發布日期：2022-04-27 點擊率：90 品牌：西門子_Siemens
摘要：本文設計了一套基于德國西門子公司組態軟件WinCC 7.0的條煙輸送監控系統。從規模上，滿足采集PLC站點的10000點數據需求，數據庫應能容納100萬條數據記錄，并能保證數據實時處理、交換。從設計上，滿足公司條煙輸送生產線的系統監控、數據存儲、數據查詢業務需求。從技術上，充分發揮當今IT界優秀、成熟的技術，使系統表現出一定的先進性。本文簡要介紹了系統的設計和實現方法。
關鍵詞：自動化軟件；組態軟件；條煙輸送監控；WinCC
1.引言
隨著計算機、網絡、通信技術的日趨成熟，伴隨著集散型控制系統（Distributed Control System簡稱DCS）的出現，各種 “組態”的概念開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業控制技術不斷發展和應用的過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在：PC技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已經成熟；由PC構建的工業控制系統具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強；基于PC的控制系統易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC技術向工業控制領域的滲透中，組態軟件占據著非常特殊而且重要的地位。
國外有名的組態軟件產品有Wonderware的InTouch、GE-Intellution的iFIX、Siemens的WinCC，國內的產品有北京亞控科技公司的KingView、紫金橋公司的Realinfo、北京世紀長秋科技公司的世紀星、北京三維力控科技公司的組態軟件。
本文主要介紹自主開發的一款基于德國西門子公司組態軟件WinCC 7.0的應用于煙草行業的條煙輸送監控系統，包括其總體設計方案和一些實現細節。本軟件設計和實現上具有以下特點：
? 本軟件采用動態流程形式，遵循由宏觀到微觀、由整體到局部、層層深入、逐步放大的設計理念。采用整機畫面動態顯示卷包車間整個條煙輸送系統流程圖、系統工作狀態、可直觀的了解卷包車間生產設施、生產要素協同工作的情況。采用單機畫面動態顯示某一單機的實時生產運行狀態信息。
? 本軟件監控畫面采用圖文并茂的設計方式，全中文顯示，文字表達直觀，簡明易懂，表格排列有序美觀。
? 本軟件具備報警提示功能，在系統運行過程中設備一旦出現故障，屏幕上將出現報警提示。
? 本軟件具有數據存儲功能，能夠完成數據的查詢及打印功能，數據存儲采用通用的數據庫管理平臺，數據能方便的接入第三方的業務系統。
? 本軟件帶密碼權限分級管理。
2.系統概述
2.1系統功能
本條煙輸送生產線系統由以下的主要設備組成：33臺條煙提升機（其中5臺高速提升機和28臺中速提升機）、6條條煙輸送線（每條輸送線由若干個動力頭組成）、3臺條煙手工平臺、12臺條煙收集機。
本軟件系統采集PLC站點的點數大概在1萬點，PLC之間的全部采用以太網連接。由于數據分布，本軟件系統與PLC的連接需建立多個連接。
本軟件系統主要由監視條煙輸送系統的狀態、重要數據的存儲、歷史數據及報表的查詢和重要參數的設置及一些附加操作等組成，可對單機設備進行狀態故障報警監控，歷史數據的存儲并最少能保存30天90個班次，歷史數據的查詢和打印，設備參數設置。
2.2軟件平臺與架構
本軟件采用WinCC平臺進行開發，在系統實現上，采用目前國際流行的面向對象技術、MVC的設計模式和WinCC平臺腳本編程技術，將整個系統從邏輯上分為用戶界面層、業務邏輯層和數據訪問層等幾大部分，以提高系統的可擴展性、靈活性、易維護性。本軟件的體系架構框圖如圖2-1所示。
圖2-1 體系架構框圖
本軟件運行的操作系統是Windows XP SP3，組態軟件是WinCC 7.0 SP2，數據庫是Microsoft SqlServer 2005，腳本編程混合使用C和VB script，借助WinCC強大的組態和HMI（Human Machine Interface人機界面）功能，一方面通過HMI和操作員之間的通訊，另一方面通過PLC組態通信模塊與自動化系統通訊，實現過程監控的擬物化和可視化。
本軟件設計采用的WinCC子系統包括：
1) 圖形系統——用于創建畫面的編輯器，也稱作圖形編輯器。
2) 報警系統——對報警信號進行組態的過程，也稱報警記錄。
3) 用戶管理——用于對用戶進行管理的編輯器。
4) 通訊系統——提供WinCC與SIMATIC各系列可編程控制器的連接。
2.3軟件界面
本軟件采用動態流程形式，遵循由整體到局部、層層深入、逐步放大的設計理念。采用整機畫面動態顯示卷包車間整個條煙輸送系統流程圖、系統工作狀態、可直觀的了解卷包車間生產設施、生產要素協同工作的情況。
2.3.1界面總體布局
本軟件界面的總體布局如圖2-2所示。分為標題欄，菜單欄和工作區三部分，標題欄顯示系統名稱、當前時間、班次和登錄信息；菜單欄采用按鈕方式，把軟件的各個功能展示出來；工作區為詳細的功能展示區。
圖2-2 界面總體布局圖
2.3.2條煙系統縱覽
條煙系統縱覽顯示每個設備的運行狀態和報警以及進入每個設備的單獨的子畫面鏈接。每個設備的使用4種顏色表示狀態：綠色表示正常，紅色表示待機，紅色閃爍表示故障，灰色表示斷網。上面的畫面中以設備編號的按鈕或其他圖標表示對應的條煙提升機、條煙輸送線、條煙收集機和條煙手工平臺，用鼠標點擊則進入相對數字的設備畫面中。
條煙系統縱覽界面的如圖2-3所示。
圖2-3 條煙系統縱覽圖
2.3.3條煙提升機
條煙提升機設備有以下的子項的狀態數據：“翻板打開”、“一分二堵塞”、“上部故障”、“中部故障”、“輸送線停”、“故障停機”、“正常停機”、“正常候機”、“正常運行”及各狀態發生的次數和累計時間；當前生產所屬的班號、牌號和對應的產量；當前的報警位置和報警說明，傳感器的狀態。
條煙提升機界面的如圖2-4所示。
圖2-4 條煙提升機圖
2.3.4條煙輸送線
條煙輸送線有以下的子項狀態數據：“正常停機”、“正常運行”、“故障停機”、“堵塞停機”、“正常待機”及各狀態發生的次數和累計時間；當前的報警位置和報警說明。
條煙輸送線界面的如圖2-5所示。
圖2-5 條煙輸送線圖
2.3.5條煙收集機
條煙收集機設備有以下的子項狀態數據：“頂升卡煙”、“故障停機”、“出口堵塞”、“正常停機”、“人工操作”、“正常運行”、“下游故障”、“入口堵塞”及各狀態發生的次數和累計時間；當前生產所屬的班號、牌號和對應的產量；當前的報警位置和報警說明，傳感器的狀態等。對收集機滑道的選擇，同一機臺同一滑道的上下層不能同時選擇，且同一區的不同機臺的同一通道不能同時選擇。
條煙收集機界面的如圖2-6所示。
圖2-6 條煙收集機圖
2.3.6條煙手工平臺
條煙手工平臺有以下的子項狀態數據： “正常運行”、“正常待機”、“故障停機”。及各狀態發生的次數和累計時間；當前生產所屬的班號和對應的產量；當前的報警位置和報警說明，傳感器的狀態等。
條煙手工平臺界面的如圖2-7所示。
圖2-7 條煙手工平臺圖
2.3.7網絡狀態
每個設備的PLC或變頻器如果和主PLC通訊正常后會在其設備旁無帶有叉的圖形，如果通訊不正常則帶有叉的圖形顯示。。
網絡狀態界面的如圖2-8所示。
圖2-8 網絡狀態圖
2.3.8報警信息
工具欄上是 “開始時間”和“結束時間”表示要查詢的記錄的時間區間段，設備號選擇設備機臺，可以查詢、確認、導出報警信息。
報警信息界面的如圖2-9所示。
圖2-9 報警信息圖
2.3.9歷史數據
工具欄上是 “開始時間”和“結束時間”表示要查詢的記錄的時間區間段，設備號選擇設備機臺，可以查詢、導出設備的運行狀態數據或產量數據，這兩種數據的報表都是excel報表格式。
歷史數據界面的如圖2-10所示。
圖2-10 歷史數據查詢圖
2.3.10系統設置
系統設置包括以本地電腦的時間或手工輸入時間校正PLC的時間、班制設置、牌號設置、收集機選通滑道設置、動力頭設置、退出系統、關機等功能，界面不一一列舉。
系統設置界面的如圖2-11所示。
圖2-11 系統設置圖
3.關鍵技術
本軟件的設計涉及到一些關鍵技術，其中有框架設計層面的，也有具體算法實現方面的，這里從宏觀的角度介紹其中幾個最為主要的方面。
3.1WinCC腳本技術
WinCC提供類C語言腳本和VBscript語言腳本，以及一個調試環境。兩種腳本語言可以混合使用，各有優缺點，C腳本對系統級的訪問支持很出色，可以使用C腳本方便調用Windows系統提供的API函數，缺點是非面向對象語言，使用難度高，開發門檻高；而VBscript腳本則簡單易用，WinCC提供了面向對象的庫，入門簡單，開發效率高。本軟件的大部分腳本是使用VBscript語言進行開發，極少的需要和操作系統打交道的功能，如登錄、退出系統、關機等，使用了C腳本進行控制。
3.2界面交互技術
工業化生產線，通常都是由大量相同的作業機器和傳動線組成，在設計界面的時候，首要考慮的因素就是界面復用，同樣的機器，界面只有一份，通過變量命名規則和腳本技術，控制同一型號的A機器和B機器的狀態顯示。在本軟件中，類似于提升機、收集機等有n臺一樣的機器，都是通過規范的變量命名和統一的腳本進行控制的。
3.3數據庫技術
工業化生產的數據，通常都需要進行實時存儲，以方便按需查詢和導出，再利用后臺業務系統進行統計分析，反過來指導生產。WinCC提供歸檔功能可以實現對變量的實時歸檔，能夠滿足要求不高的系統需求，但是復用性、聚合性不強，不太適合大的生產線。本軟件的數據存儲沒有選擇WinCC的歸檔功能，而采用自定義的獨立數據庫，通過VBscript對數據庫進行操作，具備了緊湊的結構和一致的訪問接口，同時可以提供一致的第三方數據訪問接口。
3.4仿真測試技術
一個合格的開發平臺，仿真功能是必不可少的功能，WinCC平臺提供了仿真測試功能，可以方便的對數據點進行仿真，模擬實際系統的運行。但是WinCC平臺提供的仿真測試功能比較難用，實現困難很多。本軟件只使用了WinCC的變量仿真功能，把外部變量移入內部變量進行仿真，按機器類別、按數據類型分別仿真測試，最終做到全覆蓋每一個功能。
4.系統應用
本軟件是基于西門子WinCC平臺的條煙輸送監控系統，可以作為條煙輸送生產線監控軟件的藍本，面向條煙輸送生產設備商、集成商以及第三方獨立軟件開發商，通過定制手段滿條煙輸送生產線監控市場的多樣化需求。
5.結束語
隨著工業自動化水平的迅速提高，人們對工業自動化的要求越來越高，煙草行業也不例外，生產的工業化和信息化迅速提高，出現了種類繁多的控制設備和過程監控裝置的應用，傳統的工業控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。組態軟件處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，具有強大的界面顯示組態功能、良好的開放性、豐富的功能模塊、強大的數據庫、可編程的命令語言、周密的系統安全防范與強大的仿真功能，可以為用戶提供快速構建生產自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。西門子WinCC平臺，借助其強大的硬件平臺，將會取得迅速的發展。
參考文獻
[1] 西門子. WinCC 7.0 Reference Manual
[2] 西門子. WINCC連接siemens_PLC的常用方式
[3] 百度百科. 組態軟件. http://baike.baidu.com/view/380099.htm
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