基于WinCC的自动化生产线监控系统

张学辉（辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110036）

基于WinCC的自动化生产线监控系统

张学辉（辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110036）

1　引言

自动化生产线是集电气控制技术、PLC技术、传感器技术、气动技术、伺服电机驱动技术及工业网络技术于一体，在结构设计上改变传统的控制系统各工作站间单一的串行结构模式，通过传输带为桥梁，实现工作站间的串行与并行综合的结构模式。从根本上克服串行结构“牵一发而动全身”的弊端，增强系统工作的可靠性和柔性，并应用总线技术实现网络化控制。

自动化生产线上位机监控是通过一台工控机与西门子S7-300 PLC的通信实现的。PLC和计算机一起构成自动化生产线的自动监控系统，该系统中PLC可直接控制各个单元并向计算机传递现场数据，计算机通过PLC可远程控制现场设备，并通过图形画面实时显示自动化生产线的运行状况。监控系统的主要功能：监视自动化生产线的运行状况，具体地说，上位机应能实时显示自动化生产线的运行步序及驱动元件的具体动作；通过监控系统，操作人员可以对自动化生产线进行远程控制；监控程序具备故障报警功能。

2　系统组成

自动生产线由上位监控机及自动上料、传输检测、真空分拣、颜色分拣、位置调整、配件供给和装配下料功能的七个分站组成。以自动上料站为主站建立主从通讯，主站的控制采用西门子公司的中大型PLC S7-300，其他六个分站的控制采用西门子的小型PLC S7-200，S7-200增加通信扩展模块EM277，实现S7-300和S7-200之间的通讯，建立PROFIBUS网络，用顺序控制设计的方法编写系统各个工作站的程序。根据系统要求，对各站进行动作过程的分析，设计气动回路，选择气动元器件，设计PLC的硬件连接。除了总站可以通过网络通讯的方式进行总线控制之外，各工作站可以独立控制，实现手动和自动控制，编写各工作站的PLC程序。整个自动化生产线建立基于PROFIBUS现场总线和HMI组态软件WinCC的监控系统，通过工控机与PLC的总线通信实现远程监控。自动生产线控制系统组成如图1所示。

图1 自动生产线控制系统组成

3　WinCC上位监控系统的设计

3.1建立通讯连接

建立WinCC与PLC间通讯的步骤：

（1）创建WinCC站与自动化系统间的物理连接；

（2）在WinCC项目中添加适当的通道驱动程序；

（3）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；

（4）在连接下建立变量。

运行WinCC监控程序的上位机通过CP5611卡的PROFIBUS接口连接到PROFIBUS网络中，通讯卡CP561l主要完成PLC和上位机之间的数据交换。

WinCC变量管理器运行时的WinCC变量的任务是从过程中取出请求的变量值。这个过程通过集成在WinCC项目中的通讯驱动程序来完成。在WinCC中通讯驱动程序也指通道，它是一个软件组织，可以在自动化系统和WinCC中的变量管理器之间设置连接，以便能向WinCC提供过程值。本系统要实现WinCC与PLC的通讯，选择WinCC提供的SIMATIC S7 Protocol Suite的通讯驱动程序，此通讯驱动程序支持多种网络结构和类型，它的通道单元提供与各种SIMATIC S7-300 PLC的通讯。由于本系统中PLC之间建立的是PROFIBUS-DP的通讯方式，因此选择PROFIBUS通道单元实现与现场总线PROFIBUS上的PLC通讯。

3.2组态变量

（1）建立内部变量

过程没有为其提供变量值的变量，称为内部变量。内部变量没有对应的过程驱动程序和通道单元，不需要建立相应的通道连接。内部变量在“内部变量”目录中创建，所组态的内部变量数目不受限制。打开WinCC资源管理器→变量管理器，双击“变量管理”子目录，右击“内部变量”图标，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项来建立内部变量，也可以选择“新建组”来建立一个组，组的建立便于变量的管理。

（2）建立外部变量

外部变量是与外界设备信息交换的关键，本系统将所有从PLC采集来的数据和要发给PLC的指令都定义成外部变量。在配置通讯驱动程序的基础上，在SIMATIC S7 Protocol Suite的PROFIBUS通道单元建立驱动连接，选中 “PROFIBUS”项，右键单击选择“新驱动程序的连接”，打开连接属性，输入控制器的站地址、机架号、插槽号等，注意S7-300 CPU的插槽号为2，其他根据相应的配置输入正确的参数。

在建立的连接（此处为NewConnection）中可以添加外部变量或变量组。右键单击“NewConnection”新建变量，打开“变量属性”对话框，选择数据类型。单击 “选择”按钮，打开“地址属性”对话框，在此设置S7 PLC中变量对应的地址，特别要注意变量的外部连接地址要与PLC的存储器地址中的数据一一对应。如：自动上料站下降限位PLC的地址为I1.0，WinCC中自动上料站的下降限位变量为外部变量Down_limit，通过地址选择将变量Down_limit与S7-300PLC中的输入地址I1.0对应起来。自动上料站监控画面变量定义如表1所示。

表1 变量定义表

3.3创建监控画面

在组态期间，图形系统用于创建在运行系统中显示的监控画面。图形编辑器是图形系统的组态软件，是用于创建监控画面的编辑器。右击WinCC资源管理器的图形编辑器，从快捷菜单中选择“新建画面”菜单项，将创建的新画面命名为“自动上料站”、“真空分拣站”和“装配下料站”。制作的监控画面如图2所示。

图2 自动上料站监控画面

3.4监控画面动态组态

上一节创建的“自动上料站”、“真空分拣站”和“装配下料站”的过程画面未动态组态前都是静态的，那么它们如何才能反映工业现场的状况呢？这就需要通过实时数据库，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。数据库变量的变化又如何导致画面的动画效果？通过“动态组态”来实现。所谓“动态组态”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化。

图形对象可以按动画连接的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等，一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出令人难以想象的图形动画效果。WinCC画面中的动态效果可以由多种方法来实现，主要包括：组态动画框、动态向导、变量连接、动态对话框、直接连接、C动作和VBS动作等。

“自动上料站”监控画面的动态组态如下：

（1）界面切换按钮的动态组态

如图1所示，有“上料站”、“分拣站”和“下料站”三个按钮，这三个按钮的作用是在三个监控界面之间进行切换。“上料站”按钮右键→选择动态对话框→单击鼠标组态画面→选择“自动上料站.Pdl”。“分拣站”和“下料站”按钮组态与“上料站”按钮相同。

（2）退出按钮的动态组态

选择“退出按钮”，双击动态向导中“Exit WinCC Runtime”，单击下一步按钮，选择触发器，单击完成。

（3）限位开关的动态组态

（4）控制开关、按钮的动态组态

“自动上料站”监控画面有2个控制开关分别是“远程/近地”、“手动/自动”和2个控制按钮“启动”、“停止”。“远程/近地”是进行自动上料站系统控制权的选择，打到远程时，通过WinCC监控画面的开关或者按钮来启、停系统，打到近地则通过上料站旁的操纵台上的实际开关或者按钮来启、停系统。“启动”、“停止”只在远程且手动状态下有效。

• 开关的组态，右键单击“远程/近地”开关选择对象属性→“属性”→“UserDfined1” →“Toggle” →右键单击图标→选择变量为“Long_Near”。“手动/自动”开关的动态组态过程与“远程/近地”开关一样。

• 控制按钮的组态，右键单击“启动”按钮选择对象属性→“事件”→“鼠标”→按左键→直接连接→将常数1赋值给变量“Start”，释放左键的时候将常数0赋值给变量“Start”。“停止”控制按钮的组态过程与“启动”控制按钮相同。

（5）动态显示文本的组态

“自动上料站”监控画面有个动态显示文本来显示机械手当前的动作，借助内部变量“Word”进行动态文本的组态，当变量“Word”取不同的值的时候显示不同的文本用来监视机械手当前的动作。

#include "apdefap.h"

void OnOpenPicture(char *lpszPictureName,char *lpszObjectName,char *lpszPropertyName)

{unsigned int x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8;

unsigned int y;

x1=GetTagBit("Open_action"); //Return-type:BOOL

x2=GetTagBit("Close_action"); //Return-type:BOOL

x3=GetTagBit("On_action"); //Return-type:BOOL

x4=GetTagBit("Off_action"); //Return-type:BOOL

x5=GetTagBit("Up_action"); //Return-type:BOOL

x6=GetTagBit("Down_action"); //Return-type:BOOL

x7=GetTagBit("Lift_action"); //Return-type:BOOL

x8=GetTagBit("Right_action"); //Return-type:BOOL

if(x1==1)

y=1;

else if(x2==1)

y=2;

else if(x3==1)

y=3;

else if(x4==1)

y=4;

else if(x5==1)

y=5;

else if(x6==1)

y=6;

else if(x7==1)

y=7;

else if(x8==1)

y=8;

else

y=0;

SetTagWord("Word",y);}

3.5运行系统设置

如果希望对过程进行监控，则必须激活项目，并激活与外部PLC及其他控制器的通讯。激活WinCC项目即是启动WinCC运行系统。运行系统启动后，所有的过程数据都存储在服务器运行系统数据库中。

激活项目时，将装载运行系统所需要的附加程序模块。在浏览窗口中选择“计算机”→“属性”，进行“启动”、“参数”、“图形运行系统”和“运行系统”的设置。对运行系统的修改，大部分设置在重新激活后即可生效；部分设置重新启动后才能生效。

[1] 杨路明, 雷亚军. 组态软件WinCC在自动监控系统中的应用[J]. 计算技术与自动化, 2003, (12): 21 – 24.

[2] 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):19 – 25.

Application of WinCC in Automation Monitor System

本文针对自动化生产线设备，介绍了自动监控系统的软硬件构成，分析了WinCC与PLC之间的通讯机制，并对利用组态软件WinCC设计自动监控系统的方法以及开发过程中遇到的问题和解决途径进行了讨论。

组态软件；WinCC；PLC；生产线

According to the device of the automatic production line, this paper introduces software and hardware configurations of automation monitor system, and analyzes the communication principle between WinCC and PLC. The design method of the automation monitor system using the configuration software WinCC, and the encountered problem and solution methods during the process of development are also discussed in this paper.

Configuration software; WinCC; PLC; Product line

B 文章编号：1003-0492(2015)01-0096-04 中图分类号：TP273

张学辉（1978- ），男，辽宁北票人，讲师，研究生，现就职于辽宁轨道交通职业学院，主要研究方向为系统集成及自动化。