組態(tài)軟件WinCC 在自動(dòng)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(duì)生產(chǎn)自動(dòng)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(jī)通信的組態(tài)軟件，能夠生成可視化界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及報(bào)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(gè)方便可靠、開放性好、功能強(qiáng)大的軟件平臺(tái)[1-2]。本文結(jié)合某廠手機(jī)揚(yáng)聲器生產(chǎn)線自動(dòng)化建設(shè)項(xiàng)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(jì)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(jī)、專業(yè)工控機(jī)和若干網(wǎng)線；軟件方面，工控機(jī)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(jī)和通過交換機(jī)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(duì)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和處理。具體包括：實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行情況和產(chǎn)品的投入數(shù)、產(chǎn)出數(shù)、合格率；實(shí)時(shí)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(shí)候能夠自動(dòng)報(bào)警。

（3）系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：此生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集應(yīng)具有實(shí)時(shí)性和一定的開放性，且易于安裝、操作方便和運(yùn)行可靠。如圖1 所示，客戶機(jī)安裝WinCC 并連接生產(chǎn)線上所有的PLC，讀取運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用WinCC 的SQL 數(shù)據(jù)庫暫時(shí)存儲(chǔ)，并對(duì)線體的運(yùn)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(yùn)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(jì)：PLC 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間、機(jī)器報(bào)警、機(jī)器產(chǎn)能。

① 運(yùn)行狀態(tài)有待料、運(yùn)行、滿杯、報(bào)警和停機(jī)，機(jī)器運(yùn)行統(tǒng)計(jì)如圖2 所示。

② 機(jī)器報(bào)警包括機(jī)構(gòu)類、測(cè)試類和提示類報(bào)警。報(bào)警通常是因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)或者在某些數(shù)據(jù)上傳的時(shí)候發(fā)生了數(shù)據(jù)丟失等，導(dǎo)致機(jī)器在運(yùn)行時(shí)突然停機(jī)。機(jī)器一旦出現(xiàn)問題就會(huì)把報(bào)警信號(hào)傳送給PLC，PLC 會(huì)統(tǒng)計(jì)報(bào)警時(shí)間和次數(shù)。報(bào)警顯示如圖3 所示。只要報(bào)警接通，即為報(bào)警一次。報(bào)警時(shí)間會(huì)一直統(tǒng)計(jì)，直到按下復(fù)位鍵。

③ 產(chǎn)品的產(chǎn)能，是在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)投入和產(chǎn)出的數(shù)量。據(jù)此可知道某個(gè)時(shí)間段的良率，進(jìn)一步可判斷各機(jī)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(jì)投入數(shù)時(shí)，以進(jìn)料口有料然后伺服搬運(yùn)一次為進(jìn)料一個(gè)產(chǎn)品。統(tǒng)計(jì)產(chǎn)出數(shù)時(shí)，可按最后一個(gè)工位的合格數(shù)來計(jì)算產(chǎn)出數(shù)；也可先計(jì)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(jì)

（1）WinCC 的連接設(shè)置：WinCC 與PLC 的通信是通過過程總線來實(shí)現(xiàn)的。WinCC 新建文件后在變量管理添加驅(qū)動(dòng)時(shí)，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(duì)應(yīng)的過程驅(qū)動(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)在特定的通信驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序中的Potwer Tags 決定。PLC的每個(gè)數(shù)據(jù)都由一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器來存儲(chǔ)。具體PLC鏈接如圖6 所示。

圖2 運(yùn)行統(tǒng)計(jì) Fig.2 Operational statistics

創(chuàng)建變量時(shí)，還需定義數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型將取決于使用時(shí)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(yùn)算，因此大部分?jǐn)?shù)據(jù)選擇16 位。變量對(duì)應(yīng)表如圖7 所示。在連接時(shí)，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(duì)應(yīng)。

圖3 報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)控畫面：WinCC 會(huì)隨著各站的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、報(bào)警統(tǒng)計(jì)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(yùn)行、報(bào)警次數(shù)、產(chǎn)能變化、投入數(shù)和產(chǎn)出數(shù)等。

② 運(yùn)行狀態(tài)界面：運(yùn)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(duì)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(duì)應(yīng)情況。這樣就能清楚地知道各站的運(yùn)行狀態(tài)，如圖9 所示。

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

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

圖9 運(yùn)行狀態(tài) Fig. 9 Running state

③ 產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)的實(shí)時(shí)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(shì)。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(hào)就用靜態(tài)文本寫，百分比數(shù)用腳本寫。產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)如圖10 所示。

④ 產(chǎn)能趨勢(shì)界面：產(chǎn)能趨勢(shì)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(shì)能清晰地反映出各個(gè)時(shí)間段的產(chǎn)能，便于分析較易發(fā)生故障的時(shí)間段。

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

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

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

圖12 報(bào)警統(tǒng)計(jì) 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(shí)時(shí)監(jiān)控畫面。Web 發(fā)布是利用虛擬站點(diǎn)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(gè)站點(diǎn)，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(jī)揚(yáng)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(yùn)行，達(dá)到了很好的效果，使生產(chǎn)線的運(yùn)行信息能夠得到了及時(shí)的反饋和有效的分析，提高了生產(chǎn)線運(yùn)行的可靠性和設(shè)備的管理水平，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。其功能完善、運(yùn)行可靠，具有較高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,如何更好地實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的操作簡單、安全可靠、維護(hù)方便等強(qiáng)大功能將會(huì)是一個(gè)重要的研究課題。