基于WINCC的设备监控系统在汽车制造车间的应用

胡荣明

(北京奔驰汽车有限公司，北京 102600)

随着自动化技术的不断推广，自动化设备的分布式控制得到了广泛应用。而计算机技术和网络理念的发展，使得通过计算机集中式管理此类设备成为了现实。以某汽车制造主机厂的涂装车间为例，车间内有约40个PLC，大小设备数千台，报警数万条，单单靠人工无法实现对设备的实时监控和及时的故障响应。利用西门子WINCC组态软件，使用TCP/IP协议与现场PLC的连接，通过画面的组态和变量的连接实现全车间设备的在线实时监控，同时利用自写控件实现重点报警邮件发送给指定人群的功能。

1 双网卡设置

网卡的分类：按有无物理上的通信线缆分类分为有线网卡和无线网卡。有线网卡又可以分为广域网卡、局域网卡等。网卡上可以是单独一种接口的(称为单口网卡)，也可以是两种接口(称为二合一网卡)[1]。目前汽车制造车间的自动化控制层级多数为以下结构。信号级：包括传感器、开关、电机、变频器、风机、水泵等。控制级：可编程控制器(PLC)。管理级：上位管理系统(CCR)。

西门子自动化控制系统控制级和信号级常见的通信协议是Pofinet/Profibus，管理级与控制级的通讯往往采用TCP/IP或OPC方式。该涂装车间拟使用一台服务器电脑实现现场设备的实时监控功能，对于重点报警，可以以邮件的形式发送给指定的责任人。目前，该服务器处于设备层级的网络(内网)中，但邮件系统处于办公网络(外网)中，二者在物理上是分割的。

本项目采用电脑原装单网卡及外置USB网卡，配置方法如下：内网采用固定IP，按照车间的内网规则设置好子网掩码和网关，外网采用自动获取IP的模式。由于Windows有两个网关导致了路由冲突，使得计算机无法访问网络，需要对windows路由规则进行修改，修改方法如下：

Windows系统中打开命令提示符，输入

route delete 0.0.0.0

route add -p 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 172.21.103.1

route add -p 10.0.0.0 mask 255.0.0.0 10.246.254.1

其中，-p为永久写入，172.21.103.1为外网网关，10.246.254.1为内网网关。

2 通过TCP/IP协议连接PLC并进行画面组态

2.1 WINCC的通信原理

通信数据通过TCP/IP送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入物理网络，对数据进行封装和打包，数据送到接收方对等层后，对数据进行解封或拆包[2]。

WINCC通过变量管理器来对变量进行集中管理，该管理器对于整个工程项目产生的数据和存储在数据库中的数据统一进行处理。在WINCC Runtime中，其对整个系统的变量进行数据处理，运行系统内所有的软件(包括图形采集系统、报警记录采集系统、变量趋势采集系统等)需要的变量均通过变量管理器处理。实现通信连接的几个重要步骤是：创建服务器和现场PLC客户端的连接(网线、IP地址)，为WINCC添加合适的通信驱动，在通信驱动下建立与指定PLC客户端的连接，在该PLC连接下，创建变量映射。

2.2 WINCC的TCP/IP连接

WINCC7.4及以上版本的TCP/IP协议驱动需要单独安装，驱动名为SIMATIC NET，连接方法为：控制面板的SET PG/PC Interface 选择内网网卡(不要选择Auto网卡)。WINCC驱动管理添加新的驱动程序选择SIMATIC S7 Protocol Suite，WINCC的驱动下面输入新的连接PLC的IP地址和插槽号(300系列的PLC插槽号为2，1500系列需要根据实际情况进行填写)。新建的PLC下面创建变量组并进行WINCC变量和PLC变量的映射。画面的组态方法类似于WINCC精致面板，组态好的画面如图1：

图1 组态画面实例Fig.1 Living example of configuration frame

2.3 WINCC的邮件预警系统

正常生产过程中，有些设备可能会出现一些警告，这些警告不会立即引起设备停机。但是，如果这些警告长时间不去处理，可能会演变成报警，甚至导致长时间的停机，影响生产。设计了对需要特殊关注的警告类的报警进行归档，若报警长时间一直触发，则PLC内DB块中某个bit置位触发邮件控制系统，将相应的警告发送至指定责任人。

采用VB编写.NET邮件控件，设置好邮件的服务器及相关收件人，编写邮件控件的触发VBS脚本。

Dim alarm

Set alarm=HMIRuntime.Tags(″Alarm1″)

alarm.Read

If alarm.value=1 Then

Dim mail

Set mail=HMIRuntime.Screens(″shiyan1″).ScreenItems(″Mail1″)

mail.Topic=″报警信息″

mail.SendEmail(″电机电流过高警告，请检查电机！！″)

End If

邮件如图2所示：

图2 报警邮件示例Fig.2 Example of alarm mail

3 Web 版本的发布与访问

在安装WINCC过程中，需要选择WEB Navigator Server，并安装好IIS。组态Web服务，填写站点名称、IP地址、端口缺省的网页选择WebClient.asp，防火墙设置成例外选项。按照向导进行Web浏览器发布，在用户管理器内创建Web访问账户，并设置访问起始页。在IE浏览器上输入IP地址进行访问，按照向导安装相应插件。通过以上步骤,即完成了Web的发布和访问。

4 结语

WINCC是一款功能强大的在线图形运行系统，Web版本的发布方便了非工控电脑的查询监控，通过自编.NET控件，实现了邮件发送功能，使得WINCC系统更趋于多元化。