基于WinCC的交流電機(jī)調(diào)速監(jiān)控界面研究

張明

（都勻供電局 貴州 都勻 558000）

WinCC（Windows Control Center）是由德國西門子公司與微軟共同開發(fā)的軟件系統(tǒng)，是結(jié)合西門子在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微機(jī)軟件的強(qiáng)大功能的產(chǎn)物，是世界上第一個集成的人機(jī)界面（HMI）軟件系統(tǒng)[1]。它真實地將工廠控制軟件集成到自動化過程中，以交流電機(jī)調(diào)速的控制系統(tǒng)為對象，利用WinCC創(chuàng)建動態(tài)人機(jī)監(jiān)控界面，實現(xiàn)過程監(jiān)控。

1 WinCC系統(tǒng)介紹

WinCC是西門子公司的一款組態(tài)軟件，主要用于配合PLC作為上位機(jī)的人機(jī)界面程序的開發(fā)。WinCC完全支持分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有廣泛的通訊接口，能和所有主要廠商的PLC進(jìn)行通訊，如AB，GE，Omron等，甚至用戶所特有的控制器也可以通過WinCC提供的CDK（通訊開發(fā)工具）與WinCC通訊。WinCC在生產(chǎn)和過程自動化中皆可視化，以確保更有效的生產(chǎn)過程。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔、報警記錄以及報表的功能模板，高性能的過程耦合，畫面更新，以及功能強(qiáng)大的CScript和VBScript，使其具有高度的實用性。

2 WinCC組態(tài)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)

WinCC支持所有普通IBM/AT兼容的PC平臺，按照各站連接設(shè)備及完成功能的不同，把監(jiān)控界面按結(jié)構(gòu)化思想進(jìn)行了編排。各界面控制功能明確，可以清晰直觀地反映現(xiàn)場情況，便于操作人員進(jìn)行處理。圖1顯示了WinCC組態(tài)界面結(jié)構(gòu)。

圖1 WinCC組態(tài)界面結(jié)構(gòu)Fig.1 Interfacial structure of WinCC

3 使用WinCC組態(tài)過程控制

無論是小規(guī)模簡單的過程控制和監(jiān)控應(yīng)用，還是復(fù)雜的應(yīng)用，WinCC都可以生成漂亮的人機(jī)界面，保證生產(chǎn)過程的安全，使操作員能夠優(yōu)化生產(chǎn)過程。以下實現(xiàn)以一個標(biāo)簽監(jiān)控交流電機(jī)調(diào)速，并在監(jiān)控畫面上模擬現(xiàn)場運(yùn)行情況。在WinCC變量管理器中建立相應(yīng)的驅(qū)動器連接，定義用于訪問PLC的過程變量[2]。在圖形編輯器中利用系統(tǒng)提供的各種圖形庫制作生產(chǎn)監(jiān)控畫面，并將變量標(biāo)簽與每個對象連接，也就相當(dāng)于畫面中各個對象與現(xiàn)場設(shè)備相連，從而可在液晶畫面上監(jiān)視、控制現(xiàn)場設(shè)備。

3.1 組態(tài)過程畫面

畫面對象代表過程控件，利用圖形編輯器編輯監(jiān)控畫面，并將其中的對象與相應(yīng)變量建立動態(tài)連接。WinCC基本對象庫里有OLE控件、按鈕、滾動條、應(yīng)用窗口等，圖形庫里有特殊的圖形對象，如水箱、電機(jī)、閥門等。除此之外，還可以針對特殊情況生成圖形對象存入圖形庫中。這些對象通過變量與過程連接，交互作用，從而建立非常逼真的監(jiān)控畫面。為激活對象必須為對象連接相應(yīng)的變量，變量代表的是來自實際過程的值，如傳送系統(tǒng)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速；變量也可以同時連接到多個對象，如數(shù)據(jù)輸出窗口和棒圖表格。WinCC可以為任一對象的任一屬性或發(fā)生的任一事件提供動態(tài)描述。其實現(xiàn)方法有：直接與標(biāo)簽鏈接、動態(tài)對話框、直接鏈接及C語言編程方式[3]。

本文實現(xiàn)了當(dāng)按下“起?！焙汀皳Q向”按鈕時，電機(jī)根據(jù)設(shè)置，顏色發(fā)生相應(yīng)的動態(tài)變化；拖動速度滑塊，電機(jī)的速度會隨之改變，電機(jī)的I/O域和控件的數(shù)值也會同步更新，也可以直接在I/O域中輸入值來改變電機(jī)的速度；當(dāng)電機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時，電機(jī)的I/O域和控件的指針也會隨之改變。

3.2 組態(tài)報警畫面

在HMI系統(tǒng)中，顯示當(dāng)前過程狀態(tài)具有重要意義，而在過程異常時產(chǎn)生報警也同樣重要。WinCC可以設(shè)置變量的離散量報警和模擬量報警。離散量報警是根據(jù)變量的指定位被置位后而產(chǎn)生相應(yīng)的報警信息，可用于對開關(guān)量的判斷。模擬量報警對變量的極限值進(jìn)行監(jiān)測：如果變量值高于指定的上限值或指定的另一變量的當(dāng)前值，則產(chǎn)生上限報警；如果變量值低于指定的下限值或指定的另一變量的當(dāng)前值，則產(chǎn)生下限報警[4]。報警信息可存于硬盤的報警檔案中，還可以用表格的形式顯示于監(jiān)控畫面上或由打印機(jī)輸出。操作員可根據(jù)報警信息快速找到故障原因并進(jìn)行修正[5]。

本文中當(dāng)“起?！卑粹o選擇停止時產(chǎn)生離散量報警，當(dāng)電機(jī)速度大于某一設(shè)定值時產(chǎn)生模擬量報警。

3.3 組態(tài)趨勢畫面

無論是操作員調(diào)節(jié)PID回路，分析電機(jī)電流，還是瀏覽以前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，WinCC都能以趨勢的形式顯示相關(guān)操作信息。趨勢圖以圖形、表格獨立或綜合的形式生成，WinCC還提供了分析工具，用于操作員調(diào)節(jié)畫面大小，瀏覽歷史數(shù)據(jù)和改變顯示比例。如圖2對所監(jiān)視的變量“電機(jī)速度”、“RAM”和“CPU_UTIL”都能以動態(tài)的曲線顯示趨勢，棒圖的動作和曲線的變化是同步更新的，也可以用工具欄上的各個按鈕來測試其功能，如可點擊報警回路按鈕來看是否可以切換到過程發(fā)生異常的畫面。

圖2 趨勢畫面Fig.2 Chart of trend

3.4 組態(tài)歸檔畫面

記錄生產(chǎn)和過程信息，對于分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和終端產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義[6]。WinCC用變量記錄編輯器來創(chuàng)建歸檔消息，并在畫面中顯示或用第三方軟件來讀取。該畫面的功能與趨勢畫面非常相似，只不過趨勢畫面顯示的是趨勢，而歸檔畫面顯示的是表格，如圖3所示。

圖3 歸檔畫面Fig.3 Chart of archiving

3.5 組態(tài)導(dǎo)航畫面

本設(shè)計實現(xiàn)的是在創(chuàng)建的一個主畫面中，組態(tài)實現(xiàn)不同過程畫面之間的切換，如圖4所示。

圖4 導(dǎo)航畫面Fig.4 Chart of navigation

3.6 現(xiàn)場調(diào)試

現(xiàn)場可以通過WinCC自帶的“通道診斷”工具（Channel Diagnosis）進(jìn)行通訊連接測試[5]，也可以在激活圖形運(yùn)行系統(tǒng)的情況下，把鼠標(biāo)放到建立的連接上面，這時系統(tǒng)會提示狀態(tài)“確定”，表明連接成功；如果提示狀態(tài)“斷開連接”，則表示連接失敗。

4 結(jié)束語

在工業(yè)過程監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)用WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件具有明顯優(yōu)越性，不但可以簡化上位機(jī)與PLC的通訊，而且根據(jù)實際需要設(shè)置監(jiān)控對象，通過監(jiān)控界面直觀動態(tài)顯示，控制過程清晰明確，能準(zhǔn)確把握系統(tǒng)當(dāng)前的各種運(yùn)行狀況，簡化操作，提高了系統(tǒng)監(jiān)控能力，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

[1]蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].2版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[2]劉鍇，周海.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[3]Siemens SIMATIC WinCC Flexible 2005 Edition 0406.[M/CD]西門子公司，2006.

[4]WinCC通信手冊[M].西門子（中國）有限公司自動化驅(qū)動集團(tuán)，1999.

[5]劉華平，李文山，甘勤濤.基于WinCC V6自動化倉庫信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2006，22（22）：87-88，218.LIU Hua-ping， LI Wen-shan， GAN Qin-tao.Design of an information monitoring system for the warehouse automation[J].Control and Automation， 2006，22（22）：87-88，218.

[6]王曉遠(yuǎn)，杜靜娟，齊利曉，等.基于工業(yè)組態(tài)軟件WinCC的化工工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2006（5）：41-43.WANG Xiao-yuan，DU Jing-juan，QI Li-xiao，et al.Supervision control system of chemical industry based on WinCC[J].Control and Instruments In Chemical Industry，2006（5）：41-43.