基于WinCC的数据采集和监控系统设计.doc

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 Technology, 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 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 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 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。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 PLC 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 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、 . 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 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- 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