WinCC在往复式压缩机过程监控中的应用
2006/1/14 21:43:00
摘要：
WinCC(Windows Control Center，窗口控制中心)是西门子公司(SIMENS)实现PLC与上位机之间的通讯及上位机监控画面的制作的组态软件：主要介绍如何利用WinCC建立监控画面，并使监控画面根据现场实际情况动态显示。并以压缩机的控制系统为例，介绍了使用WinCC系统的硬件配置，并介绍通过WinCC组态监控系统，创建动态人机界面，实现过程监控的具体步骤。最后结合自身经验，总结了一些功能实现的编程技巧与相关源程序。
关键词：
WinCC；组态软件；人机界面；过程监控；往复压缩机
Abstract:
WinCC（Windows Control Center）is the configuration software produced by SIEMENS which can make PLC communicate with PC and make up mornitoring menu on PC .Analysed how to make up Mornitoring menu and dynamically display the field data on the menu .Taking the control system of computer controlled compressors for example,analysed the method of establish dynamic HMI(Human Machine Interface)and monitoring process with WinCC system.Also summarized some programming skills to fulfill required functions.
Key Word：
WinCC； Configuration software ；HMI；Process Monitoring；Reciprocating compressor
1． 引言：
氢气压缩机是石油炼化企业制氢装置的关键设备，氢压机工况的好坏对平稳生产具有重要意义。某石化企业采用NEA公司的3+1SVL300型号的往复式压缩机。该往复式压缩机采用一台电机传动，传动系统较为复杂，转动惯量大，存在众多的间隙非线性环节，影响系统的稳定性和动态性能。为了能够保证生产装置的平稳运行，氢气压缩机采用了先进的自动控制系统。该系统通过Siemens公司的WinCC组态，实现过程监控。上位机为诺基亚公司的普通PC机，显示器为诺基亚公司的普通PC显示器，下位机为一台Siemens公司S7-300型CPU，上位机与下位机通过MPI电缆联接。
2．WinCC组态软件:
WinCC-为在标准PC和Windows NT环境下实现HMI(人机界面)的功能。SIMATIC WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统。抢先式多任务的特点适合于对过程事件的快速反应。
WinCC是一个开放的HMI软件，可与世界上主要控制器厂商的产品进行数据通讯。它与SIMATIC-S5／S7/505系列的通讯接口，如Profibus,FDL，DP，DDE，0PC等都包括在WinCC基本软件包中。此外，其他的通讯接口，如FMS，PMC，SIPART DR或连接其他厂商控制器的接口(AEG，Modicon，Allen-Bredlly，GE-Fanuc,Mitsubishi)在WinCC的可选功能中提供。
另外，它随系统而扩展，包括运行版和开发完全版。在容量上分为128，256，1024和64个PowerTag变量，指来自控制器和外部过程的变量(内部变量不计算在内)。WinCC允许将一个32位的模拟量的PowerTag变量分为独立的32个数字量，使用上与正常的数字量的PowerTag变量的相同。因此可提供给整个过程的I／0点数比所标的PowerTag变量数多。
总之，WinCC将Windows应用程序的现代体结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，能很方便地生成人机界面，建立完整的过程监控解决方案。各系统集成商还可以WinCC作为其系统的扩展基础，通过开放接口开发自己的应用软件。
3.WinCC的系统配置
经初步统计上位机与PU需通讯的过程变量，最终定购了容量为256PowerTag的WinCC开发完全版。实际用到的外部变量为216个。此外，上位机的硬件配置将直接影响到WinCC的运行性能，所以，采用高性能的PC机系统将明显获得高的系统性能。在此，PC主机的配置为：中央处理器为PIII—750E；内存为64M；硬盘为20G；操作系统为Windows NT4.0。
4.监控系统需求
(1)实时显示压缩过程中的各种数据，例如：四级液压油缸的振动，四级液压油缸的位移，三级新氢气的温度、压力等；
(2)各种数据历史趋势的查看，直观方便；
(3)实现故障报警功能，并能查看历史故障信息；
(4)压缩机的各项工艺参数能很方便的输入和修改，并能存储、调用历史数据；
(5)实现自动启动和自动关机。
5 监控系统的实现
WinCC是一个实用且与SIMATIC产品无缝连接的组态软件，其界面友好，功能强大，可以实现控制界面设计、硬件组态、变量管理、标签归挡、报警归挡、打印归挡与用户管理等功能。选用WinCC作为组态软件，在调试过程中解决了往复式压缩机监控系统的特殊性，实现了系统的功能。
5．1 通信功能的实现
系统采用的PLC是S7-300系列，通信模板是CP5611MPl，上位机与PLC用MPI电缆连接，采用MPI协议。为使上位工控机与下位PLC成功实现通信，先对CP5611初始化，再在WinCC的变量管理模块中添加名称为SIMATIC S7 PROTOCOL SUTTE的驱动器。接着在MPI通道中新建驱动程序连接，设置相应的S7网络参数，这样通信通道就建成了。之后的具体工作是新建变量(Tag)，将外部变量与PLC的DB块、位存储器、输入、输出中的位(比)或字(word)连接起来。(为了便于管理，最好将变量划分为不同的组。)通过WinCC内部函数GetTag、SetTag实现WinCC与PLC交换数据，从而实现界面显示、控制PLC动作的功能。
5．2 控制系统的控制界面的实现
SIMATIC WinCC提供可视化的、友好的控制界面，其图形设计器功能强大。它支持直接引入AutoCAD图纸和Windows元文件，可在16个不同的层面上作图。图形对角包括：标准化和图形化的对角、按钮和滑块、检查框和复选框、应用和图形窗口、0LE对象、ActiveX控制、I／0域、文字列表、状态显示、组显示等。图形组件的最终外观由组态工程师动态控制。图形的动态控制参数，如位置、几何形状、颜色和样式，可通过WinCC变量的改变或程序直接控制。
5．3 压缩机各类显示的实现
WinCC提供趋势归档功能。过程数据、内部变量数据和任何应用中产生数据的或手输数据可以被周期性地或以某个具体受控方式收集和记录下来。可以形成以下几种数据：平均值。总值、最低和最高峰值、自由公式的计算值。结果被储存在一个固定存储介质中，存储间隔可以在500ms和1年之间任意设定。打开WinCC的变量记录编辑器，为需要图示的变量创建归档，新建趋势归档窗口模板和表窗口模板，将变量与创建的归档变量连接。显示时将模板加入到应用程序窗口中，则运行时可动态显示趋势曲线。
5．4 故障自动报管的实现
SIMATIC WinCC不仅捕捉过程消息和本地事件，而且将这些内容存入瞬时或连续的档案库中，并在需要时有选择地提取它们以供使用——通过声音、影像序列或直接由报警转移到相关的过程画面。这样可以避免危急情况、缩短危急时间或减少危急造成的影响。消息结构可以根据设备的特殊要求而设定。通过划分最多16个消息等级，既可以做简单的故障和状态报文，也可以为几个设备区域分别做警报、警告、故障和错误报文、消息可从3个途径得到：单独的“位”消息，来自自动化系统的顺序报文，模拟量超限报警。 系统通过WinCC中的Tag和PLC中的位(比)的对应关系，对变量的属性进行设置，当从下位机PLC中采集的数据改变时，则工控机上出现报警信息。
5．5 工艺参数存储的实现
WinCC提供User Archives(用户归档)可选功能。它的作用是以用户自定义的结构将WinCC中的数据保存在内置的WinCC数据库中。这些数据可通过表格的方式由Active X控件显示。考虑到需要存储的参数数目较少，所以未定User Achives，使用WinCC内置的C语言脚本(标准的ANSIC)，以文本文件的形式存储数据。对文件的读写，即实现了数据的调用、存储和修改功能.
5．6 利用集成的ODBC／SQL数据库查询、处理数据
在标准的及功能强大的Sybase SQL Anywhere数据库中保存了所有组态的表格(如变量和消息文字的表格)，同时所有的过程数据也是利用该数据库进行归档的。WinCC的功能模块对数据库的存取是对用户是透明的，其他应用程序可使用标准的ODBC／SQL接口访问WinCC数据库，如有必要也可使用朋应用程序接口连接数据库。在系统的前期开发阶段，需要对压缩机的动态性能进行分析。因此对1台电机的响应曲线归档后，将过程数据提取出来，以作分析研究显得非常重要。解决方法是利用SIEMENS提供的ISQL工具，通过标准的ODBC／SQL接口直接访问Sybase数据库。Siemens-common-sqlany目录下启动isql．exe．在随后出现的Interactive SQL登录对话框中以用户名bda和密码sql却登录，则程序自动连接到当前正在运行的winCC数据库。在命令行使用数据库查询语言观即可对数据库进行操作。例如，执行命令select*from systable，显示所有组态的表格，其中对一级液压油缸的数据归档时建立的名称为pva-speed，则其在数据库中的表名为PDE#PVA.f.speed．接着对表PDE#PVA.f.speed操作，即可得到归档的具体数据。也可以将表输出到文件，以作分析。
5．７自动启动、自动关机的实现
在往复式压缩机PLC监控系统中，上位机是运行WinCC软件的单一用途的计算机，希望上位机一启动就自动进入组态的工艺画面，为此还必须实现Windows NT自动登录，这一功能可以按下面的步骤实现：
第一步：将WinCC软件的快捷方式放进StartProgrammes—start—up菜单。
第二步：进入WinCC的Computer properties设置窗口，点击Graphies Runtime菜单条，将StartPicture设为自进入的画面。
第三步：将WinCC置为Activate状态，然后退出WinCC．
第四步：启动regedit,进入Windows注册表。找到HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\WindowsNT\CurrentVersion\Winlogon,将键AutoAdminLogon的值设为1，添加名称为DefaultPassword的键,将其值设为上位机的登录密码。
再重新启动，就可以自
WinCC(Windows Control Center，窗口控制中心)是西门子公司(SIMENS)实现PLC与上位机之间的通讯及上位机监控画面的制作的组态软件：主要介绍如何利用WinCC建立监控画面，并使监控画面根据现场实际情况动态显示。并以压缩机的控制系统为例，介绍了使用WinCC系统的硬件配置，并介绍通过WinCC组态监控系统，创建动态人机界面，实现过程监控的具体步骤。最后结合自身经验，总结了一些功能实现的编程技巧与相关源程序。
关键词：
WinCC；组态软件；人机界面；过程监控；往复压缩机
Abstract:
WinCC（Windows Control Center）is the configuration software produced by SIEMENS which can make PLC communicate with PC and make up mornitoring menu on PC .Analysed how to make up Mornitoring menu and dynamically display the field data on the menu .Taking the control system of computer controlled compressors for example,analysed the method of establish dynamic HMI(Human Machine Interface)and monitoring process with WinCC system.Also summarized some programming skills to fulfill required functions.
Key Word：
WinCC； Configuration software ；HMI；Process Monitoring；Reciprocating compressor
1． 引言：
氢气压缩机是石油炼化企业制氢装置的关键设备，氢压机工况的好坏对平稳生产具有重要意义。某石化企业采用NEA公司的3+1SVL300型号的往复式压缩机。该往复式压缩机采用一台电机传动，传动系统较为复杂，转动惯量大，存在众多的间隙非线性环节，影响系统的稳定性和动态性能。为了能够保证生产装置的平稳运行，氢气压缩机采用了先进的自动控制系统。该系统通过Siemens公司的WinCC组态，实现过程监控。上位机为诺基亚公司的普通PC机，显示器为诺基亚公司的普通PC显示器，下位机为一台Siemens公司S7-300型CPU，上位机与下位机通过MPI电缆联接。
2．WinCC组态软件:
WinCC-为在标准PC和Windows NT环境下实现HMI(人机界面)的功能。SIMATIC WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统。抢先式多任务的特点适合于对过程事件的快速反应。
WinCC是一个开放的HMI软件，可与世界上主要控制器厂商的产品进行数据通讯。它与SIMATIC-S5／S7/505系列的通讯接口，如Profibus,FDL，DP，DDE，0PC等都包括在WinCC基本软件包中。此外，其他的通讯接口，如FMS，PMC，SIPART DR或连接其他厂商控制器的接口(AEG，Modicon，Allen-Bredlly，GE-Fanuc,Mitsubishi)在WinCC的可选功能中提供。
另外，它随系统而扩展，包括运行版和开发完全版。在容量上分为128，256，1024和64个PowerTag变量，指来自控制器和外部过程的变量(内部变量不计算在内)。WinCC允许将一个32位的模拟量的PowerTag变量分为独立的32个数字量，使用上与正常的数字量的PowerTag变量的相同。因此可提供给整个过程的I／0点数比所标的PowerTag变量数多。
总之，WinCC将Windows应用程序的现代体结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，能很方便地生成人机界面，建立完整的过程监控解决方案。各系统集成商还可以WinCC作为其系统的扩展基础，通过开放接口开发自己的应用软件。
3.WinCC的系统配置
经初步统计上位机与PU需通讯的过程变量，最终定购了容量为256PowerTag的WinCC开发完全版。实际用到的外部变量为216个。此外，上位机的硬件配置将直接影响到WinCC的运行性能，所以，采用高性能的PC机系统将明显获得高的系统性能。在此，PC主机的配置为：中央处理器为PIII—750E；内存为64M；硬盘为20G；操作系统为Windows NT4.0。
4.监控系统需求
(1)实时显示压缩过程中的各种数据，例如：四级液压油缸的振动，四级液压油缸的位移，三级新氢气的温度、压力等；
(2)各种数据历史趋势的查看，直观方便；
(3)实现故障报警功能，并能查看历史故障信息；
(4)压缩机的各项工艺参数能很方便的输入和修改，并能存储、调用历史数据；
(5)实现自动启动和自动关机。
5 监控系统的实现
WinCC是一个实用且与SIMATIC产品无缝连接的组态软件，其界面友好，功能强大，可以实现控制界面设计、硬件组态、变量管理、标签归挡、报警归挡、打印归挡与用户管理等功能。选用WinCC作为组态软件，在调试过程中解决了往复式压缩机监控系统的特殊性，实现了系统的功能。
5．1 通信功能的实现
系统采用的PLC是S7-300系列，通信模板是CP5611MPl，上位机与PLC用MPI电缆连接，采用MPI协议。为使上位工控机与下位PLC成功实现通信，先对CP5611初始化，再在WinCC的变量管理模块中添加名称为SIMATIC S7 PROTOCOL SUTTE的驱动器。接着在MPI通道中新建驱动程序连接，设置相应的S7网络参数，这样通信通道就建成了。之后的具体工作是新建变量(Tag)，将外部变量与PLC的DB块、位存储器、输入、输出中的位(比)或字(word)连接起来。(为了便于管理，最好将变量划分为不同的组。)通过WinCC内部函数GetTag、SetTag实现WinCC与PLC交换数据，从而实现界面显示、控制PLC动作的功能。
5．2 控制系统的控制界面的实现
SIMATIC WinCC提供可视化的、友好的控制界面，其图形设计器功能强大。它支持直接引入AutoCAD图纸和Windows元文件，可在16个不同的层面上作图。图形对角包括：标准化和图形化的对角、按钮和滑块、检查框和复选框、应用和图形窗口、0LE对象、ActiveX控制、I／0域、文字列表、状态显示、组显示等。图形组件的最终外观由组态工程师动态控制。图形的动态控制参数，如位置、几何形状、颜色和样式，可通过WinCC变量的改变或程序直接控制。
5．3 压缩机各类显示的实现
WinCC提供趋势归档功能。过程数据、内部变量数据和任何应用中产生数据的或手输数据可以被周期性地或以某个具体受控方式收集和记录下来。可以形成以下几种数据：平均值。总值、最低和最高峰值、自由公式的计算值。结果被储存在一个固定存储介质中，存储间隔可以在500ms和1年之间任意设定。打开WinCC的变量记录编辑器，为需要图示的变量创建归档，新建趋势归档窗口模板和表窗口模板，将变量与创建的归档变量连接。显示时将模板加入到应用程序窗口中，则运行时可动态显示趋势曲线。
5．4 故障自动报管的实现
SIMATIC WinCC不仅捕捉过程消息和本地事件，而且将这些内容存入瞬时或连续的档案库中，并在需要时有选择地提取它们以供使用——通过声音、影像序列或直接由报警转移到相关的过程画面。这样可以避免危急情况、缩短危急时间或减少危急造成的影响。消息结构可以根据设备的特殊要求而设定。通过划分最多16个消息等级，既可以做简单的故障和状态报文，也可以为几个设备区域分别做警报、警告、故障和错误报文、消息可从3个途径得到：单独的“位”消息，来自自动化系统的顺序报文，模拟量超限报警。 系统通过WinCC中的Tag和PLC中的位(比)的对应关系，对变量的属性进行设置，当从下位机PLC中采集的数据改变时，则工控机上出现报警信息。
5．5 工艺参数存储的实现
WinCC提供User Archives(用户归档)可选功能。它的作用是以用户自定义的结构将WinCC中的数据保存在内置的WinCC数据库中。这些数据可通过表格的方式由Active X控件显示。考虑到需要存储的参数数目较少，所以未定User Achives，使用WinCC内置的C语言脚本(标准的ANSIC)，以文本文件的形式存储数据。对文件的读写，即实现了数据的调用、存储和修改功能.
5．6 利用集成的ODBC／SQL数据库查询、处理数据
在标准的及功能强大的Sybase SQL Anywhere数据库中保存了所有组态的表格(如变量和消息文字的表格)，同时所有的过程数据也是利用该数据库进行归档的。WinCC的功能模块对数据库的存取是对用户是透明的，其他应用程序可使用标准的ODBC／SQL接口访问WinCC数据库，如有必要也可使用朋应用程序接口连接数据库。在系统的前期开发阶段，需要对压缩机的动态性能进行分析。因此对1台电机的响应曲线归档后，将过程数据提取出来，以作分析研究显得非常重要。解决方法是利用SIEMENS提供的ISQL工具，通过标准的ODBC／SQL接口直接访问Sybase数据库。Siemens-common-sqlany目录下启动isql．exe．在随后出现的Interactive SQL登录对话框中以用户名bda和密码sql却登录，则程序自动连接到当前正在运行的winCC数据库。在命令行使用数据库查询语言观即可对数据库进行操作。例如，执行命令select*from systable，显示所有组态的表格，其中对一级液压油缸的数据归档时建立的名称为pva-speed，则其在数据库中的表名为PDE#PVA.f.speed．接着对表PDE#PVA.f.speed操作，即可得到归档的具体数据。也可以将表输出到文件，以作分析。
5．７自动启动、自动关机的实现
在往复式压缩机PLC监控系统中，上位机是运行WinCC软件的单一用途的计算机，希望上位机一启动就自动进入组态的工艺画面，为此还必须实现Windows NT自动登录，这一功能可以按下面的步骤实现：
第一步：将WinCC软件的快捷方式放进StartProgrammes—start—up菜单。
第二步：进入WinCC的Computer properties设置窗口，点击Graphies Runtime菜单条，将StartPicture设为自进入的画面。
第三步：将WinCC置为Activate状态，然后退出WinCC．
第四步：启动regedit,进入Windows注册表。找到HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\WindowsNT\CurrentVersion\Winlogon,将键AutoAdminLogon的值设为1，添加名称为DefaultPassword的键,将其值设为上位机的登录密码。
再重新启动，就可以自
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