基于WinCC的S7-200 PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

焦志剛，崔 瀚

（沈陽理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，沈陽 110159）

0 引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)字通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器(PLC)的功能也在不斷提高，并且廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。因此全國工科高校均開設(shè)了PLC或電氣控制等針對(duì)PLC學(xué)習(xí)的課程，其中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是此課程的重要組成部分，它不僅可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，而且也可以使學(xué)生更深入的理解PLC的編程方法和動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過程。所以PLC實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力方面起著舉足輕重的作用。

對(duì)于完整的PLC實(shí)驗(yàn)，監(jiān)控部分是必不可少的，因?yàn)樗哂兄庇^、生動(dòng)、可視化程度高等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用WinCC組態(tài)軟件開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，從而完善PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

S7-200 PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖1所示， 主要包括S7-200 PLC，它由CPU226(I24/O16)和擴(kuò)展模塊EM235(AI4/AQ1)組成；裝有WinCC6.0組態(tài)軟件、STEP7-Micro/Win4.0以及PC Access v1.0的計(jì)算機(jī)；一根連接PLC和計(jì)算機(jī)的PC/PPI電纜。其中S7-200PLC安裝在實(shí)驗(yàn)箱上，它的I/O端口通過導(dǎo)線連接到試驗(yàn)箱上的輸入輸出插孔，這樣在實(shí)驗(yàn)過程中只要用連接導(dǎo)線連接PLC的輸入輸出插孔和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的輸入輸出插孔就可以完成實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備的連接。此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱自帶單元可以完成與或非、中斷實(shí)驗(yàn)、交通燈、、定時(shí)計(jì)數(shù)、微分位操作、數(shù)據(jù)處理、模擬量輸入、模擬量輸入輸出、混料罐、、跳轉(zhuǎn)分支共10個(gè)實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)箱上還自帶了擴(kuò)展單元接口，通過安裝擴(kuò)展模塊還可以完成沖壓試驗(yàn)、刀具庫選刀、電機(jī)控制、電梯實(shí)驗(yàn)、計(jì)件實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制共6個(gè)實(shí)驗(yàn)。這16個(gè)實(shí)驗(yàn)包括了PLC課程中所有基本指令的運(yùn)用，因此此實(shí)驗(yàn)課可以很好的培養(yǎng)學(xué)生PLC編程的能力。

此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是通過計(jì)算機(jī)上的WinCC組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與PLC之間通過PC/PPI電纜交換數(shù)據(jù)。但是WinCC中并沒集成PPI協(xié)議，也就是說WinCC不能直接監(jiān)控S7-200系列PLC組成的控制系統(tǒng)。為了解決這個(gè)問題，我們只能通過OPC方式來實(shí)現(xiàn)S7-200系列PLC與WinCC的通信[1]。這時(shí)我們需要S7-200 PCAccess這個(gè)橋梁連接WinCC變量管理器的變量和PLC的變量，因?yàn)镻C Access是西門子公司專門為S7-200PLC開發(fā)的OPC服務(wù)器，所以通過PC Access S7-200PLC就可以與任何OPC客戶端（包括以WinCC為OPC的客戶端）通信。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

2 OPC服務(wù)器的建立

2.1 通信接口的設(shè)置

安裝S7-200PC Access后，打開項(xiàng)目管理器。在其左邊的樹形圖中鼠標(biāo)右擊MicroWin(COM1)圖標(biāo)，新建PLC并命名為PLC1。設(shè)置PG/PC接口，選擇PC/PPI cable，然后設(shè)置網(wǎng)絡(luò)地址和波特率以及PLC1的站地址。所有參數(shù)的設(shè)置要與Micro/Win4.0中的設(shè)置相同。

2.2 建立OPC服務(wù)器

在通信接口設(shè)置后便可以建立OPC服務(wù)器。首先要在PC Access中建立與PLC內(nèi)存地址相對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目[2]，即將實(shí)驗(yàn)過程中所用到的全部變量地址編入PC Access中，建立后的項(xiàng)目圖如圖2所示。S7-200 PC Access軟件本身帶有測試客戶機(jī)，可以方便地了解客戶機(jī)與服務(wù)器的通信情況，將建立完的項(xiàng)目拖放至測試客戶機(jī)窗口內(nèi)[3]，單擊測試客戶機(jī)狀態(tài)圖標(biāo)就可以測試客戶機(jī)與服務(wù)器的連接情況。當(dāng)連接正常時(shí)，它會(huì)給出提示好以及時(shí)間標(biāo)識(shí)[1]。客戶機(jī)的測試狀態(tài)如圖3所示。

圖2 PC Access中建立的變量

圖3 OPC客戶機(jī)測試狀態(tài)

3 應(yīng)用WinCC開發(fā)S7-200實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

將WinCC作為OPC客戶端，OPC客戶端通過OPC接口訪問S7-200 PC Access服務(wù)器。只要將OPC服務(wù)器中的項(xiàng)目添加到WinCC的變量管理器中便可在組態(tài)中使用了[3]。

3.1 在WinCC中創(chuàng)建OPC客戶端

1）打開WinCC項(xiàng)目管理器主界面，右擊變量管理器，選擇添加新的驅(qū)動(dòng)程序選項(xiàng)，在彈出對(duì)話框中選擇OPC.chn，單擊打開完成OPC通道單元的建立。

2）右擊剛剛建立的OPC通道單元OPC Groups，選擇系統(tǒng)參數(shù)，在彈出的對(duì)話框中單擊\＜LOCAl＞前面的＋，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索出本地所有的OPC服務(wù)器，單擊S7200.OPCServer，然后單擊瀏覽服務(wù)器，在彈出的對(duì)話框中單擊下一步，這時(shí)會(huì)彈出S7200OPC服務(wù)器項(xiàng)目，單擊S7200.OPCServer前面的+，單擊彈出的MicroWin前面的+，之后在單擊彈出的PLC1會(huì)在窗口右邊出現(xiàn)OPC服務(wù)器的全部變量，選擇所需要的變量單擊窗口下面的添加條目，如果沒有建立OPC變量的邏輯連接會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，單擊是系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立連接并命名為S7200_OPCServer，單擊確定完成OPC客戶端的創(chuàng)建。

3.2 S7-200PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)

下面以刀具庫選刀實(shí)驗(yàn)為例說明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的具體開發(fā)過程。

3.2.1 編寫PLC控制程序

刀具庫選刀實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)要求是對(duì)6把刀選取，按下刀具庫擴(kuò)展模塊上的按鈕N轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)的刀具N，其中1≤N≤6。所以I/O地址分配如表1所示，PLC控制程序如圖4所示。

表1 刀具庫選刀實(shí)驗(yàn)I/O地址分配表

圖4 刀具庫選刀PLC程序

3.2.2 組態(tài)畫面

打開WinCC圖形編輯器，首先需要建立6把刀的模型，所有模型均在對(duì)象管理器或圖形庫中選擇。同時(shí)需要一個(gè)返回到主畫面的按鈕，因?yàn)榇嗽囼?yàn)系統(tǒng)每做完一個(gè)實(shí)驗(yàn)都要返回到主畫面再進(jìn)行其它實(shí)驗(yàn)。然后再添加6個(gè)靜態(tài)文本和6個(gè)輸入輸出域作為刀具的編號(hào)和選擇刀具號(hào)的輸出，組態(tài)完的刀具庫圖形窗口如圖5所示。

圖5 刀具庫選刀實(shí)驗(yàn)組態(tài)畫面

3.2.3 對(duì)畫面添加動(dòng)態(tài)

對(duì)畫面添加動(dòng)態(tài)首先要做兩點(diǎn)分析：第一點(diǎn)是對(duì)動(dòng)態(tài)要求的分析，它決定了我們要對(duì)畫面中的圖形組態(tài)什么樣的動(dòng)態(tài)；第二點(diǎn)是對(duì)PLC控制程序的分析，它決定組態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)所要連接的是那個(gè)變量。

刀具庫實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)要求是在刀具庫實(shí)驗(yàn)?zāi)K上按選刀按鈕N，組態(tài)畫面上對(duì)應(yīng)的刀具編號(hào)前面顯示N，所選的刀具變?yōu)辄S色并且向前伸出與1號(hào)刀同列。在PLC的控制程序中將刀具的編號(hào)存儲(chǔ)在VW0中，VW0就是傳遞參數(shù)的變量。經(jīng)過上述分析應(yīng)對(duì)畫面中的輸入輸出域的輸出值以及刀具顏色刀具X值，刀具夾緊件的X值進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接，連接變量都為VW0。對(duì)與1號(hào)刀具有關(guān)的對(duì)象設(shè)置如圖6所示。其它刀具的動(dòng)態(tài)設(shè)置與其類同。

3.2.4 激活WinCC并運(yùn)行PLC測試組態(tài)畫面

將PLC程序下載到PLC并將刀具庫實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接好，點(diǎn)擊WinCC的運(yùn)行按鈕并將PLC的開關(guān)撥到RUN位置。組態(tài)軟件運(yùn)行后進(jìn)入主畫面如圖7所示，刀具庫實(shí)驗(yàn)效果如圖8所示。

圖6 與1號(hào)刀具相關(guān)對(duì)象相關(guān)屬性設(shè)置

圖7 S7-200實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主畫面

圖8 刀具庫選刀實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效果圖

4 結(jié)論

通過OPC技術(shù)和WinCC組態(tài)軟件開發(fā)了S7-200實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成對(duì)交通燈、混料罐等16個(gè)實(shí)驗(yàn)的監(jiān)控，實(shí)時(shí)的反映了實(shí)驗(yàn)過程中各種變量的變化情況，實(shí)驗(yàn)效果良好。目前已經(jīng)應(yīng)用到我院本科生及研究生的學(xué)習(xí)并取得了良好的效果。

[1] 李劍.西門子PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信問題的研究[D].天津大學(xué),2007.

[2] 趙文剛,劉進(jìn).基于WinCC6.0及S7-200PLC的材料分揀監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].PLC、工控機(jī)與集散控制系統(tǒng),2009,8.

[3] 穆剛,段智敏.OPC技術(shù)在小型立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2006,12.

[4] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2005.