基于WinCC的交流電機調速監控界面研究

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的軟件系統，是結合西門子在過程自動化領域中的先進技術和微機軟件的強大功能的產物，是世界上第一個集成的人機界面（HMI）軟件系統[1]。它真實地將工廠控制軟件集成到自動化過程中，以交流電機調速的控制系統為對象，利用WinCC創建動態人機監控界面，實現過程監控。

1 WinCC系統介紹

WinCC是西門子公司的一款組態軟件，主要用于配合PLC作為上位機的人機界面程序的開發。WinCC完全支持分布式系統結構，有廣泛的通訊接口，能和所有主要廠商的PLC進行通訊，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（通訊開發工具）與WinCC通訊。WinCC在生產和過程自動化中皆可視化，以確保更有效的生產過程。它提供了適用于工業的圖形顯示、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，以及功能強大的CScript和VBScript，使其具有高度的實用性。

2 WinCC組態軟件設計結構

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

圖1 WinCC組態界面結構Fig.1 Interfacial structure of WinCC

3 使用WinCC組態過程控制

無論是小規模簡單的過程控制和監控應用，還是復雜的應用，WinCC都可以生成漂亮的人機界面，保證生產過程的安全，使操作員能夠優化生產過程。以下實現以一個標簽監控交流電機調速，并在監控畫面上模擬現場運行情況。在WinCC變量管理器中建立相應的驅動器連接，定義用于訪問PLC的過程變量[2]。在圖形編輯器中利用系統提供的各種圖形庫制作生產監控畫面，并將變量標簽與每個對象連接，也就相當于畫面中各個對象與現場設備相連，從而可在液晶畫面上監視、控制現場設備。

3.1 組態過程畫面

畫面對象代表過程控件，利用圖形編輯器編輯監控畫面，并將其中的對象與相應變量建立動態連接。WinCC基本對象庫里有OLE控件、按鈕、滾動條、應用窗口等，圖形庫里有特殊的圖形對象，如水箱、電機、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控畫面。為激活對象必須為對象連接相應的變量，變量代表的是來自實際過程的值，如傳送系統中的電機轉速；變量也可以同時連接到多個對象，如數據輸出窗口和棒圖表格。WinCC可以為任一對象的任一屬性或發生的任一事件提供動態描述。其實現方法有：直接與標簽鏈接、動態對話框、直接鏈接及C語言編程方式[3]。

本文實現了當按下“起停”和“換向”按鈕時，電機根據設置，顏色發生相應的動態變化；拖動速度滑塊，電機的速度會隨之改變，電機的I/O域和控件的數值也會同步更新，也可以直接在I/O域中輸入值來改變電機的速度；當電機的負載發生變化時，電機的I/O域和控件的指針也會隨之改變。

3.2 組態報警畫面

在HMI系統中，顯示當前過程狀態具有重要意義，而在過程異常時產生報警也同樣重要。WinCC可以設置變量的離散量報警和模擬量報警。離散量報警是根據變量的指定位被置位后而產生相應的報警信息，可用于對開關量的判斷。模擬量報警對變量的極限值進行監測：如果變量值高于指定的上限值或指定的另一變量的當前值，則產生上限報警；如果變量值低于指定的下限值或指定的另一變量的當前值，則產生下限報警[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控畫面上或由打印機輸出。操作員可根據報警信息快速找到故障原因并進行修正[5]。

本文中當“起停”按鈕選擇停止時產生離散量報警，當電機速度大于某一設定值時產生模擬量報警。

3.3 組態趨勢畫面

無論是操作員調節PID回路，分析電機電流，還是瀏覽以前的生產數據，WinCC都能以趨勢的形式顯示相關操作信息。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，用于操作員調節畫面大小，瀏覽歷史數據和改變顯示比例。如圖2對所監視的變量“電機速度”、“RAM”和“CPU_UTIL”都能以動態的曲線顯示趨勢，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生異常的畫面。

圖2 趨勢畫面Fig.2 Chart of trend

3.4 組態歸檔畫面

記錄生產和過程信息，對于分析系統運行狀態和終端產品質量具有重要意義[6]。WinCC用變量記錄編輯器來創建歸檔消息，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 組態導航畫面

本設計實現的是在創建的一個主畫面中，組態實現不同過程畫面之間的切換，如圖4所示。

圖4 導航畫面Fig.4 Chart of navigation

3.6 現場調試

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

4 結束語

在工業過程監控系統中運用WinCC監控組態軟件具有明顯優越性，不但可以簡化上位機與PLC的通訊，而且根據實際需要設置監控對象，通過監控界面直觀動態顯示，控制過程清晰明確，能準確把握系統當前的各種運行狀況，簡化操作，提高了系統監控能力，從而保證系統運行的安全性。

[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）有限公司自動化驅動集團，1999.

[5]劉華平，李文山，甘勤濤.基于WinCC V6自動化倉庫信息監控系統設計[J].微計算機信息，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，杜靜娟，齊利曉，等.基于工業組態軟件WinCC的化工工業監控系統[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.