【正文】 Industrial Electronics,IEEE Transactions on,Volume:46 Issue:6,Dec 1999,29～ 30 15 王曉遠(yuǎn)，王碩，楊飛 .工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC 在雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].中國(guó)農(nóng)村水利水電 .2021,15(1):85～ 87 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 致 謝 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò) 程中，我的導(dǎo)師章政老師自始至終都給了我親切的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)，并仔細(xì)審閱了全文，提出了寶貴的修改意見(jiàn)。 展望 隨著自動(dòng)化控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，對(duì)其自動(dòng)化系統(tǒng)提出了更高的要求，通過(guò)改造并升級(jí)企業(yè)原有的自動(dòng)化系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能來(lái)更好的 實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、信息化和一體化。 運(yùn)行設(shè)置完成以后，我們就完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，點(diǎn)擊激活按鈕，系統(tǒng)便可以激活運(yùn)行了。點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)，右鍵單擊計(jì)算機(jī)名，選擇屬性，在屬性對(duì)話框中，在常規(guī)標(biāo)簽頁(yè)，我們可以 定義項(xiàng)目運(yùn)行的計(jì)算機(jī)名稱，在啟動(dòng)標(biāo)簽頁(yè)，我們可以選擇運(yùn)行時(shí)需要運(yùn)行的運(yùn)行系統(tǒng) ，本設(shè)計(jì)中我們選擇文本庫(kù)，變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)警記錄。 圖 用戶管理設(shè)置 與 PLC 的連接 WinCC 可以和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，完成與其它設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。如圖 所示。該編輯器有兩種損傷方式：組態(tài)方式和運(yùn)行方式。選擇 WinCC 報(bào)警控件所示 ,并將其置于報(bào)警畫面中。報(bào)警應(yīng)用 WinCC 中的報(bào)警記錄編輯器 (Alarm Logging)及 WinCC 報(bào)警控件可以方便的實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能。 c) 設(shè)置歸檔變量的屬性。 1勵(lì)磁柜曲線如圖 所示。 圖 1泵操作界面 風(fēng)機(jī)操作界面共有 4 個(gè) ，分別和 4 臺(tái)風(fēng)機(jī)要對(duì)應(yīng)。 日雨量界面的內(nèi)容的雨量計(jì)界面的內(nèi)容相似，區(qū)別主要是曲線圖顯示的是日雨量曲線，在界面上也可以通過(guò)點(diǎn)擊“小時(shí)雨量曲線”和“日降雨量曲線‘兩個(gè)按鈕切換到雨量計(jì)界面和月雨量界面查看小時(shí)降雨量曲線和月降雨量曲線。 高壓室界面上顯示了互感器柜、高壓進(jìn)線柜、 10KV 變 400V 進(jìn)線柜、 6KV 變 400V 進(jìn)線柜、和直流屏柜等六個(gè)高壓柜里面的故障信息，主要有互感器柜熔斷器斷、互感器柜接地故障、互感器柜失壓、互感器柜故障、超溫 、跳閘、交變直故障、交變直事故、蓄電池故障、蓄電池事故等。 A、 B、 C 三相的武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 溫度用棒圖形式表示，并在棒圖上方設(shè)置報(bào)警溫度，一但溫度達(dá)到或超過(guò)報(bào)警溫度，系統(tǒng)就發(fā)出報(bào)警信息。冷卻水界面如圖 所示。我們還可以從這個(gè)圖上的泵操作界面對(duì)各個(gè)水泵進(jìn)行操作，來(lái)控制各個(gè)水泵的啟動(dòng)和停止。在界面標(biāo)題兩側(cè)，還顯示了日期和 時(shí)間，方便操作員查看。用戶還可以導(dǎo)入外部 圖形和文本數(shù)據(jù)。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 內(nèi)部變量的建立 圖 系統(tǒng)變量的建立 圖形的編輯 組態(tài)編輯的內(nèi)容是整個(gè)監(jiān)控程序的核心。如 圖 所示。外部變量的最大數(shù)目由 Power Tags 授權(quán)限制。 添加驅(qū)動(dòng)程序的步驟如下 [10]: a) 在 WinCC 項(xiàng)目管理器的瀏覽窗口中，右擊“變量管理器”。其中運(yùn)行的控制模塊中圖形運(yùn)行是必需的，其他選項(xiàng)視實(shí)際情況而定。且由于 WinCC 的漢化功能不是很完善，項(xiàng)目路徑中最好不要包含任何中文字符。 7) 集成到 MES和 ERP中 :標(biāo)準(zhǔn)接口使得 SIMATIC WinCC成為在 TIA環(huán)境下的一個(gè)完整部件。 WinCC 的性能特點(diǎn) WinCC 的性能特點(diǎn)如下： 1) WinCC 基于 最新發(fā)展的軟件技術(shù)，與 Microsfot 的密切合作能保證用戶獲得將來(lái)不斷更新的技術(shù)。在 WinCC 的圖形編輯器中用戶將在組態(tài)模式中用各種工具和對(duì)象生成圖形畫面，可以用包含在對(duì)象和樣式選項(xiàng)板中的眾多的圖形對(duì)象來(lái)創(chuàng)建過(guò)程畫面，可以通過(guò)動(dòng)作編程將動(dòng)態(tài)添加到單個(gè)圖形對(duì)象上，向?qū)峁┝俗詣?dòng)生成的動(dòng)態(tài)支持并將他們鏈接到對(duì)象，用戶同時(shí)可以在庫(kù)中存儲(chǔ)自己編程的圖形對(duì)象。 基于 WinCC 的以上優(yōu) 點(diǎn)， 本設(shè)計(jì)選擇 WinCC 組態(tài)軟件來(lái)完成。 WinCC 組態(tài)軟件內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 對(duì) Inter的支持功能 現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨于國(guó)際化，分布式的生產(chǎn)方式。大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語(yǔ)言的支持。借助畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的過(guò)程的各種工藝過(guò)程人機(jī)界面的組態(tài)圖形。下面主要介紹計(jì)算機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。因此， 系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開(kāi)放性能，硬件配置要留有擴(kuò)充的余地 。 實(shí)時(shí)性。一方而，先進(jìn)的技術(shù)可以獲得更好的監(jiān)測(cè)控制效果，從而可能獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此在保證可靠性和經(jīng)濟(jì)上允許的前提下，應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的技術(shù) 。對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，特別對(duì)于泵站，可靠性是最重要的。③異常狀態(tài)查詢 。②主要參數(shù)的歷史曲線及趨勢(shì)顯示 。設(shè)計(jì)要求電機(jī)的工作方式可以在自動(dòng)方式和手動(dòng)方式中進(jìn)行選擇。第四章是本章的重點(diǎn)。 7. 系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，將對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)革命，從而開(kāi)創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元。 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò) 20世紀(jì) 80年代后期，人們?cè)?DCS的基礎(chǔ)上開(kāi)始開(kāi)發(fā)一種適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)傳感器、控制器層的通信，這就是現(xiàn)場(chǎng)總線 [3]。 DCS 系統(tǒng)有以下主要缺點(diǎn)： 1. 接線復(fù)雜，可維護(hù)性差。由于模擬信號(hào)的傳遞需要一對(duì)一的物理連接，信號(hào)變換緩慢，抗干擾能力差，因此經(jīng)常出現(xiàn)事故。這對(duì)城市的防洪排澇有很大的幫助。系統(tǒng)還能對(duì)事故過(guò)程進(jìn)行歷史記錄和整理，防止下一次事故的發(fā)生，可使設(shè)備避免遭受更嚴(yán)重的損壞，從而提高了泵站運(yùn)行的可靠性。泵站的這些缺點(diǎn)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前城市市政建設(shè)高速發(fā)展的需要。 ? 蓄水池：當(dāng)夏季到來(lái)時(shí)，出水閘門關(guān)閉，水 聚集在蓄水池里，通過(guò)泵站抽出 。按照泵站的各種作用，泵站可以分為供水泵站，排水泵站，調(diào)水泵站等。 排水泵站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，將大大提高排水泵站的自動(dòng)化控制水平，增加泵站運(yùn)行參數(shù)記錄的可靠性，減輕值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并可對(duì)泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。每逢夏季到來(lái)，當(dāng)污水蓄水池的水位低于長(zhǎng)江水位時(shí)，污水蓄水池里面的水就必須通過(guò)泵站排入長(zhǎng)江。其開(kāi)發(fā)是利用的西門子產(chǎn)品WinCC(Windows Control Center，窗口控制中心 )組態(tài)軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 與監(jiān)控機(jī)之間的通信及監(jiān)控機(jī)監(jiān)控畫面的制作。隨著武漢市城市建設(shè)的迅速發(fā)展，市政污水泵站的規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大，排水泵站的作用也越來(lái)越重要。泵站的控制和監(jiān)控設(shè)備主要安裝于控制柜房?jī)?nèi)。 。同時(shí)可減少運(yùn)行人員，實(shí)現(xiàn)少人甚至無(wú)人值班，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了運(yùn)行費(fèi)用和成本。因此泵站的控制和管理沒(méi)有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。這種監(jiān)控系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)具有一定的先進(jìn)性，但是還存在很多問(wèn)題。所有的測(cè)量功能與采集功能均在工控機(jī)上，工控機(jī)負(fù)擔(dān)很重?，F(xiàn)場(chǎng)總線是用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化 (最底層 )的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成 。 4 維護(hù)開(kāi)銷大幅度下降。第二章主要對(duì)系統(tǒng)的工藝要求進(jìn)行了說(shuō)明，基本明確了系統(tǒng)的研究方法。設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可以通過(guò)各種傳感設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)集水池水位，根據(jù)水位的高低來(lái)自動(dòng)控制泵機(jī)的啟停，從而使集水池的水位保持在一個(gè)合適的位置。 ③能對(duì)監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)報(bào) :④能對(duì)監(jiān)控參數(shù)的異常狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。③控制行為的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)。 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)重大，根據(jù)其任務(wù)及系統(tǒng)要求， 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該具備以下幾個(gè)特點(diǎn) [5]： 運(yùn)行上的可靠性。 技術(shù)上的先進(jìn)性。其二，是排錯(cuò)上方便 .硬件的排列和安裝合理，配有明顯的指示或信號(hào)顯示，并配有查錯(cuò)、診斷、故障報(bào)警程序，在故障出現(xiàn)時(shí)能及時(shí)對(duì)它定 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 位并排除。同時(shí)，一個(gè)成熟的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不僅在所采用泵站能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控并體現(xiàn)良好的工作特性，在做少量的軟、硬件修改后，就能適用于其它的泵站，這將給設(shè)計(jì)者和用戶帶來(lái)很大的方便，節(jié)約資金縮短投運(yùn)周期。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案 如前所述，泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由早期的單級(jí)繼電器控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)和基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，根據(jù)羅家路泵站的工藝特點(diǎn)和要求 ，羅家路泵站的自動(dòng)化改造采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 圖形組態(tài)組件 圖形組態(tài)組件也稱為畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，借助畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生 產(chǎn)過(guò)程的各種工藝過(guò)程人機(jī)界面的圖形組態(tài)。 組態(tài)軟件的功能 常見(jiàn)的組態(tài)軟件一般都有以下基本功能： 數(shù)據(jù)采集功能 大多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行應(yīng)用配置。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，需要現(xiàn)場(chǎng)的大量數(shù)據(jù) 進(jìn)行流程分析和過(guò)程控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)流程的調(diào)整和優(yōu)化。 組態(tài)軟件 Cit 公司的 Citech 組態(tài)軟件具有簡(jiǎn)潔的操作方式，但其操 作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。 WinCC是采用了最新的 32 位技術(shù)的過(guò)程監(jiān)控的軟件，具有良好的開(kāi)放性和靈活性。 WinCC Microsoft SQL Server 2021(WinCC 以前版本采用 Sybase)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時(shí)具有 Web 瀏覽器功能，可使經(jīng)理、廠長(zhǎng)在辦公室內(nèi)看到生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)畫面，從而更好地調(diào)度指揮生產(chǎn)，是工業(yè)企業(yè)中 MES 和 ERP 系統(tǒng)首選的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件。 7) 文本庫(kù) 文本庫(kù) (text library)編輯不同語(yǔ)言版本下的文本消息。此外，廣泛的通訊通道可以由選件和添加件提供。根據(jù)所規(guī)劃項(xiàng)目的大小，按照確定的規(guī)則進(jìn)行某些設(shè)置，在開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目前應(yīng)考慮以下幾方面： 1) 項(xiàng)目類型 在開(kāi)始創(chuàng)建項(xiàng)目前，應(yīng)清楚創(chuàng)建的是單用戶項(xiàng)目，還是多用戶項(xiàng)目。 本項(xiàng)目名稱為“ ”。 為項(xiàng)目添加驅(qū)動(dòng)程序 每個(gè)項(xiàng)目都必須要有驅(qū)動(dòng)程序才能運(yùn)行，西門子 WinCC 組態(tài)軟件共提供 20 了個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。 1) 外部變量 由外部過(guò)程為其提供變量值的變量，稱為 WinCC 的外部變量，也稱為過(guò)程變量。內(nèi)部變量在“內(nèi)部變量”目錄中創(chuàng)建。系統(tǒng)變量可以在整個(gè)工程的腳本和畫面中使用。 WinCC 提 供的圖形對(duì)象有很多種。操作界面主要是供操作員對(duì)水泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行操作。兩個(gè)按鈕的設(shè)置分別為：“進(jìn)入系統(tǒng)”的動(dòng)態(tài)設(shè)置為點(diǎn)擊時(shí)進(jìn)入排水泵界面，“退出系統(tǒng)”按鈕的動(dòng)態(tài)設(shè)置是在動(dòng)態(tài)向?qū)Ю锏南到y(tǒng)函數(shù)里面選擇退出 winCC,設(shè)計(jì)好的登錄界面如圖 所示。羅家路排水泵站的冷卻水使用的是循環(huán)水，即水冷卻水泵后又被抽回到冷卻水集水池，然后又可以再次去冷卻水泵，這一工藝可以在冷卻水界面上清楚的看出。 圖 勵(lì)磁柜界面 5．變壓器界面 變 壓器界面主要是顯示供電系統(tǒng)中的三個(gè)變壓器的溫度，防止超溫發(fā)生事故。按下操作按鈕后，顯示泵操作界 圖 電機(jī)柜界面 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 面，操作員可以在泵操作界面上直接對(duì)泵進(jìn)行啟停操作。這些統(tǒng)計(jì)信息為泵站合理調(diào)節(jié)泵站的運(yùn)行提供了 直接依據(jù)，泵站可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)找出規(guī)律，然后根據(jù)本月的降雨情況和當(dāng)前的降雨情況來(lái)決定水泵何時(shí)工作，需要幾臺(tái)水泵工作等。共有 4 個(gè)泵操作界面，分別對(duì)應(yīng) 4 臺(tái)水泵的操作。雙擊該控件，即可對(duì)此控件進(jìn)行各項(xiàng)屬性 設(shè)置。 本項(xiàng)目設(shè)置的歸檔變量有每臺(tái)水泵的勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、排水泵電壓和電流、排水泵定子溫度、排水泵軸承溫度等。 將在線趨勢(shì)控件中分別分別將控件的曲線變量對(duì)應(yīng)到各個(gè)歸檔數(shù)據(jù)，并為各個(gè)曲線定義名稱、采樣時(shí)間和曲線顏色。 c) 對(duì)單個(gè)消息進(jìn)行組態(tài)。一般的操作員只能在運(yùn)行畫面進(jìn)行操作，而只有合理的用戶具有退出權(quán)限時(shí)，才可以退出系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，共設(shè)置了兩個(gè)用戶，一個(gè)用戶的權(quán)限是只允許在運(yùn)行畫面進(jìn)行 操作，而不能進(jìn)入和退出系統(tǒng)，另一個(gè)用戶是管理員用戶，它不僅可以在運(yùn)行畫面時(shí)進(jìn)行操作，而且可以進(jìn)入和退出系統(tǒng)。我們?yōu)橥顺霭粹o進(jìn)行設(shè)置。否則，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行調(diào)試。我們還可以定義項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)的開(kāi)始畫面。 本人在設(shè)計(jì)過(guò)程中，了解了泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀，了解了泵站的大致工藝流程，并熟練掌握了 WinCC 的一些基本操作。FA,2021,(3):4～ 7 5 周德澤 ,袁南兒 ,應(yīng)英 .計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 [M]，清華大學(xué)出版社，2021,40～ 43 6 蘇昆哲，何華 .深入淺出西門子 WinCC V6[M].(第二版 ).北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021,22～ 35 7 V6 Getting Started[M].Siemens,～ 94 8 WinCC 組態(tài)手冊(cè) .Volume2. 81～ 84 9 顏閩秀 ,何戡 .WinCC 在冶金行業(yè)的應(yīng)用 [J].微計(jì)算機(jī)信息 ,2021, 22(1):10～ 12 10 滿海波 .基于以太網(wǎng)的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D].昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 .2021,52～ 54 11 Siemens AG.. 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