组态软件WinCC 在自动化生产线上的应用

于淑静

（连云港职业技术学院，江苏 连云港 222000）

0 引言

随着制造业的快速发展和组态软件在工业控制领域的不断应用，企业对生产自动化水平提出了更高的要求。WinCC（视窗控制中心）是德国西门子公司开发的一款用于PLC 与上位机通信的组态软件，能够生成可视化界面，实现对现场设备运行状态的监测及报警。WinCC 为开发适合现代化控制要求的系统提供了一个方便可靠、开放性好、功能强大的软件平台[1-2]。本文结合某厂手机扬声器生产线自动化建设项目，应用工业组态软件WinCC 进行了监控系统的设计开发[3]。

1 生产线监控系统概述

（1）系统的硬件与软件：硬件方面，应包括生产线的基本设备及三菱Q 系列的PLC，以及交换机、专业工控机和若干网线；软件方面，工控机要安装专业版或企业版Windows7 系统、WinCC7.0软件、SQL 数据库和常用的office 办公软件；PLC与WinCC 的连接要求建立局域网，包含工控机和通过交换机连接的所有的PLC。

（2）系统的功能要求：在生产线工作过程中，要求此监控系统能够与PLC 进行通讯，并对过程数据进行自动采集和处理。具体包括：实时查看设备的运行情况和产品的投入数、产出数、合格率；实时监控产能、良率；查看历史数据；当设备发生故障的时候能够自动报警。

（3）系统的总体设计：此生产线监控系统的信息采集应具有实时性和一定的开放性，且易于安装、操作方便和运行可靠。如图1 所示，客户机安装WinCC 并连接生产线上所有的PLC，读取运行数据，利用WinCC 的SQL 数据库暂时存储，并对线体的运行状况和故障情况进行详细的分析。

图1 系统结构图 Fig. 1 System structure diagram

2 PLC 编程

（1）PLC 参数的设置：WinCC 进行采集和处理的数据需经过PLC 的准确运算。PLC 除了要设置最基本的参数外，还要设置IP 地址。

（2）PLC 的数据统计：PLC 的统计数据包括机器的运行状态和时间、机器报警、机器产能。

① 运行状态有待料、运行、满杯、报警和停机，机器运行统计如图2 所示。

② 机器报警包括机构类、测试类和提示类报警。报警通常是因为人为操作不当或者在某些数据上传的时候发生了数据丢失等，导致机器在运行时突然停机。机器一旦出现问题就会把报警信号传送给PLC，PLC 会统计报警时间和次数。报警显示如图3 所示。只要报警接通，即为报警一次。报警时间会一直统计，直到按下复位键。

③ 产品的产能，是在某个时间段内投入和产出的数量。据此可知道某个时间段的良率，进一步可判断各机器的性能和加工的产品是否能正常达标。如图4 所示，统计投入数时，以进料口有料然后伺服搬运一次为进料一个产品。统计产出数时，可按最后一个工位的合格数来计算产出数；也可先计算次品数，再用总的投入数减去次品数，得到合格数。产出数如图5 所示。

3 监控系统的设计

（1）WinCC 的连接设置：WinCC 与PLC 的通信是通过过程总线来实现的。WinCC 新建文件后在变量管理添加驱动时，选择Mitsubishi Q series。

（2）组态变量：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和通信单元，不需要建立相应的通道连接。内部变量主要供系统内部使用，通过内部变量的数值来控制画面的跳转[4]。外部变量是由自动化控制系统在特定的通信驱动通道下与WinCC 建立连接。它通 过数据地址与PLC 进行数据通信[5]。外部变量的数目是由所属驱动程序中的Potwer Tags 决定。PLC的每个数据都由一个数据寄存器来存储。具体PLC链接如图6 所示。

图2 运行统计 Fig.2 Operational statistics

创建变量时，还需定义数据类型，该数据类型将取决于使用时变量的数据格式。WinCC 中的外部变量有许多种，必须使用与PLC 相匹配的数据类型。本文采用三菱Q 系列PLC，此PLC 是十 六位系统运算，因此大部分数据选择16 位。变量对应表如图7 所示。在连接时，每一站先设定好连接的IP 地址，这样就能与PLC 里面的数据一一对应。

图3 报警显示 Fig. 3 Alarm display

图4 投入数 Fig. 4 Input number

图5 产出数 Fig. 5 Output number

图6 PLC 链接地址表 Fig. 6 PLC link address table

（3）实时监控画面：WinCC 会随着各站的运行状态、运行时间、报警统计等数据的变化而改变，其与PLC 一直在进行数据的交换。

① 总监控界面：如图8 所示，在此界面中可简单查看各站的信息，如各站各工位的运行、报警次数、产能变化、投入数和产出数等。

② 运行状态界面：运行状态在PLC 里面已经建立了数据，只要读取数据即可。在PLC 里的数据是2 的N 次方，在WinCC 里是0、1、2、4、8、16 等。如果没有数据显示为0，那就是未连接。在画面编辑中画出所需要的画面，用不同的数值对应不同的状态和颜色，并在界面标出各种颜色和状态的对应情况。这样就能清楚地知道各站的运行状态，如图9 所示。

图7 变量对应表 Fig. 7 Variable correspondence table

图8 总监控界面 Fig. 8 General monitoring interface

图9 运行状态 Fig. 9 Running state

③ 产能统计的实时画面：投入数和产出数可以直接读取，再存入数据库作为归档，方便查看历史数据趋势。良率则需靠脚本编写。用产出数除以投入数，然后除以100%。为了编写方便，“%”符号就用静态文本写，百分比数用脚本写。产能统计如图10 所示。

④ 产能趋势界面：产能趋势利用数据归档，将数据保存在SQl 数据库中。如图11 所示，产能趋势能清晰地反映出各个时间段的产能，便于分析较易发生故障的时间段。

⑤ 报警记录界面：如图12 所示，将发生报警的时间、次数和时间点都记录下来，可以很清楚地了解到报警原因。

图10 产能统计 Fig. 10 Productivity statistics

图11 产能趋势 Fig. 11 Productivity trend

图12 报警统计 Fig. 12 Alarm statistics

（4）Web 发布：为了内部文件的保密性以及客户端查看方便，可利用Web 发布实时监控画面。Web 发布是利用虚拟站点发布，只能在特定的网络中进行发布。先建立一个站点，选择好网络就能发布。

4 结语

本文研究了组态软件在手机扬声器生产线监控系统中的应用。这一系统经过调试和运行，达到了很好的效果，使生产线的运行信息能够得到了及时的反馈和有效的分析，提高了生产线运行的可靠性和设备的管理水平，提高了劳动生产率。其功能完善、运行可靠，具有较高的推广和应用价值。随着计算机技术和自动化控制技术的应用与发展,如何更好地实现通信系统的操作简单、安全可靠、维护方便等强大功能将会是一个重要的研究课题。