基于WinCC的数据采集和监控系统设计.rtf

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1、基于 WinCC 的数据采集和监控系统设计.txt 大人物的悲哀在于他们需要不停地做出选择；而小人物的悲哀在于他们从来没有选择的机会。男人因沧桑而成熟，女人因成熟而沧桑。男人有了烟，有了酒，也就有了故事；女人有了钱，有了资色，也就有了悲剧。本文由 stayfordie贡献 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。2007 年第 4 期 工业仪表与自动化装置 53 基于 W inCC 的数据采集和监控系统设计 张晓杰,刘海昌 (平顶山工学院 电气与电子工程系,河南 平顶山 467001)摘要:针对工程的具体情况,结合 W inCC 的特点,提出

2、了使用 W inCC 监控系统的硬件配置,介 绍了如何利用 W inCC 创建动态人机界面,实现过程监控的具体步骤,并给出了一些功能实现的编 程技巧与相关源程序。关键词:W inCC;组态软件;人机界面;过程控制;PLC 中图分类号:TP319 文献标识码:A 文章编号:1000-0682(2007)04-0053-03 Th e design of data acqu isition and supervisory system based on W inCC Z HANG X iao jie L I H a i chang,U (P ingd ing shan Institute of T

3、echnology,H enan P ingd ingshan 467000 China),Abstract T his artic le puts forw ards the system hard are configurat io n accord ing to the wo rk ing con:w d it io ns and th e characteristics ofW inCC,and presents th e m e th od of estab lish ing a dyna ic HM I and i m m p lem enting the monitorin g

4、process by using theW inCC system.T he paper also summ arizes som e program m ing techn iques to fulfil required funct io ns.K ey w ords:W inCC;conf ig uration softw are HM I process contro;l PLC;0 引言 平顶山中盐皓龙有限责任公司是由中国盐业总 公司控股的一家大型的食盐生产加工企业,是我国 目前最大的食盐定点生产企业之一。年产食用精制 碘盐 50 多万吨,工业盐 100 多万吨。随着企业规模 的不断

5、扩大,卤井数目的不断增多,办公楼距离最远 阀门室有 700 m 左右,共有 4 个阀门室,阀门室到办 公楼距离加起来大约 2 300 m。目前的卤井数据采 集监控还是利用人工完成的。存在如下不足:工作 效率不高;数据不准确,控制难度大;阀门室都在野 外,数据采集不方便。为提高工作效率,降低成本,决定开发卤井数据采 集与监控系统。该系统通过 S iem ens 公司的 W inCC 组态,实现过程监控。上位 机为诺基亚公司的普通 PC 机,显示器为诺基亚公 司的普通 PC 显示器,下位机为一台 S ie ens 公司 S7 m-300 型 CPU,上位机与下位机通过 M P I 电缆连接。1 W

6、 inCC 组态软件 W inCC(W indow s Control Center 窗 口 控 制中,心)是西门子公司实现 PLC 与上位机之间通信及上 收稿日期:2007-01-05 作者简介:张晓杰(1968-),男,硕士,讲师,主 要从事工业 自动 化和计算机控制方面的教学和研究工作。位机监控画面制作的组态软件,W inCC 为在标准 PC 和 W indow s NT 环境下 实现 HM I(人机 界面)的功 能。SI AT IC W inCC 是第一个使用最新的 32 位技 M 术的过程监视系统。抢先式多任务的特点适合于对 过程事件的快速反应。W inCC 是一个开放的 HM I

7、软件,可与世界上主 要控制器厂商的产品进行数据通信。它与 SI AT I M C-S5/S7/505 系列 的 通 信 接 口,如 P ro fib us,FDL,DP,DDE,OPC 等 都包括在 W inCC 基 本软件包 中。此外,其他的通信接口,如 FM S PM C,SIPART DR 或,连接其他厂商控制器的接口(AEG,M od ic on A llen,Bred lly,GE-F anuc M itsubish i)在 W inCC 的可选功,能中提供。另外,它随系统而扩展,包括运行版和开发完全 版。在容量上分为 128 256 1024 和 64 个 Pow erT ag,变

8、量,指来自控制器和外部过程的变量(内部变量不 计算在 内)。W inCC 允许将一个 32 位 的模拟量的 Pow erT ag 变量分为独立的 32 个数字量,使用上与正 常数字量的 Pow erTag 变量相同。因此可提供给整个 过程的 I/O 点数比所标的 Pow er ag 变量数多。T 总之,W inCC 将 W indow s 应用程序的现代体结 构与使用方便的图形设计程序结合在一起,能很方 便地生成人机界面,建立完整的过程监控解决方案。各 系统 集成商还可以 W inCC 作为 其系统的扩展基 54 础,通过开放接口开发自己的应用软件。工业仪表与自动化装置 2007 年第 4 期

9、 2 W inCC 的系统配置 经初步统计上位机与 PLC 需通信的过程变量,最终定购了容量为 1024Pow erT ag 的 W inCC 开发完 全版。实际用到的外部变量为 786 个。此外,上位 机的硬件配置将直接影响到 W inCC 的运行性能,所以,采用高性能的 PC 机系统将明显获得高的 系统性能。在此,PC 主机的配置为:中央处理器 为 P4-2 0 内存为 256M;硬盘为 80G;操作系统.;为 W in dow s 2000 server。按钮和滑 块、检查框 和复选 框、应用和 图形窗 口、OLE 对象、ctiveX 控件、I/O 域、A 文字列表、状态显 示、组显示等

10、。图形组件的最终外观由组态工程师 动态控制。图形的动态控 制参数,如位置、几何形 状、颜色和样式,可通过 W inCC 变量的改变或程序 直接控制。主控界面如图 1 所示。3 监控系统需求 (1)实时显示各种数据,例如:动态显示卤井 的温度、压力、流量数据、阀门的开/关 状态等。(2)各种数据历史趋势的查看,直观方便;(3)实现故障报警功能,并 能查看历史故障 信息;(4)阀门的自动控制;(5)实现自动启动和自动关机;(6)系统具备可扩展性。图 1 主控界面 4 监控系统的实现 W inCC 是一个实用且与 SI AT IC 产品无缝连 M 接的组态软件,其界面友好,功能强大,可以实现控 制界

11、面设计、硬件组态、变量管理、标签归档、报警归 档、打印归档与用户管理等功能。4 1 通信功能的实现.系统采用的 PLC 是 S7-300 系列,通信模板是 CP 5611 P I 上位 机与 PLC 用 M P I 电缆连接,采用 M,M P I 协议。为使上 位工控机与下 位 PLC 成功实现 通信,先对 CP5611 初始化,再在 W inCC 的变量管理 模块中添加名称为 SI AT IC S7 PROTOCOL SUTTE M 的驱动器。接着在 M P I 通道中新建驱动程序连接,设置相应的 S7 网络参数,这样通信通道就建成了。之后的具体工作是新建变 量(T ag),将外部变量与 P

12、LC 的 DB 块、位存储器、输入、输出中的位(比)或 字(w ord)连接起来。(为了便 于管理,最好将变量 划分为不同 的组。通过 W inCC 内 部函数 GetT ag、)SetT ag 实现 W inCC 与 PLC 交换数据,从而实现界面 显示、控制 PLC 动作的功能。4 2 控制系统的控制界面的实现.S I AT IC W inCC 提供可视化的、M 友好的控制界 面,其图形设计器功能强大。它支持直接引入 Auto CAD 图纸和 W indow s 元文 件,可在 16 个不同的层 面上作图。图形对角包括:标准化和图形化的对角、4 3 系统各类显示的实现.W inCC 提供趋

13、势归档功能。过程数据、内部变 量数据和任何应用中产生的数据或手输数据可以被 周期性地或以某个具体受控方式收集和记录下来。可以形成以下几种数据:平均值、总值、最低和最高 峰值、自由公式的计算值。结果被储存在一个固定 存储介质中,存储间隔可以在 500 m s 和 1 年之间任 意设定。打开 W inCC 的变量记录编辑器,为需要图 示的变量创建归档,新建趋势归档窗口模板和表窗 口模板,将变量与创建的归档变量连接。显示时将 模板加入到应用程序窗口中,则运行时可动态显示 趋势曲线。4 4 故障自动报警的实现.W inCC 不仅捕捉过程消息和本地事件,而且将 这些内容存入瞬时或连续的档案库中,并在需要

14、时 有选择地提取它们以供使用 通过声音、影像序 列或直接由报警转移到相关的过程画面。这样可以 避免危急情况,缩短危急时间或减少危急造成的影 响。消息结构可以根据设备的特殊要求而设定。通 过划分最多 16 个消息等级,既可以做简单的故障和 状态报文,也可以 为几个设备区 域分别做警报、警 告、故障和错误报文,消息可从 3 个途径得到:单独 的!位?消息,来自自动化系统的顺序报文,模拟量 超限报警。系统通过 W inCC 中的 T ag 和 PLC 中的 位(比)的对应关系,对变量的属性进行设置,当从 下位机 PLC 中采集的数据改变时,则工控机上出现 2007 年第 4 期 工业仪表与自动化装置

15、 55 报警信息。图 2 为报警窗口配置界面。图 2 报警窗口配置 4 5 工艺参数存储的实现.W inCC 提供 U ser A rchives(用 户归档)可选功 能。它的作用是以用户自定义的结构将 W inCC 中 的数据保存在内置的 W inCC 数据库中。这些数据 可通过表格的方式由 A ctive X 控件显示。考虑到需 要存储的参数数目较少,所以未定 U ser A chives,使 用 W inCC 内置的 C 语言脚本(标准的 ANS I),以文 C 本文件的形式存储数据。对文件的读写,即实现了 数据的调用、存储和修改功能。4 6 利用集成的 ODBC/SQL 数据库查询、.

16、处理数 据 在标准及功能强大的 Sybase SQL Anywhere 数据 库中保存了所有组态的表格(如变量和消息文字的表 格),同时所有的过程数据也是利用该数据库进行归 档的。W inCC 的功能模块对数据库的存取对用户是 透明的,其他应用程序可使用标准的 ODBC/SQL 接 口访问 W inCC 数据库,如有必要也可使用应用程序 接口连接数据库。在系统的前期开发阶段,需要对系 统的各种参数进行分析,不同阀门室的不同卤井其参 数大致一样,但也有不同,因此需要对每一个卤井的 参数进行归档,归档后,将过程数据提取出来,以作分 析研究。解决方法是利用 SI MENS 提供的 ISQL 工 E

17、具,通过标准的 ODBC/SQL 接口直接访问 Sybase 数 据库。S iem ens-comm on-sqlany 目 录下启动 isq.l exe 在随后出现的 Interactive SQL 登录对话框中以用,户名 bda 和密码 sql 登录,则程序自动连接到当前正 在运行的 W inCC 数据库。在命令行使用数据库查询 语言即可对数据库进行操作。例如,执行命令 se lect*from systable 显示所有组态的表格,其中对一个卤,井数据归档时建立的名称为 pva-speed 则其在数据,库中的表名为 PDE#PVA.f speed。接着对表 PDE#PVA.speed 操

18、作,即可得到归档的具体数据。也可 f 以将表输出到文件,以作分析。4 7 自动启动、.自动关机的实现 在监控系统中,上位机是运行 W inCC 软件的单 一用途的计算机,希望上位机一启动就自动进入组 态的工艺画面,为此还必须实现 W in dow s NT 自动登 录,这一功能可以按下面的步骤实现:第 1 步 将 W inCC 软件的快捷方式放进 Start Programm es-start-up 菜单。第 2 步 进入 W inCC 的 Com puter properties 设 置窗口,点击 Graphies Runti e 菜单条,将 StartP ic m ture 设为自进入的画

19、面。第 3 步 将 W inCC 置为 A ctiva te 状态,然后退 出 W inCC。第 4 步 启动 regedi,进入 W indow s 注册 表。t 找到 HKEY _LOCAL _MACH I E SOFTWARE M i N crosoft W in dow sNT CurrentV ersion W inlogon 将 键,AutoAdm inLogon 的 值设 为 1 添 加 名 称为 De fault,Passwo rd的键,将其值设为上位机的登录密码。再重新启动,就可以自动登录,并自动进入人机 画面。自关机的实现可以借助 W inCC 的动态一(Dy na ic-

20、W izard)完成。先创建关按钮并选中它,在 m 动态一向导中双击 Ex itW inCC o rW indow s 菜单,选 择鼠标 左键 或 右 键 触 发,接 着 选 择 Ex it W in dow s w ithout restar,完成后生 成代码为 DM Ex iW inCCEx t t(DM-SDMODE-SYSTEM)的 C 函 数。程序 运行 时,点击关机按钮,则自动关机。5 结束语 该文的创新点在于利用 W inCC 作为监控软件,简化了上 位机与 PLC 的通 讯,方 便地读 取来 自于 PLC 的数据及向 PLC 传送数据,实现了卤井数据的 采集和阀门的控制,并且系

21、统容易配置。在系统最初的运行过程中,针对工艺操作要求 及运行中存在的问题,不断进行改进、完善,现整个 系统运行稳定,操作简单方便,人机界面友好,实用 性强,提高了工作效率,各项功能达到设计要求。参考文献:1 2 3 4 马翠红,张涌涛,纪玉荣.基于组态软件的加热炉生产过 程的实时监控系统 J 自动化仪表,2004(11):60-63,.张晓杰,陈玉红,陈 鹏.计算 机在设备 管理中 的应用 J 中国井矿盐,2005,(2):45-47.颜文俊,毛雪珍.基于 PLC 与 W inCC 的 电站远 程自动 监控系统设计 J 机电工程,2005,(3):33-37.邹 彤.W inCC 组态软件的 编程技巧 J 化工 自动化 及仪表,2001,(2):63-65.