基于WinCC的恒温水槽系统设计

王 京，李金义

（1．北京电子科技职业学院汽车工程系，北京 100176；2．北京交通大学机械与电子工程学院，北京 100044）

基于WinCC的恒温水槽系统设计

王 京1，2，李金义1

（1．北京电子科技职业学院汽车工程系，北京 100176；2．北京交通大学机械与电子工程学院，北京 100044）

实现了恒温水槽的WinCC监控系统对水位和水温的及时报警、水温趋势曲线的实时生成、数据报表的自动形成。该系统不仅在实际生产线中大大提高了自动化水平和实现了远程控制，还能脱离硬件设备进行仿真教学，为不同条件学校的自动化等专业提供了教学平台。系统既有实际经济价值，又节约教学成本，是实际应用与教学案例的有机结合。

水槽系统；监控系统；WinCC

远程监控是现代自动化生产的重要特征。水温和水位是生产工艺形成的重要条件，是生产线监控的主要参数。WinCC提供了方便、快捷、远程的平台对水温和水位进行监控，及实现临界值的报警、实时数据曲线的生成、数据报表的形成，为无人化生产提供了实现的可能。另外，脱离开硬件的监控仿真教学系统是在创建“没有围墙的大学”［1］、在大大减少教学成本的同时，全面提升了学生的实践、创新能力［2］。

1 系统原理

本恒温水槽监控系统是用WinCC建立的可视化生产过程和人机接口系统，如图1所示，包括主画面、手动控制、自动控制、报警、趋势曲线和报表6个画面，通过主画面调用其他画面。手动控制画面主要通过按钮对恒温水槽的进水、排水、加热和搅拌等进行手动调试；自动控制画面实现水温的PID恒温控制；报警画面实时弹出水温和水位的报警消息；趋势曲线画面生成水温的变化轨迹和趋势；报表画面主要完成报表的制作与打印。

2 系统设计

系统以MPI通信和网络为基础，利用WinCC V7．0强大而灵活的过程可视化功能建立起监控系统，西门子S7－300（cpu314）PLC实现监控系统与现场变量的传递与控制。系统对现场生产过程的实时监视与控制［3－5］。

2．1 监控画面

监控系统最基本、最重要的功能就是过程可视化和可控化。创建的画面要能直观立体地反映生产现场，对画面对象进行变量赋值，才能实现现场变化情况的可视及可控。

图1 恒温水槽监控系统

2．1．1 创建画面

画面中的常见对象有图片、棒图、输入／输出域、滚动条、按钮和选项组等。图片用于增强系统的直观性和现场情况的识别性；棒图具有图形化显示数值的功能；输入／输出域可以输入数据来更改某个变量的值或将变量的值输出显示；滚动条可以用来输入数据；选项组的功能是在多个备选项中只能选择一项；按钮实现多个画面的切换和其他功能的调用。

在WinCC的图形编辑器中，单击Standard（标准）选项板添加对象。双击对象打开Object Properties（对象属性）窗口，设置对象的属性。属性一般包括几何、颜色、格式、字体等参数［6－8］。

2．1．2 对象动态化

WinCC中用对象的物理属性（如颜色、几何尺寸、位置等）的变化反映硬件系统运行过程的状态，或者通过操作画面中的对象（如鼠标单击按钮等）来控制硬件系统的运行过程。前者称为属性动态，后者称为事件动态。画面中的对象动态化是组态过程画面最重要的工作。动态化是将变量与对象的某个物理属性连接，变量的值自动赋给对象的属性，变量的值发生改变时，对象的属性也相应改变，实现动态化。

画面中对象的变量连接情况如表1所示，这些变量是从PLC项目中导入的，所有变量名都有共同的部分“S7＄Program（2）”。

表1 对象的变量连接情况

2．2 报警消息

消息是WinCC中系统中非常重要的组成部分。一方面消息用来监视工业现场的异常情况，操作人员借助于可视画面或声音的提示，可以快速发现、定位和解决现场的故障和错误，从而减少停机和生产事故的发生。另一方面，归档后的消息可以追溯事故和报警，提供分析事故原因和认定事故的依据。

消息系统包括组态系统和运行系统2个组件。组态系统就是报警记录编辑器，用于定义消息系统中的报警内容、时间和级别等，即组态报警消息在运行系统中的显示形式。运行系统主要负责过程值的监控、报警消息的显示、确认和管理等。

报警消息的创建步骤如图2所示。在报警记录编辑器中创建消息块、设定消息类别及类型、编写消息内容、编辑模拟报警、对需要的消息进行归档、插入和编辑报警控件，最后运行控件、现场调试或者仿真测试，报警消息从消息窗口中输出。

图2 报警消息创建步骤图示

2．3 趋势曲线

工业现场的过程数据一方面能用来预测危险和检测故障原因，从而提高生产力和产品质量、优化维护周期。另一方面可以对工业现场的数据做一个完备的记录，为今后的工作提供参考［9－11］。

变量记录（又称为变量归档或过程值归档）就是用来采集、处理和归档工业现场的过程数据。变量记录系统分为组态系统和运行系统。组态系统的任务是在WinCC变量记录中定义归档、归档变量和归档周期等。运行系统的任务是归档过程变量，并借助在图形编辑器中插入的控件WinCC Online Trend Control（趋势曲线）显示归档的过程变量。

过程值归档的工作流程如图3所示。在归档系统中进行编译、处理，并在运行系统数据库中暂存，然后写到归档数据库中。

图3 过程值归档的工作流程

自动化系统用于存储通过通信驱动程序传送到WinCC的过程值。数据管理器将处理过的过程值通过过程变量送到归档系统。归档系统处理采集到的过程值。由组态归档决定处理方法。运行系统数据库保存要归档的过程值。

单击Objects（对象）选项板，单击Controls（控件）选项卡，单击ActiveX controls，单击WinCC Online Trend Control添加趋势曲线控件。右击控件，在弹出的快捷菜单中选择Configuration Dialog…，打开WinCC Online TrendControl属性对话框，对控件的属性进行设置。

2．4 报表

报表用于创建班次报表，将生产制造过程中产生的数据输出，用于验收、测试和备案等。报表分为项目文档报表和运行系统数据报表。项目文档报表输出WinCC项目的组态数据。运行系统数据报表在项目运行期间将过程数据输出到日志中。

单击WinCC项目管理器导航窗口的Report Designer（报表编辑器），其目录下包含Layouts（布局）和Print jobs（打印作业）2项，进行相应报表的编辑。

3 系统仿真

在WinCC系统连接外围设备之前，可以应用西门子提供的S7－PLCSIM仿真软件进行项目组态结果和功能的测试。

3．1 建立WinCC和PLC通信

第一：右击WinCC浏览窗口中的MPI，选择System Parameter，打开System Parameter－MPI对话框，Logical device name项中选择“PLCSIM．MPI．1”。

第二：右击WinCC浏览窗口中的MPI，弹出快捷选单（菜单）中选择Propertis，打开Channel unit properties对话框，单击“Propertes”按钮，打开Connection properties（read only）对话框；单击“Propertes”按钮，打开Connection Parameter－MPI对话框，参数设置如图4所示。

图4 参数设置

第三：PLCSIM工具栏上的通信方式选择PLCSIM（MPI）项。

第四：WinCC项目管理器工具栏上的Deactivate按钮被按下。

3．2 运行WinCC项目及PLC程序

打开PLC项目，运行OB1程序，打开PLCSIM，将程序下载到PLCSIM中，运行WinCC，画面见图5。

图5 运行WinCC画面

3．3 仿真测试

测试方式1：单击“硬件环境”，进行硬件连接测试。

测试方式2：单击“PLCSIM测试”，进行软件仿真测试，测试情况如表2所示。

用同样方法对其他5个画面功能进行仿真，系统6个画面均能实现预定的功能，效果良好。仿真教学为学生提供了创新能力实践的平台［12］。

表2 测试情况

4 结束语

基于WinCC的恒温水槽监控系统是集企业实践功能和学校仿真教学为一体的项目，项目的开发为无人工厂、远程控制提供了建设方案，提高了经济效益，提升了生产线自动化水平。该系统还为学校的教学项目的开发提供了范本，为学生职业能力的提高提供了实践平台。

（References）

［1］孙蓉，吕淑平，苏丽，等．基于西门子PLC的远程实验平台建立与实现［J］．实验技术与管理，2013，30（10）：87－89，99．

［2］刘燕，袁伟恩，李晓波．构建系统的实践教学平台 培养创新性应用型药学人才［J］．实验室研究与探索，2014，33（1）：158－161．

［3］吕世霞，王京．阀岛技术在生产线自动供料系统中的应用［J］．制造业自动化，2010（9）：170－172，175．

［4］李永刚，马春燕．基于S7－300PLC和WinCC带式输送机系统设计［J］．煤矿机械，2012（2）：214－215．

［5］王宏文，蒋君杰，吴玲玲，等．WinCC监控系统在烧结过程中的应用［J］．河北工业大学学报，2011（2）：1－4．

［6］WinCC组态手册［M］．西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，1999．

［7］李军．WinCC组态技巧与技术问答［M］．北京：机械工业出版社，2013．

［8］陈瑞阳．工业自动化技术［M］．北京：机械工业出版社，2011．

［9］西门子（中国）工业业务领域工业自动化与驱动技术［EB／OL］．［2014－07－15］．http：／／www．ad．siemens．com．cn／Service／Technical＿support．asp．

［10］孟建军，李德仓，段丽霞，等．基于WinCC的整备作业安全监控［J］．计算机工程，2011（5）：242－244．

［11］唐波，孟祥印，唐磊．基于PLC与WinCC的天然气调压站监控系统［J］．化工自动化及仪表，2013（10）：1281－1284．

［12］袁澎，艾芊，贺兴．基于WinCC的电站涉网事故仿真教学系统［J］．实验室研究与探索，2013（3）：71－75．

Design of thermostatic water flume system based on WinCC

Wang Jing1，2，Li Jinyi1
（1．College of Automotive Engineering，Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China；2．School of Mechanical－Electronic and Control Engineering，Beijng Jiaotong University，Beijing 100044，China）

The WinCC monitoring system for thermostatic water flume is able to implement in－time alarm function for water level and temperature，the real－time generation of trend curve of water temperature and the automatic forming of data report．This system not only greatly improves the automation level in the actual production line and realizes the remote control，but also realizes the simulation teaching in the circumstances without hardware，and it provides a teaching platform for automation specialty for institution in different conditions．This system has its own economic value，and it can save the teaching cost，so it’s a typical combination of practical application and teaching case．

water flume system；monitoring system；Wincc

TP273

A

1002－4956（2015）3－0088－05

2014－08－25

2014年北京市职业院校教师素质提高工程职教名师培养计划项目（PXM2014＿014306＿000054）；2014年度北京市高等学校教育教学改革立项项目

王京（1975—），女，北京，硕士，副教授，研究方向为汽车制造．

E－mail：15910542311＠126．com