基于西門子PLC的遠程實驗平臺建立與實現

孫 蓉，呂淑平，蘇 麗，于 鑫，李 冰

（哈爾濱工程大學 自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

創建“沒有圍墻的大學”和基于網絡的遠程實驗室，是少投入、多產出、資源共享的一種全新的辦學理念，是高校未來發展的趨勢。遠程實驗室是信息時代的產物，它可以作為傳統實驗室的完善和補充，兩者互有優勢，互為補充，相輔相成。本文利用實驗室的現有條件，開發了基于西門子PLC電梯設備的遠程實驗平臺軟件，有效地減輕了實驗教學的壓力，使學生可以在實驗室以外遠程下載和調試程序[1]。

1 實現方案

首先，利用多任務、多平臺、實時性好、開放性好的集成軟件包WinCC（Windows control center，視窗控制中心）完成界面設計。WinCC所包含的圖形化工具，允許用戶快速、直觀地建立面向過程的實時窗口，使用戶能夠快速、簡單地生成容易操作和理解的界面，并在運行和組態環境之間快速完成被修改界面的測試而不影響數據采集。然后，結合Windows系統的遠程登錄功能實現對PLC系統的遠程監控，使得學生可以不在實驗室下載、調試程序[2－3]。

1.1 建立通信

在工業通信環境中，WinCC以變量和過程值的形式進行信息交換。為了采集過程值，WinCC通信驅動程序發送任務消息給AS，然后AS把相應的包含有所請求的過程值的回復消息發送給WinCC。本系統中，PLC之間、PLC與上位機之間的數據通信是通過MPI多點接口進行的，數據通信原理如圖1所示。

本系統中使用的PLC是Siemens的CPU315-2，在變量管理器中應為其添加相應的通信驅動程序（SIMATIC S7Protocol Suite.chn）。因為上位機是通過CP5611卡與PLC進行通信，使用的是MPI通信方式，故應選擇MPI通道單元，并配置系統參數，其邏輯設備名稱設置為CP6511（MPI）[4]。配置好系統參數后，即可新建一個驅動程序連接，在驅動程序連接的屬性中設置相應的PLC站地址。在本系統中，2個項目的連接設置除了站地址不同外，其余設置相同[1]。

圖1 數據通信原理

1.2 建立項目

（1）啟動 WinCC，單擊“開始”＞SIMSATIC ＞WinCC＞ Windows Control Center 6.0選單（菜單）項。

（2）建立一個新項目。打開WinCC資源管理器，在文件菜單下選擇“新建”，新建一個 WinCC項目，項目名稱為“遠程實驗室”。首次運行 WinCC時，選擇建立新項目的類型——單用戶項目。

1.3 組態變量

1.3.1 添加邏輯連接

若要使用WinCC來訪問自動化系統（PLC）的當前過程值，則在WinCC與自動呼梯系統間必須組態一個通信連接[5]。

首先，添加一個通信驅動程序，選擇瀏覽窗口中的“變量管理”，在快捷菜單中選擇“添加新的驅動程序”，在“添加新的驅動程序”對話框中，選擇驅動程序SIMATIC S7Protocol Suite.chn，并單擊“打開”按鈕，所選擇的驅動程序將顯示在變量管理的子目錄下。

然后，單擊所顯示的驅動程序前面的“＋”，右擊MPI通道單元，在快捷菜單中選擇“新驅動程序的連接”菜單項。在隨后打開的“連接屬性”對話框中輸入邏輯連接名PLC，單擊“確定”按鈕，如圖2所示。

1.3.2 建立過程變量

單擊“變量管理”＞SIMATIC S7PROTOCOL SUITE＞ MPI前面的“＋”，展開各節點，右擊出現的節點“PLC”，在快捷菜單中選擇“新建變量”菜單項，如圖3所示。

圖2 建立新的連接

圖3 建立新變量

在“變量屬性”對話框中給變量命名，選擇數據類型并為過程變量分配一個PLC中的對應地址，地址類型與通信對象相關。在地址域旁邊的“選擇”按鈕，打開“地址屬性”對話框，選擇數據列表框中過程變量所對應的存儲區域，并選擇詳細地址信息。

1.4 建立過程界面

在此過程中，利用WinCC的圖形編輯器編輯監控界面，并將其中的對象與相應的標簽建立動態連接。

利用系統提供的組件，建立所需的人機界面：初始界面和監控界面。右擊WinCC資源管理器的圖形編輯器，從快捷菜單中選擇“新建界面”菜單項，創建一個名為“監控界面.pdl”的界面，并顯示在WinCC資源管理器的右邊窗口中。雙擊界面名稱“監控界面.pdl”，打開圖形編輯器編輯界面。在圖形編輯器右側的對象選項板中選擇圓形、矩形工具，在繪圖區繪制圖形[6]，如圖4所示。

監控圖形按電梯硬件結構由電梯主體（包括轎廂、門廳按鈕、顯示單元）和轎廂內按鈕面板組成。

圖4 圖形編輯器

其中，電梯主體部分將5層電梯的各層門廳集中在一起顯示。如真實電梯一樣，每層門廳都有一扇電梯門、門廳外呼梯的上下行按鈕（內置顯示燈）、用于樓層顯示的數碼管及顯示電梯上下行的箭頭指示燈。為方便起見，將轎廂內按鈕面板單畫在旁邊，其上主要是一層—五層的內呼按鈕、開關門按鈕及運行檢修指示燈[7]。

1.5 改變界面對象的屬性和事件

為了使界面內的各對象能夠監視及控制實際電梯的運動情況，要改變界面中的各個對象的屬性和事件。

對象屬性的動態化，可通過改變對象的顏色屬性，來顯示電梯各部分的狀態及電梯各指示燈的亮與滅。

如組態電梯一層外呼按鈕：右擊該按鈕，打開“對象屬性”窗口，在屬性選項卡中選擇顏色屬性。選擇右邊的數據窗口中屬性列的“背景顏色”，右擊動態列的白色燈泡，在彈出的窗口中選擇動態對話框，設置“表達式／公式”為“電梯一層上外呼顯示”，如圖5所示。數據類型選擇“布爾型”；設置有效范圍欄“是／真”一行的背景顏色為黃色；單擊事件名稱行后面的按鈕，打開改變觸發器窗口，將變量電梯一層上外呼顯示的標準周期改為“根據變化”，完成動態設置[8]。

對電梯一層外呼按鈕進行如下設置：右擊該按鈕，打開對象屬性窗口，選擇事件欄的鼠標選項，右擊右側窗口中的“按左鍵”，從彈出窗口中選擇“直接連接”設置“源”為常數“1”，“目標”為變量“電梯一層上外呼叫”，此時激活界面，用鼠標左擊界面上的電梯一層按鈕，實際電梯一層按鈕燈會亮，說明該按鈕已經按下，同時界面中的按鈕顯示黃色，至此該按鈕組態完成[9]。

1.6 激活WinCC界面

通過以上方法，逐一組態各個對象，最終完成整個監控界面的設計。電梯運行時可激活監控界面，對實際電梯模型進行基本控制，通過Windows的遠程桌面在客戶端登錄，便可以在實驗室的外面也可以實現對PLC設備的控制和調試。

圖5 選擇變量窗口

2 實驗平臺的應用

本虛擬實驗教學平臺以 WinCC為主要載體，通過微軟的遠程桌面連接可實現遠程編程、下載、監控和調試[10]。

首先，在實驗機上右擊我的電腦—屬性—遠程—遠程桌面，勾選“允許用戶遠程連接到此計算機”，確定后即可在實驗機上登錄了；其次，在客戶機上打開“開始—所有程序—附件—遠程桌面連接”[11]，如圖6所示。

圖6 打開遠程桌面連接

在打開的對話框中點擊“選項”，計算機上填入要登錄的主機的IP地址，并輸入設置的用戶名和密碼，在“高級”選項中設置網絡類型來優化設置，然后點擊“連接”即可。

接著，在WinCC界面中打開STEP7編輯程序，與正常的STEP編程、程序的使用方法相同。

用戶可通過WinCC界面監控呼梯登記、轎廂運行和樓層顯示等電梯模型的工作情況，完成實驗的操作與調試[12－13]。

3 結束語

基于西門子PLC的遠程實驗教學平臺，通過WinCC實現對PLC系統的遠程程序下載和調試，界面友好、操作易學。本文只給出了對于遠程西門子PLC電梯實驗教學平臺的實現方法，實際上可以利用相同方法設計其他基于PLC的遠程實驗平臺。

（References）

[1]李冰，鄭秀麗，孫蓉，等.可編程控制器原理及應用實例[M].北京：中國電力出版社，2011.

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

[3]彭利標，徐耀生，王芯.可編程序控制器原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[4]柴瑞娟，陳海霞.西門子PLC編程技術及工程應用[M].北京：機械工業出版社，2006.

[5]李軍.WinCC組態技巧與技術問答[M].北京：機械工業出版社，2011.

[6]吳啟迪.面向職業教育的遠程實訓平臺建構與應用[M].上海：同濟大學出版社，2011.

[7]劉美俊.西門子PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2011.

[8]朱春東，魏浡，戴太亮，等.組態仿真控制技術在PLC教學中的應用[J].教育教學論壇，2012（19）：39-40.

[9]李萬軍.基于西門子PLC一體化實驗平臺的開發與設計[J].工業控制計算機，2011（9）：84-85.

[10]郭西進，任良才，耿乙文.PLC綜合實訓平臺的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2011，30（6）：162-165.

[11]Su Jian.The Emulation Debugging System of PLC Based on Serial Communication Technique[J].Process Automation Instrumentation，2006（12）：43-45.

[12]吳作明，杜明星.深入淺出西門子STEP7[M].北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[13]李曉波，郭艷萍.基于組態技術的PLC教學實驗平臺開發[J].漯河職業技術學院學報，2009（2）：12-13.