組態(tài)軟件WinCC 在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

于淑靜

（連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 連云港 222000）

0 引言

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展和組態(tài)軟件在工業(yè)控制領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，企業(yè)對生產(chǎn)自動化水平提出了更高的要求。WinCC（視窗控制中心）是德國西門子公司開發(fā)的一款用于PLC 與上位機通信的組態(tài)軟件，能夠生成可視化界面，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測及報警。WinCC 為開發(fā)適合現(xiàn)代化控制要求的系統(tǒng)提供了一個方便可靠、開放性好、功能強大的軟件平臺[1-2]。本文結(jié)合某廠手機揚聲器生產(chǎn)線自動化建設(shè)項目，應(yīng)用工業(yè)組態(tài)軟件WinCC 進(jìn)行了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[3]。

1 生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)概述

（1）系統(tǒng)的硬件與軟件：硬件方面，應(yīng)包括生產(chǎn)線的基本設(shè)備及三菱Q 系列的PLC，以及交換機、專業(yè)工控機和若干網(wǎng)線；軟件方面，工控機要安裝專業(yè)版或企業(yè)版Windows7 系統(tǒng)、WinCC7.0軟件、SQL 數(shù)據(jù)庫和常用的office 辦公軟件；PLC與WinCC 的連接要求建立局域網(wǎng)，包含工控機和通過交換機連接的所有的PLC。

（2）系統(tǒng)的功能要求：在生產(chǎn)線工作過程中，要求此監(jiān)控系統(tǒng)能夠與PLC 進(jìn)行通訊，并對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集和處理。具體包括：實時查看設(shè)備的運行情況和產(chǎn)品的投入數(shù)、產(chǎn)出數(shù)、合格率；實時監(jiān)控產(chǎn)能、良率；查看歷史數(shù)據(jù)；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障的時候能夠自動報警。

（3）系統(tǒng)的總體設(shè)計：此生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集應(yīng)具有實時性和一定的開放性，且易于安裝、操作方便和運行可靠。如圖1 所示，客戶機安裝WinCC 并連接生產(chǎn)線上所有的PLC，讀取運行數(shù)據(jù)，利用WinCC 的SQL 數(shù)據(jù)庫暫時存儲，并對線體的運行狀況和故障情況進(jìn)行詳細(xì)的分析。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Fig. 1 System structure diagram

2 PLC 編程

（1）PLC 參數(shù)的設(shè)置：WinCC 進(jìn)行采集和處理的數(shù)據(jù)需經(jīng)過PLC 的準(zhǔn)確運算。PLC 除了要設(shè)置最基本的參數(shù)外，還要設(shè)置IP 地址。

（2）PLC 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計：PLC 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括機器的運行狀態(tài)和時間、機器報警、機器產(chǎn)能。

① 運行狀態(tài)有待料、運行、滿杯、報警和停機，機器運行統(tǒng)計如圖2 所示。

② 機器報警包括機構(gòu)類、測試類和提示類報警。報警通常是因為人為操作不當(dāng)或者在某些數(shù)據(jù)上傳的時候發(fā)生了數(shù)據(jù)丟失等，導(dǎo)致機器在運行時突然停機。機器一旦出現(xiàn)問題就會把報警信號傳送給PLC，PLC 會統(tǒng)計報警時間和次數(shù)。報警顯示如圖3 所示。只要報警接通，即為報警一次。報警時間會一直統(tǒng)計，直到按下復(fù)位鍵。

③ 產(chǎn)品的產(chǎn)能，是在某個時間段內(nèi)投入和產(chǎn)出的數(shù)量。據(jù)此可知道某個時間段的良率，進(jìn)一步可判斷各機器的性能和加工的產(chǎn)品是否能正常達(dá)標(biāo)。如圖4 所示，統(tǒng)計投入數(shù)時，以進(jìn)料口有料然后伺服搬運一次為進(jìn)料一個產(chǎn)品。統(tǒng)計產(chǎn)出數(shù)時，可按最后一個工位的合格數(shù)來計算產(chǎn)出數(shù)；也可先計算次品數(shù)，再用總的投入數(shù)減去次品數(shù)，得到合格數(shù)。產(chǎn)出數(shù)如圖5 所示。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

（1）WinCC 的連接設(shè)置：WinCC 與PLC 的通信是通過過程總線來實現(xiàn)的。WinCC 新建文件后在變量管理添加驅(qū)動時，選擇Mitsubishi Q series。

（2）組態(tài)變量：過程沒有為其提供變量值的變量稱為內(nèi)部變量，內(nèi)部變量沒有對應(yīng)的過程驅(qū)動和通信單元，不需要建立相應(yīng)的通道連接。內(nèi)部變量主要供系統(tǒng)內(nèi)部使用，通過內(nèi)部變量的數(shù)值來控制畫面的跳轉(zhuǎn)[4]。外部變量是由自動化控制系統(tǒng)在特定的通信驅(qū)動通道下與WinCC 建立連接。它通 過數(shù)據(jù)地址與PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[5]。外部變量的數(shù)目是由所屬驅(qū)動程序中的Potwer Tags 決定。PLC的每個數(shù)據(jù)都由一個數(shù)據(jù)寄存器來存儲。具體PLC鏈接如圖6 所示。

圖2 運行統(tǒng)計 Fig.2 Operational statistics

創(chuàng)建變量時，還需定義數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型將取決于使用時變量的數(shù)據(jù)格式。WinCC 中的外部變量有許多種，必須使用與PLC 相匹配的數(shù)據(jù)類型。本文采用三菱Q 系列PLC，此PLC 是十 六位系統(tǒng)運算，因此大部分?jǐn)?shù)據(jù)選擇16 位。變量對應(yīng)表如圖7 所示。在連接時，每一站先設(shè)定好連接的IP 地址，這樣就能與PLC 里面的數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。

圖3 報警顯示 Fig. 3 Alarm display

圖4 投入數(shù) Fig. 4 Input number

圖5 產(chǎn)出數(shù) Fig. 5 Output number

圖6 PLC 鏈接地址表 Fig. 6 PLC link address table

（3）實時監(jiān)控畫面：WinCC 會隨著各站的運行狀態(tài)、運行時間、報警統(tǒng)計等數(shù)據(jù)的變化而改變，其與PLC 一直在進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。

① 總監(jiān)控界面：如圖8 所示，在此界面中可簡單查看各站的信息，如各站各工位的運行、報警次數(shù)、產(chǎn)能變化、投入數(shù)和產(chǎn)出數(shù)等。

② 運行狀態(tài)界面：運行狀態(tài)在PLC 里面已經(jīng)建立了數(shù)據(jù)，只要讀取數(shù)據(jù)即可。在PLC 里的數(shù)據(jù)是2 的N 次方，在WinCC 里是0、1、2、4、8、16 等。如果沒有數(shù)據(jù)顯示為0，那就是未連接。在畫面編輯中畫出所需要的畫面，用不同的數(shù)值對應(yīng)不同的狀態(tài)和顏色，并在界面標(biāo)出各種顏色和狀態(tài)的對應(yīng)情況。這樣就能清楚地知道各站的運行狀態(tài)，如圖9 所示。

圖7 變量對應(yīng)表 Fig. 7 Variable correspondence table

圖8 總監(jiān)控界面 Fig. 8 General monitoring interface

圖9 運行狀態(tài) Fig. 9 Running state

③ 產(chǎn)能統(tǒng)計的實時畫面：投入數(shù)和產(chǎn)出數(shù)可以直接讀取，再存入數(shù)據(jù)庫作為歸檔，方便查看歷史數(shù)據(jù)趨勢。良率則需靠腳本編寫。用產(chǎn)出數(shù)除以投入數(shù)，然后除以100%。為了編寫方便，“%”符號就用靜態(tài)文本寫，百分比數(shù)用腳本寫。產(chǎn)能統(tǒng)計如圖10 所示。

④ 產(chǎn)能趨勢界面：產(chǎn)能趨勢利用數(shù)據(jù)歸檔，將數(shù)據(jù)保存在SQl 數(shù)據(jù)庫中。如圖11 所示，產(chǎn)能趨勢能清晰地反映出各個時間段的產(chǎn)能，便于分析較易發(fā)生故障的時間段。

⑤ 報警記錄界面：如圖12 所示，將發(fā)生報警的時間、次數(shù)和時間點都記錄下來，可以很清楚地了解到報警原因。

圖10 產(chǎn)能統(tǒng)計 Fig. 10 Productivity statistics

圖11 產(chǎn)能趨勢 Fig. 11 Productivity trend

圖12 報警統(tǒng)計 Fig. 12 Alarm statistics

（4）Web 發(fā)布：為了內(nèi)部文件的保密性以及客戶端查看方便，可利用Web 發(fā)布實時監(jiān)控畫面。Web 發(fā)布是利用虛擬站點發(fā)布，只能在特定的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行發(fā)布。先建立一個站點，選擇好網(wǎng)絡(luò)就能發(fā)布。

4 結(jié)語

本文研究了組態(tài)軟件在手機揚聲器生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。這一系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試和運行，達(dá)到了很好的效果，使生產(chǎn)線的運行信息能夠得到了及時的反饋和有效的分析，提高了生產(chǎn)線運行的可靠性和設(shè)備的管理水平，提高了勞動生產(chǎn)率。其功能完善、運行可靠，具有較高的推廣和應(yīng)用價值。隨著計算機技術(shù)和自動化控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,如何更好地實現(xiàn)通信系統(tǒng)的操作簡單、安全可靠、維護(hù)方便等強大功能將會是一個重要的研究課題。