现代化工工业最注重的是工艺及操作的稳定安全, 因此对生产实时数据进行记录监控, 从而发现实时生产的问题变得尤为重要。目前大多工厂控制系统主要由两种品牌的PLC (三菱的A系列, 西门子的S7-300, S7-400) 及日本横河的无纸记录仪 (DX200) 组成。三菱PLC单独运行;1个s7-400, 由一个主站和4个ET200M站组成;2个s7-300均由一个主机架和一个扩展机架组成;还有五个MP370屏分别显示几个车间的实时数据。其中6个横河无纸记录仪独立运行。
1 系统构成
Win CC是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。Win CC提供所有主要PLC系统的通信通道, 并集成了Sybase SQL Anywhere标准数据库, 使得所有面向列表的组态数据和过程数据均存储在Win CC数据库中, 可以使用标准查询语言 (SQL) 或使用ODBC (Open Data Base Connectivity) 驱动访问Win CC数据库。
Win CC具有强大的标准接口, 建立了DDE (Dynamic Data Exchange) 、OLE (Object Link and Embed) 、OPC (OLE For process Control) 等在Windows程序间交换数据的标准接口, 能够集成Active X控制和OPC服务器、客户端功能。
2 系统的实现
2.1 硬件构成
WINCC上位机选用研华工控机 (IPC-610L, 1GHZ, 250G硬盘带刻录DVD) , 为了和原有的PROFIBUS-DP总线相连接, 在工控机安装西门子CP5613卡 (型号6GK1561-3AA01) 1块;考虑到其中一个西门子PLC站较远, 增加一个西门子中继器 (型号6ES7-972-0AA02-0XA0) ;另外三菱PLC A2USH安装1个以太网卡 (型号A1SJ71E71-B5) , 考虑到记录仪比较分散和距离, 中间加装2个有源hub (TPLINK型号TL-SF1008S) ;所有DP总线均采用西门子原装通讯电缆 (6XV1830-0EH10) , 所有以太网线均采用国内知名品牌超五类线。
2.2 软件安装
需要依次安装以下程序:安装win2000系统同时加装补丁SP2;安装step7 v5.4并加装Simatic net;安装WINCC V6.0 (首先要安装SQL FOR WINCC 6.0, 再安装“消息列队服务”, 再接着才安装WINCC V6.0, 填入序列号, 最后安装好授权) ;最后安装横河无纸记录仪DAQ OPC驱动, 三菱以太网通讯MELSEC OPC驱动。
2.3 工业以太网络构建的过程
2.3.1 基于三菱PLC的10Base-5以太网结构
(1) PLC通信模式及协议
E71模块支持3种数据通信方式:握手方式、请求方式、用其他节点的请求直接读写方式。前两种数据通信方式均需通信编程, 且复杂。第3种方式中, PLC为服务器端, 不需要进行通信编程, 由上位机向PLC发送通信请求命令, 包括写入命令和读出命令。
(2) PLC通信程序的设计
先对PLC以太网模块需要进行初始化设置, 然后打开数据数据信道以侦听并接受客户端的请求, 用E71的第三种通讯方式, 由管理WINCC OPC SERVER来进行数据的读写, PLC被动响应, 当通讯完成后, 客户端关闭SOCKET连接, PLC也关闭相应的信道使两者同步。
(3) 在MELSEC OPC SERVER设定
打开上位机上的DEVICEXPLORE MELSEC OPC SERVER, 添加通讯设备, 选择通讯口为ETHERNE, 远端PLC型号为An N, 直接连到服务器的PC号为255。再编辑以太网通讯端口参数, 通讯协议选为TCP/IP。然后在通讯变量表中, 添加所要采集的变量地址, 地址对应于PLC中的存储器地址, 进入权限设为只读。
(4) 三菱PLC数据在WINCC历史服务器的组态
再在WINCC的变量中, 添加OPC GROUP, 添加TAKEBI-SHI MESEL_1, 依次添加DEVICEXPLORE MELSEC OPC SERV-ER中的变量, 最后在WINCC变量记录中添加需要历史曲线的变量, 利用软件的归档向导添加需要历史趋势记录的变量
2.3.2 基于横河无纸记录仪DX200 (以下简称DX200) e-5以太网结构
(1) DX200的以太网设定
进入DX200记录仪的设定界面, 设定本机的IP地址和子网掩码, 内存输出设为以太网。
(2) DAQOPC CONFIGURATOR设定
打开DAQOPC CONFIGURATOR, 选中所连接的记录仪型号为DX200, 设定端口为ETHERNET, 并且填写对应IP地址, 将所有的记录仪的都设定好。
(3) 横河无纸记录仪数据在WINCC历史服务器的组态
在OPC组里添加新驱动起名reorders, 选择Yokogawa.Exaopc DADDAQ OPC, 添加每个记录仪至recorders下, 每个记录仪单独成组。然后在每个记录仪组下面添加变量, 每个变量对应各自的记录仪设备编号及通道号, 最后在WINCC的变量记录表里再次添加这些变量。
2.4 基于西门子PLC的PROFIBUS-DP总线网络的建立
(1) PROFIBUS-DP总线网络硬件的连接
用西门子标准DP电缆将所有的PLC (所有CPU均为2DP) 通过BUS连接器连接, 并在最后一终端连在WINNCC上位机上的CP5613卡上, 并将两端的BUS连接器终端电阻拨至on。
(2) PROFIBUS-DP总线网络站点设定
设定每个CPU上的通讯速率为同一速率 (我们考虑距离较远和干扰问题, 设置为187.5kb/s) , 并且设置每个DP的站号均为0-125之间的为唯一的编号。
(3) PROFIBUS-DP总线网络在WINCC上的组态
在WINCC变量管理中的S7 PROTOCOL SUITE菜单下PROFIBUS中添加变量组 (分别对应于3个PLC) , 在分别添加变量, 最后在变量记录表的归档数据里再次添加变量表里的这些变量。
2.5 WINCC历史趋势的画面组态
在Win CC资源管理器的图形编辑器中, 创建并打开一个新的画面, 在对象选项板中, 选择“控件”标签, 再选择“Win CC Online Trend Control”控件, 用鼠标将其拖到文件窗口, 调到期望的大小;通过键盘选择文件窗口中的“Win CC Online Trend Control”控件, 并按回车键;在弹出的对话框中, 右击选择“组态对话框”。一个一个添加归档变量, 将每个区域的变量放在一张画面里, 便于查询。最后将每个区域的变量放在各自画面后, 运行WINCC, 各个生产数据的实时数据都被记录下来, 并作为历史趋势显示, 并可以按照时间有选择的查询相应的历史数据变化。
摘要：化工厂中, 通常有多个品牌PLC、记录仪和WINCC上位机设备, 本文对多个不同品牌的PLC、记录仪和WINCC上位机之间的通讯系统的构成及组态实现进行了讨论, 并对使用组态软件WINCC的过程中的关键问题的应用进行了研究。
关键词：WINCC,PLC,记录仪,以太网,组态
参考文献
[1] Programmable controller MELESEC-A user’s manual, Mit-subishielectric corporation Japan 1995.8
[2] Siemens自动化驱动集团, 深入浅出西门子WINCC V6, 北京:北京航空航天大学出版社:2003
[3] DAQSTATION DX100 User’s Manual, Yokogawa electriccorporation Japan 6thedition
[4] Devicexplorer OPC Client Sample Guide (users’Manual re-vision) F Takebishi Corporation, 2006.