。其中歷史數(shù)據(jù)包括各種運(yùn)行報(bào)表、重要設(shè)備的運(yùn)行檔案、各種運(yùn)行參數(shù)特征值等；人機(jī)對(duì)話包括全廠設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控、事故和故障報(bào)警、對(duì)運(yùn)行設(shè)備的人工干預(yù)及監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)的修改和設(shè)置等。系統(tǒng)可與上級(jí)調(diào)度及其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等進(jìn)展通信，遠(yuǎn)動(dòng)信息的采集和傳送均由站計(jì)算機(jī)監(jiān)控完成，并通過載波、擴(kuò)頻等方式送至上級(jí)調(diào)度，支持通行通訊規(guī)約。系統(tǒng)構(gòu)造WinCC可以用多種通信方式與西門子S7系列PLC連接，如MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)、TCP/IP等，根據(jù)需要進(jìn)展選擇適宜的通訊方法，WinCC提供各種PLC的驅(qū)動(dòng)軟件，因此使PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)接變得非常容易，系統(tǒng)的硬件構(gòu)造不再詳述，這里介紹系統(tǒng)軟件構(gòu)造如圖1所示。圖1系統(tǒng)軟件構(gòu)造圖圖2主接線圖監(jiān)控畫面4.1.3此系統(tǒng)構(gòu)造圖能實(shí)現(xiàn)以下方面的功能：(1)數(shù)據(jù)采集完成模擬量〔電氣量、非電氣量〕、開關(guān)量〔狀態(tài)量周期性采集和報(bào)警量中斷性采集〕、脈沖量等數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)。(2)平安運(yùn)行監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視電站主要機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況，包括①運(yùn)行狀態(tài)、越限監(jiān)視：監(jiān)視主要設(shè)備的運(yùn)行工況、位置和參量；②過程監(jiān)視〔人機(jī)對(duì)話〕：對(duì)主要設(shè)備的跳、合閘操作，各電壓等級(jí)設(shè)備運(yùn)行方式的倒閘操作等過程所經(jīng)歷的主要?jiǎng)幼鞑襟E進(jìn)展監(jiān)視，在顯示器上顯示并記錄；③監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視：當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)給出提示、報(bào)警信息。(3)通信功能中控室主機(jī)對(duì)本站監(jiān)控系統(tǒng)通信進(jìn)展管理和控制，滿足監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。包括①系統(tǒng)時(shí)鐘同步控制：通過GPS裝置和通信模塊，實(shí)現(xiàn)中控室與單元控制層實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。全系統(tǒng)的時(shí)鐘精度滿足系統(tǒng)最高事件分辨率的要求；②保護(hù)信息接收處理：監(jiān)控系統(tǒng)以通訊方式〔RS232/RS422/RS485〕接收并處理由保護(hù)屏傳送過來的信息，實(shí)現(xiàn)報(bào)警記錄；③遠(yuǎn)方調(diào)度端口：監(jiān)控系統(tǒng)包含RTU功能，軟件轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，并以通訊方式由主機(jī)上送，支持部頒CDT、1801等規(guī)約，并可根據(jù)需要為用戶定制。(4)系統(tǒng)診斷和編輯①系統(tǒng)設(shè)備硬件、軟件故障診斷：對(duì)主用單元、外圍設(shè)備、通信接口、等設(shè)備和系統(tǒng)軟件的運(yùn)行情況進(jìn)展在線或離線診斷。當(dāng)診斷出主單元故障時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出信號(hào)并切換到備用單元。當(dāng)診斷出外圍設(shè)備故障時(shí)能自動(dòng)切除此設(shè)備并發(fā)報(bào)警信號(hào)及顯示。②編輯：軟件編輯人員〔需擁有超級(jí)口令〕可以通過主機(jī)設(shè)備在線或離線方便地進(jìn)展應(yīng)用軟件、顯示畫面和數(shù)據(jù)的編輯、調(diào)試、裝入、修改和卸除，在線進(jìn)展上述工作時(shí)能保證正常的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，功能不受影響。該監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要包括以下監(jiān)控畫面圖：遙測(cè)圖、遙信圖、油系統(tǒng)圖、氣系統(tǒng)圖、系統(tǒng)開機(jī)流程圖、停機(jī)流程圖。這里給出其中主接線圖畫面例圖如圖2所示。4.2組態(tài)軟件WinCC在煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)概述礦井自動(dòng)化系統(tǒng)包含：井下電力變電所遠(yuǎn)程三遙系統(tǒng)、井下中央水泵房三遙系統(tǒng)、井下皮帶三遙系統(tǒng)、井下液壓支護(hù)三遙系統(tǒng)、井上電站四遙系統(tǒng)、井上豎井提升機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、瓦斯抽放泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等共計(jì)10余個(gè)子系統(tǒng)的總體集成。原煤大多處于地下100m~250m的深處，開采原煤需要經(jīng)過開掘巷道、液壓支護(hù)、采煤機(jī)采煤、皮帶機(jī)運(yùn)出等步驟。其中還包括供水、供電、供氣、排水、排矸、平安防護(hù)監(jiān)測(cè)等相關(guān)配套系統(tǒng)進(jìn)展運(yùn)行。在工程設(shè)計(jì)初期，考慮到煤礦的平安和穩(wěn)定可靠性的要求，選定了使用S7-300作為分布系統(tǒng)的主要組成，并且系統(tǒng)能夠直接通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)展連接。人機(jī)界面使用WinCC5.0進(jìn)展組態(tài)，保持了系統(tǒng)的完整性和連貫性，便于對(duì)分布系統(tǒng)直接連接，不需要第三方驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)換。由于煤礦建立的過程需經(jīng)過很長時(shí)間，在分布式系統(tǒng)中，有一些是早已存在的系統(tǒng)，如電站控制系統(tǒng)、提升機(jī)系統(tǒng)、液壓支護(hù)系統(tǒng)等，在WinCC軟件系統(tǒng)中沒有的幾個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備的驅(qū)動(dòng)做連接，必須采用其他方式將數(shù)據(jù)采集和控制。對(duì)于井下變電站〔所〕和瓦斯抽放泵站使用S7-300的PLC進(jìn)展控制和監(jiān)測(cè)，抽放站只監(jiān)測(cè)不控制，變電站〔所〕進(jìn)展全面監(jiān)測(cè)和控制?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成整個(gè)工程中的硬件配置、系統(tǒng)構(gòu)造，是各組成局部選擇的依據(jù)。系統(tǒng)主要包括3局部，人機(jī)界面、自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和分布控制系統(tǒng)。〔1〕人機(jī)界面：配置三套WinCC5.0進(jìn)展畫面組態(tài)，其中2套用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)展采集和通訊效勞并且進(jìn)展冗余效勞，1套用于從現(xiàn)場(chǎng)或采集效勞器獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)展Web發(fā)布效勞。選擇WinCC5.0主要考慮到其在高數(shù)據(jù)量的情況下采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和快捷性以及在開發(fā)過程中的靈活性?！?〕網(wǎng)絡(luò)：由于煤礦的地理?xiàng)l件和生產(chǎn)盤區(qū)的位置所限，使用100M星形工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)展子系統(tǒng)的連接和通訊。在調(diào)度指揮中心使用華為公司生產(chǎn)的6506交換機(jī)，三層交換機(jī)，具有網(wǎng)絡(luò)、電源雙冗余的功能，端口多達(dá)48口。井下由于國家法規(guī)的限制〔要求下井的設(shè)備必須有國家MA標(biāo)志〕當(dāng)時(shí)只有華訊公司有此類交換機(jī)，100M工業(yè)以太網(wǎng)接口，8個(gè)通訊端口。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造圖見圖3?！?〕分布式控制系統(tǒng)：此系統(tǒng)包括的設(shè)備和系統(tǒng)較多，總體分為兩類，一類是西門子分站系統(tǒng)，另一類為非西門子分站系統(tǒng)。非西門子系統(tǒng)占了很大一局部。分站系統(tǒng)劃分如下：南三盤區(qū)變電所：S7-300的PLC1套；井下中央變電所：S7-300的PLC1套；瓦斯抽放站：S7-300的PLC1套；井上35KV變電所：華能電站系統(tǒng)；豎井提升機(jī)系統(tǒng)：組態(tài)王組態(tài)軟件，三菱PLC；井下液壓支護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：天地瑪珂公司；井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)：**貝克公司皮帶系統(tǒng)。圖3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造圖總結(jié)：西門子WinCC軟件以其強(qiáng)大的組態(tài)功能、友好的人機(jī)界面及系統(tǒng)功能的全面開放，使其廣泛地應(yīng)用于各種自動(dòng)化環(huán)境。基于WinCC的水電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電站的實(shí)時(shí)控制與調(diào)整、平安運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集處理及查詢數(shù)據(jù)通訊、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理等多項(xiàng)功能，提高了生產(chǎn)效率，減少了維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)具有故障響應(yīng)及時(shí)，操作簡單方便，控制過程的模擬逼真，組態(tài)畫面豐富等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在系統(tǒng)運(yùn)行中，WinCC系統(tǒng)中OPC連接便捷、穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)每個(gè)系統(tǒng)都到達(dá)1000多個(gè)變量，而且傳輸距離最遠(yuǎn)到達(dá)10km，而系統(tǒng)延遲時(shí)間卻很短，當(dāng)時(shí)對(duì)延時(shí)監(jiān)測(cè)使用撥通最遠(yuǎn)的變電所，當(dāng)在調(diào)度中心進(jìn)展操作*開關(guān)柜時(shí)，