基于WinCC的混凝土構件生產管理系統設計與實現

姚揚鳳，王恒剛，裘建義

（浙江精功科技股份有限公司，浙江 紹興 312030）

0 引言

混凝土預制構件現已廣泛應用于新型裝配式建筑領域，符合現如今節能降耗要求，是未來的發展趨勢。它具有低碳、綠色、環保的發展方向[1]。

混凝土預制構件的生產線存在工位布局零散，生產時間長，生產工序多，模臺數量多等復雜工況，導致生產管理困難，產品質量偏低，不利于大批量生產，因而對生產過程的系統化管理，提出了強烈需求。

西門子WinCC提供完備的監控與數據采集（SCADA）功能，具有良好的開放性和靈活性[2]。但系統提供的單一變量歸檔或簡單報表往往不能滿足設備生產線中的實際需要，特別在PC混凝土預置構件這種大型生產線中，非常需要具有多位置操作，多用戶管理，而又具有統一背景數據庫的控制系統。針對上述需求，本文提出基于WINCC的PC混凝土構件生產管理系統，包括系統構建與現場操作、生產訂單管理與記錄、生產報表與報警系統等。

1 設計結構與監控畫面

1.1 系統架構

從功能上，系統結構從上到下可以分為：管理級、控制級、現場級[3]；從通信拓撲上，系統分為：上位機PC間的以太網協議的信息局域網、現場設備間的ProfiNet協議的工業通信網。信息局域網和現場通信網分別設置為兩個獨立的網絡，使PC間的高帶寬要求和工業現場的高實時性要求互不干涉，在上位機發生異常中斷的情況下，PLC可以獨立于上位機實現對現場設備的正?？刂?。工業通信網為整條生產線的基本運行保證，包括西門子S7-1500系列PLC，遠程分布式IO從站，布料機工業IPC，西門子Smart200PLC，變頻器等現場設備及ProfiNet網絡。信息局域網的組成包括控制現場的服務器、客戶機、工藝技術部客戶機、布料機PC和WinCC系統及SQL數據庫等。

1.2 通訊

WinCC與西門子S7-1500 PLC的通訊，通過在WinCC中添加相應的驅動程序實現。與西門子Smart200PLC的通訊，由于西門子S7協議集通訊驅動中沒有支持Smart 200的驅動，因此通過使用PC Access或SIMATIC NET建立OPC通道來實現。

WinCC與Windows文件交互。WinCC集成了VB-Script和C-Script腳本語言，可以編寫適用于用戶現場需要的動作或腳本文件，進行數據的記錄與存儲[4]。

例如，本系統通過對文件夾存在性的檢測，判斷網絡通信質量：

1.3 畫面組態設計

根據設備現場功能需求的分解，運用WinCC圖形編輯器功能和PhotoShop/Illustrator等圖形處理軟件，所有功能子畫面的人機交互都是三維圖形，與現場實際布置一一對應，顯示清晰直觀。

根據現場需求分析，本系統設計的主要典型界面有：輥道實時顯示畫面、橫移小車界面、儲料輸送界面、布料機監控界面、密實/桿平界面、抹平機界面、垛架機界面、固化室界面、傾斜出料界面。

2 生產管理系統

整線的生產管理系統基于上述的拓撲架構和多臺計算機組成客戶機/服務器架構的多用戶系統，利用WinCC的用戶歸檔、報表功能和全局腳本技術，綜合運用Windows文件管理功能實現。

2.1 用戶歸檔

用戶歸檔（User Archive）是WinCC的重要選件，用于存儲WinCC集成數據庫中自由結構的數據記錄。用戶歸檔將SQL Server進行封裝，可以連續保存來自生產過程的數據，也可以將配方或設定值數據打包發送給自動化系統，可以通過以下兩種方式訪問用戶歸檔數據庫。

2.1.1 使用ADO/OLE-DB 訪問用戶歸檔

OLE-DB是一種快速訪問不同數據的開放性標準，建立在COM和DCOM基礎上，可以訪問關系型數據庫或非關系型數據庫。

建立連接：

數據操作：

用標準的SQL語句即可對數據庫讀值、寫值、插入一個數據集、刪除一個數據集的操作。例如系統中刪除空閑模臺的數據集——“DELETE FROM UA#UA_FreeMold”

2.1.2 使用用戶歸檔控制變量

WinCC提供了利用用戶歸檔控制變量訪問數據庫的較完善的功能，編寫腳本程序時只需要基本的數據庫知識，通過對用戶歸檔控制變量的讀寫即可輕松觸發用戶歸檔或修改歸檔數據[5]。

2.2 生產管理工藝流程分析

PC混凝土構件生產線的生產流程一般包括：模臺的清洗與就位、工作人員根據圖紙放置邊模和鋼筋網、布料機根據圖紙自動撒布混凝土料、高頻振動的密實設備、桿平與抹平、立體庫房的蒸汽養護、傾斜翻轉吊裝。這幾個過程是互相連續、相互配合的，所有的模臺位置都必須被準確獲知，且每一位置的停留時間都需要記錄，以防止空模臺閑置或混凝土固化時間失控。

步驟1：技術部門從共享目錄的空閑資源文件夾中復制系統生成的可用空閑模臺文件（EXCEL格式）。

步驟2：技術人員按格式填寫后提交計劃單文件和圖紙文件。

步驟3：控制系統自動定時掃描訂單文件，將訂單信息和空閑模臺歸檔記錄到WinCC后臺數據庫，刷新顯示畫面中的訂單信息。

步驟4：實際模臺到達布料機設備后，布料機通過數據傳輸網絡，從訂單中讀取訂單要求和圖紙文件，經人工確認后，進入全自動布料作業。

步驟5：布料完成后，將布料結果（如混凝土用量，生產時間等）存入相應模臺號對應的布料數據文件。

步驟6：在垛架機設備的服務器工控機中，通過數據傳輸網絡，用戶可以實時查詢各模臺號的位置、各模臺上已布置的構件號，可顯示已下訂單情況和空閑模臺信息。

步驟7：系統支持EXCEL文檔輸出和報表打印功能?？梢暂敵龅膱蟊戆ǎ耗Ｅ_信息統計表，訂單計劃表，空閑資源表、生產記錄表。

在中控室的客戶機PC中，通過服務器的同步數據，實時顯示訂單下達情況和允許下單的模臺編號，根據控制器給出的歸檔信號，對當前的生產數據作歸檔，同時，支持人工手動記錄歸檔。生產記錄歸檔提供表格輸出、多條件限制查詢、歷史趨勢圖追溯等多種交互接口。此外，為確保訂單管理的可靠與高效，系統還提供以下技術功能：模臺管理、用戶功能權限的分配、系統診斷、消息報警等[6]。

3 結語

本論文在分析PC混凝土構件生產線的生產流程的基礎上，合理選擇系統的拓撲結構，利用WinCC用戶歸檔和腳本系統的優勢，提出了一種適合混凝土構件生產的訂單及生產管理系統。該系統不僅僅面向現場設備操作人員，更能為生產管理者提供強有力的數據分析匯總、生產任務調度。具有以下特點：

界面友好。軟件界面基本上都是三維圖形，監視參數與設備運行狀態一目了然，對生產狀態可以畫出實時曲線，具有豐富的報警設置，協助管理人員及時發現問題，防止事故發生。

實用性好。自動實時監視各主要生產環節的運行情況，包括主要設備的運轉情況，生產管理人員在辦公室就可了解到各車間的生產狀況，便于及時準確地指揮生產。

任務調度方便。生產線允許在設備現場、中控室、工藝技術部門多位置多用戶操作，各操作點使用服務器同一數據庫，保證生產數據的一致性，方便管理人員即時了解生產過程。

本文所述的系統已成功應用于我司相應設備中，對于提高PC混凝土設備生產線的生產管理水平、減輕生產管理人員的勞動強度，提供對在線模臺的監控和下線產品的追溯，是一種較好地解決方案。

該方法的缺點是生產過程的分析只能采用報表和趨勢圖，無法實現餅圖、柱狀圖等的多樣化分析。