摘要：本文設(shè)計了一套基于德國西門子公司組態(tài)軟件WinCC 7.0的條煙輸送監(jiān)控系統(tǒng)。從規(guī)模上，滿足采集PLC站點的10000點數(shù)據(jù)需求，數(shù)據(jù)庫應(yīng)能容納100萬條數(shù)據(jù)記錄，并能保證數(shù)據(jù)實時處理、交換。從設(shè)計上，滿足公司條煙輸送生產(chǎn)線的系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢業(yè)務(wù)需求。從技術(shù)上，充分發(fā)揮當(dāng)今IT界優(yōu)秀、成熟的技術(shù)，使系統(tǒng)表現(xiàn)出一定的先進性。本文簡要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：自動化軟件；組態(tài)軟件；條煙輸送監(jiān)控；WinCC
1.引言
隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的日趨成熟，伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）的出現(xiàn)，各種 “組態(tài)”的概念開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。
國外有名的組態(tài)軟件產(chǎn)品有Wonderware的InTouch、GE-Intellution的iFIX、Siemens的WinCC，國內(nèi)的產(chǎn)品有北京亞控科技公司的KingView、紫金橋公司的Realinfo、北京世紀(jì)長秋科技公司的世紀(jì)星、北京三維力控科技公司的組態(tài)軟件。
本文主要介紹自主開發(fā)的一款基于德國西門子公司組態(tài)軟件WinCC 7.0的應(yīng)用于煙草行業(yè)的條煙輸送監(jiān)控系統(tǒng)，包括其總體設(shè)計方案和一些實現(xiàn)細(xì)節(jié)。本軟件設(shè)計和實現(xiàn)上具有以下特點：
? 本軟件采用動態(tài)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(shè)計理念。采用整機畫面動態(tài)顯示卷包車間整個條煙輸送系統(tǒng)流程圖、系統(tǒng)工作狀態(tài)、可直觀的了解卷包車間生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)要素協(xié)同工作的情況。采用單機畫面動態(tài)顯示某一單機的實時生產(chǎn)運行狀態(tài)信息。
? 本軟件監(jiān)控畫面采用圖文并茂的設(shè)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(tǒng)運行過程中設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，屏幕上將出現(xiàn)報警提示。
? 本軟件具有數(shù)據(jù)存儲功能，能夠完成數(shù)據(jù)的查詢及打印功能，數(shù)據(jù)存儲采用通用的數(shù)據(jù)庫管理平臺，數(shù)據(jù)能方便的接入第三方的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
? 本軟件帶密碼權(quán)限分級管理。
2.系統(tǒng)概述
2.1系統(tǒng)功能
本條煙輸送生產(chǎn)線系統(tǒng)由以下的主要設(shè)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(tǒng)采集PLC站點的點數(shù)大概在1萬點，PLC之間的全部采用以太網(wǎng)連接。由于數(shù)據(jù)分布，本軟件系統(tǒng)與PLC的連接需建立多個連接。
本軟件系統(tǒng)主要由監(jiān)視條煙輸送系統(tǒng)的狀態(tài)、重要數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)及報表的查詢和重要參數(shù)的設(shè)置及一些附加操作等組成，可對單機設(shè)備進行狀態(tài)故障報警監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)的存儲并最少能保存30天90個班次，歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印，設(shè)備參數(shù)設(shè)置。
2.2軟件平臺與架構(gòu)
本軟件采用WinCC平臺進行開發(fā)，在系統(tǒng)實現(xiàn)上，采用目前國際流行的面向?qū)ο蠹夹g(shù)、MVC的設(shè)計模式和WinCC平臺腳本編程技術(shù)，將整個系統(tǒng)從邏輯上分為用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層等幾大部分，以提高系統(tǒng)的可擴展性、靈活性、易維護性。本軟件的體系架構(gòu)框圖如圖2-1所示。
圖2-1 體系架構(gòu)框圖
本軟件運行的操作系統(tǒng)是Windows XP SP3，組態(tài)軟件是WinCC 7.0 SP2，數(shù)據(jù)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(tài)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(tài)通信模塊與自動化系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)過程監(jiān)控的擬物化和可視化。
本軟件設(shè)計采用的WinCC子系統(tǒng)包括：
1) 圖形系統(tǒng)——用于創(chuàng)建畫面的編輯器，也稱作圖形編輯器。
2) 報警系統(tǒng)——對報警信號進行組態(tài)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(tǒng)——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(tài)流程形式，遵循由整體到局部、層層深入、逐步放大的設(shè)計理念。采用整機畫面動態(tài)顯示卷包車間整個條煙輸送系統(tǒng)流程圖、系統(tǒng)工作狀態(tài)、可直觀的了解卷包車間生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)要素協(xié)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(biāo)題欄，菜單欄和工作區(qū)三部分，標(biāo)題欄顯示系統(tǒng)名稱、當(dāng)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(qū)為詳細(xì)的功能展示區(qū)。
圖2-2 界面總體布局圖
2.3.2條煙系統(tǒng)縱覽
條煙系統(tǒng)縱覽顯示每個設(shè)備的運行狀態(tài)和報警以及進入每個設(shè)備的單獨的子畫面鏈接。每個設(shè)備的使用4種顏色表示狀態(tài)：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(wǎng)。上面的畫面中以設(shè)備編號的按鈕或其他圖標(biāo)表示對應(yīng)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(biāo)點擊則進入相對數(shù)字的設(shè)備畫面中。
條煙系統(tǒng)縱覽界面的如圖2-3所示。
圖2-3 條煙系統(tǒng)縱覽圖
2.3.3條煙提升機
條煙提升機設(shè)備有以下的子項的狀態(tài)數(shù)據(jù)：“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(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計時間；當(dāng)前生產(chǎn)所屬的班號、牌號和對應(yīng)的產(chǎn)量；當(dāng)前的報警位置和報警說明，傳感器的狀態(tài)。
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(tài)數(shù)據(jù)：“正常停機”、“正常運行”、“故障停機”、“堵塞停機”、“正常待機”及各狀態(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計時間；當(dāng)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(shè)備有以下的子項狀態(tài)數(shù)據(jù)：“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(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計時間；當(dāng)前生產(chǎn)所屬的班號、牌號和對應(yīng)的產(chǎn)量；當(dāng)前的報警位置和報警說明，傳感器的狀態(tài)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(qū)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(tài)數(shù)據(jù)： “正常運行”、“正常待機”、“故障停機”。及各狀態(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計時間；當(dāng)前生產(chǎn)所屬的班號和對應(yīng)的產(chǎn)量；當(dāng)前的報警位置和報警說明，傳感器的狀態(tài)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(wǎng)絡(luò)狀態(tài)
每個設(shè)備的PLC或變頻器如果和主PLC通訊正常后會在其設(shè)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(wǎng)絡(luò)狀態(tài)界面的如圖2-8所示。
圖2-8 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖
2.3.8報警信息
工具欄上是 “開始時間”和“結(jié)束時間”表示要查詢的記錄的時間區(qū)間段，設(shè)備號選擇設(shè)備機臺，可以查詢、確認(rèn)、導(dǎo)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(shù)據(jù)
工具欄上是 “開始時間”和“結(jié)束時間”表示要查詢的記錄的時間區(qū)間段，設(shè)備號選擇設(shè)備機臺，可以查詢、導(dǎo)出設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)或產(chǎn)量數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)的報表都是excel報表格式。
歷史數(shù)據(jù)界面的如圖2-10所示。
圖2-10 歷史數(shù)據(jù)查詢圖
2.3.10系統(tǒng)設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)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(shè)置、牌號設(shè)置、收集機選通滑道設(shè)置、動力頭設(shè)置、退出系統(tǒng)、關(guān)機等功能，界面不一一列舉。
系統(tǒng)設(shè)置界面的如圖2-11所示。
圖2-11 系統(tǒng)設(shè)置圖
3.關(guān)鍵技術(shù)
本軟件的設(shè)計涉及到一些關(guān)鍵技術(shù)，其中有框架設(shè)計層面的，也有具體算法實現(xiàn)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(shù)
WinCC提供類C語言腳本和VBscript語言腳本，以及一個調(diào)試環(huán)境。兩種腳本語言可以混合使用，各有優(yōu)缺點，C腳本對系統(tǒng)級的訪問支持很出色，可以使用C腳本方便調(diào)用Windows系統(tǒng)提供的API函數(shù)，缺點是非面向?qū)ο笳Z言，使用難度高，開發(fā)門檻高；而VBscript腳本則簡單易用，WinCC提供了面向?qū)ο蟮膸欤腴T簡單，開發(fā)效率高。本軟件的大部分腳本是使用VBscript語言進行開發(fā)，極少的需要和操作系統(tǒng)打交道的功能，如登錄、退出系統(tǒng)、關(guān)機等，使用了C腳本進行控制。
3.2界面交互技術(shù)
工業(yè)化生產(chǎn)線，通常都是由大量相同的作業(yè)機器和傳動線組成，在設(shè)計界面的時候，首要考慮的因素就是界面復(fù)用，同樣的機器，界面只有一份，通過變量命名規(guī)則和腳本技術(shù)，控制同一型號的A機器和B機器的狀態(tài)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(guī)范的變量命名和統(tǒng)一的腳本進行控制的。
3.3數(shù)據(jù)庫技術(shù)
工業(yè)化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，通常都需要進行實時存儲，以方便按需查詢和導(dǎo)出，再利用后臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，反過來指導(dǎo)生產(chǎn)。WinCC提供歸檔功能可以實現(xiàn)對變量的實時歸檔，能夠滿足要求不高的系統(tǒng)需求，但是復(fù)用性、聚合性不強，不太適合大的生產(chǎn)線。本軟件的數(shù)據(jù)存儲沒有選擇WinCC的歸檔功能，而采用自定義的獨立數(shù)據(jù)庫，通過VBscript對數(shù)據(jù)庫進行操作，具備了緊湊的結(jié)構(gòu)和一致的訪問接口，同時可以提供一致的第三方數(shù)據(jù)訪問接口。
3.4仿真測試技術(shù)
一個合格的開發(fā)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(shù)據(jù)點進行仿真，模擬實際系統(tǒng)的運行。但是WinCC平臺提供的仿真測試功能比較難用，實現(xiàn)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(nèi)部變量進行仿真，按機器類別、按數(shù)據(jù)類型分別仿真測試，最終做到全覆蓋每一個功能。
4.系統(tǒng)應(yīng)用
本軟件是基于西門子WinCC平臺的條煙輸送監(jiān)控系統(tǒng)，可以作為條煙輸送生產(chǎn)線監(jiān)控軟件的藍本，面向條煙輸送生產(chǎn)設(shè)備商、集成商以及第三方獨立軟件開發(fā)商，通過定制手段滿條煙輸送生產(chǎn)線監(jiān)控市場的多樣化需求。
5.結(jié)束語
隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，煙草行業(yè)也不例外，生產(chǎn)的工業(yè)化和信息化迅速提高，出現(xiàn)了種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。組態(tài)軟件處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，具有強大的界面顯示組態(tài)功能、良好的開放性、豐富的功能模塊、強大的數(shù)據(jù)庫、可編程的命令語言、周密的系統(tǒng)安全防范與強大的仿真功能，可以為用戶提供快速構(gòu)建生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)監(jiān)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(fā)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(tài)軟件. http://baike.baidu.com/view/380099.htm
