【文章內(nèi)容簡介】 、自動控制、信息處理和通信、檢測技術(shù)以及生產(chǎn)過程和管 理方面的知識，其技術(shù)先進(jìn)性概括基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 9 來說體現(xiàn)在硬件設(shè)備、軟件平臺和工具、信息處理和控制策略這三個方面。計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計的一個原則應(yīng)當(dāng)是不盲目追求新技術(shù)，而在技術(shù)成熟的前提下盡量采用先進(jìn)的技術(shù)。一方而，先進(jìn)的技術(shù)可以獲得更好的監(jiān)測控制效果，從而可能獲得更高的經(jīng)濟效益，因此在保證可靠性和經(jīng)濟上允許的前提下，應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的技術(shù) 。第二，計算機技術(shù)發(fā)展十分迅速，硬件和軟件更新?lián)Q代的周期越來越短，采用先進(jìn)的技術(shù)意味著延長系統(tǒng)的生命期限 :第三，計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)大多作為整套生產(chǎn)設(shè)備的一部分出現(xiàn)，而高技術(shù)含量往往又體現(xiàn) 在控制系統(tǒng)上，先進(jìn)技術(shù)的采用可以大大提高整套設(shè)備的附加值，帶來客觀的經(jīng)濟和社會效益。 使用上的方便性 這包括三方面的含義 :其一，是操作上方便。盡可能降低對操作人員的專業(yè)技術(shù)知識的要求，使他們在較短的時間內(nèi)或通過說明書能掌握和熟悉操作使用。操作的內(nèi)容盡可能簡單明了，操作的順序清晰簡明，便于記憶。其二，是排錯上方便 .硬件的排列和安裝合理，配有明顯的指示或信號顯示，并配有查錯、診斷、故障報警程序，在故障出現(xiàn)時能及時對它定 位并排除。其三，是維護(hù)上方便。應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零部件，便于硬件的更換。 實時性。 計算 機自動監(jiān)控系統(tǒng)對各種信息的采集和處理要滿足實時性的要求，對現(xiàn)場各種狀態(tài)變化要及時響應(yīng)。為了滿足實時性的要求，計算機必須有足夠高的時鐘頻率，性能優(yōu)良的操作系統(tǒng)，豐富的函數(shù)指令以及合理的監(jiān)控系統(tǒng)布局等。 良好的適應(yīng)性和可移植性。 微機要能適應(yīng)各種運行情況，當(dāng)系統(tǒng)運行情況發(fā)生變化時，要求通過簡單的操作或改變某些標(biāo)志和參數(shù)值就能適應(yīng)。同時，一個成熟的計算機監(jiān)控系統(tǒng)不僅在所采用泵站能實現(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)計者和用戶帶來很大的方便，節(jié)約資金縮短投運周期 。 可擴充性。 一個泵站監(jiān)控系統(tǒng)的功能隨著泵站本身可能的分期裝機發(fā)展及排水系統(tǒng)的發(fā)展勢必要有一些改進(jìn)的提高，這就要求計算機系統(tǒng)能盡可能的進(jìn)行功能擴充。因此，系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性能，硬件配置要留有擴充的余地 。軟件要便于修改和增刪，具有通用基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 10 性。 靈活方便的人機聯(lián)系功能。 泵站是在運行人員的監(jiān)護(hù)下工作的監(jiān)控系統(tǒng)必須隨時向運行人員提供反映設(shè)備運行工控的信息，同時又能隨時接受運行人員的各種命令。一個好的監(jiān)控系統(tǒng)必須具備靈活方便的人機聯(lián)系功能，面向?qū)ο蟮娜藱C接口，操作維護(hù)也應(yīng)簡單易行。 泵站監(jiān)控 系統(tǒng)的總體方案 如前所述，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要由早期的單級繼電器控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)和基于現(xiàn)場總線技術(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和要求，羅家路泵站的自動化改造采用基于現(xiàn)場總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 結(jié)合設(shè)計要求和特點，監(jiān)控系統(tǒng)的很大一部分功能主要依靠組態(tài)軟件來實現(xiàn)，本設(shè)計將選用優(yōu)秀的組態(tài)軟件來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的下列功能（這也是本設(shè)計的重點）： (1) 泵站工作 過程的動態(tài)可視化控制； (2)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理； (3)生產(chǎn)過程監(jiān)控報警； (4)變量歸檔 功能； (5)建立和 PLC的連接并模擬運行 。 基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 11 3 計算機監(jiān)控組態(tài)軟件 計算機監(jiān)控組態(tài)軟件介紹 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的計算機操作系統(tǒng)使用最常見的 Windows XP系統(tǒng)，這里不再多做介紹。下面主要介紹計算機監(jiān)控組態(tài)軟件。 組態(tài)軟件的組成 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，他們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境。使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快捷構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的通用層次的軟件工具。 組態(tài)軟件通常由圖形組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)變量管理組件，設(shè)備管理組件，系統(tǒng)設(shè)置組件與其他組 件構(gòu)成。不同的組態(tài)軟件各種組件的表現(xiàn)形式不同，但其基本功能作用是相同的。 圖形組態(tài)組件 圖形組態(tài)組件也稱為畫面開發(fā)系統(tǒng)，借助畫面開發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的各種工藝過程人機界面的圖形組態(tài)。 2 、數(shù)據(jù)變量管理組件 數(shù)據(jù)變量管理組件也稱為實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件中更為重要的一個組件。借助畫面開發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)的過程的各種工藝過程人機界面的組態(tài)圖形。 設(shè)備管理組件 設(shè)備管理組件完成組態(tài)軟件與相關(guān)下層控制設(shè)備的通信組態(tài)設(shè)備，如與 PLC，智能儀表，各種數(shù)據(jù)采集板卡的連接等。設(shè) 備管理組件同樣是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分。 系統(tǒng)設(shè)置組件 系統(tǒng)設(shè)置組件通常完成系統(tǒng)運行過程中的相關(guān)設(shè)置，如系統(tǒng)啟動畫面設(shè)置，用戶設(shè)置，密碼設(shè)置等功能。 其他組件 基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 12 其他組件包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，第三方接口程序設(shè)計等，不同的組態(tài)軟件有著不同的特殊配置。 組態(tài)軟件的功能 常見的組態(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。相關(guān)驅(qū)動程序由組態(tài)軟件開發(fā)商提供，或者由用戶按照某種組態(tài)軟件的“接口規(guī)范”編寫。 腳本語言編寫功能 腳本語言是 擴充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。具體的實現(xiàn)方式可分為三種：一是內(nèi)置的類 C/Basic語言：二是采用微軟公司的 VB的編程語言：三是有少數(shù)組態(tài)軟件采用面向?qū)ο蟮哪_本語言。 組態(tài)環(huán)境的擴展功能 擴展功能是指組態(tài)軟件提供了在不改變原有系統(tǒng)的情況下，向系統(tǒng)內(nèi)增加新功能的能力，這種增加的功能來自組態(tài)軟件來自組態(tài)軟件開發(fā)商，第三方軟件提供商或者用戶自身開發(fā)。增加功能最常用的是 ActiveX組件的應(yīng)用，目前部分組態(tài)軟件能提供完備的ActiveX組件引入功能，并實現(xiàn)引入對象在腳本語言中訪問 。 組態(tài)軟件的開放性功能 隨著管理信息系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的普及，生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在生產(chǎn)制造過程中，需要現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行流程分析和過程控制，以實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的調(diào)整和優(yōu)化?，F(xiàn)有的組態(tài)軟件對大部分這些方面需求還只能以報表的形式提供，或者通過開放式數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到外部數(shù)據(jù)庫，以供其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的調(diào)用?？梢灶A(yù)見，組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)或領(lǐng)導(dǎo)信息的集成必將更加緊密，并很可能以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與決策功能的模塊形式在組態(tài)軟件中出現(xiàn)。 對 Inter的支持功能 現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨于國際化，分布式的生產(chǎn)方式。 Inter將是實現(xiàn)分布式生產(chǎn)的基礎(chǔ)。組態(tài)軟件能否從原有的局域網(wǎng)運行方式跨越到支持 Inter，是擺在所有組態(tài)軟件開發(fā)商面前的一個重要課題。 組態(tài)軟件的控制功能 基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 13 伴隨著以工業(yè) PC為核心的自動控制技術(shù)的日趨完善和工程技術(shù)人員使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對組態(tài)軟件的要求已不像過去那樣主要側(cè)重于畫面，而是要考慮一些是指性的應(yīng)用功能，如軟 PLC功能，先進(jìn)性過程控制策略等。 組態(tài)軟件的選擇 國內(nèi)外流行的組態(tài)軟件 當(dāng)今國內(nèi)外 流行的組態(tài)軟件主要有以下幾種： 1 InTouch 組態(tài)軟件 在 20 世紀(jì) 80 年代末初，基于 的 InTouch 組他軟件給工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)帶來了升級， InTouch 組態(tài)軟件提供了豐富的圖庫，早期的 InTouch 組態(tài)軟件采用動態(tài)數(shù)據(jù)交換方式與驅(qū)動程序通信，性能較差，最新的 版已經(jīng)完全基于 32 位的 Windows 平臺，并且提供了 OPC 支持， 組態(tài)軟件 美國 Intellution 公司一 FIX 組態(tài)軟件起家， 1995 年被愛默生集團收購，成為愛默生集團的全資子公司， 軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動程序。 組態(tài)軟件 Cit 公司的 Citech 組態(tài)軟件具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。 Citech 的組態(tài)軟件腳本語言并非是面向?qū)ο蟮?，而是類似?C 語言。 4. WinCC 組態(tài)軟件 德國西門子的 WinCC 組態(tài)軟件也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，西門子公司提供類C 語言的腳本，包括一個調(diào)試環(huán)境。 WinCC 組態(tài)軟件內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 組態(tài)王軟件是國家第一家較有影響力的組態(tài)軟件 開發(fā)公司產(chǎn)品。組態(tài)軟件提供了資源管理器式的操作界面，并提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。組態(tài)軟件也提供多種硬件驅(qū)動程序。 基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 14 組態(tài)軟件的選擇 西門子公司 (Siemens)的工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC(Windows Control Center)為開發(fā)適合現(xiàn)代化控制要求的系統(tǒng)提供了一個方便可靠、開放性好、功能強大的軟件平臺。 WinCC是采用了最新的 32 位技術(shù)的過程監(jiān)控的軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是多用戶系統(tǒng)， WinCC 均是較好的選擇 。 WinCC 監(jiān)控軟件提供了友好的操作界面 ，用戶可根據(jù)需要形成操作畫面、監(jiān)控畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等，因而在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 [6]。 基于 WinCC 的以上優(yōu)點， 本設(shè)計選擇 WinCC 組態(tài)軟件來完成。 WinCC 組態(tài)軟件簡要介紹 工業(yè)組態(tài)軟件 Simatic WinCC 是德國西門子公司和微軟共同開發(fā)的軟件系統(tǒng)，是世界上第一個集成的人機界面 (HMI)軟件系統(tǒng)，是結(jié)合西門子在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微機軟件強大功能的產(chǎn)物 [6]。它真實地將工廠控制軟件集成到過程自動化中。WinCC 將 Windows NT 應(yīng)用 程序的現(xiàn)代體系結(jié)構(gòu)和使用方便的圖形設(shè)計程序集合在一起，可以很方便地生成人機界面，建立完整的過程監(jiān)控解決方案。各系統(tǒng)集成商還可以用 WinCC 作為其系統(tǒng)的擴展基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。 WinCC Microsoft SQL Server 2021(WinCC 以前版本采用 Sybase)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時具有 Web 瀏覽器功能，可使經(jīng)理、廠長在辦公室內(nèi)看到生產(chǎn)流程的動態(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)實時數(shù)據(jù)平臺軟件。 WinCC 的系統(tǒng)構(gòu)成 WinCC 基本系統(tǒng)是很多應(yīng)用程序的核心，它包含以下九大部件 [7]： 1) 變量管理器 變量管理器 (tag management)管理 WinCC 中所使用的外部變量、內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動程序。 2) 圖形編輯器 圖形編輯器 (graphics designer)用于設(shè)計各種圖形畫面并使其動態(tài)化。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象生成圖形畫面，可以用包含在對象和樣式選項板中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建過程畫面，可以通過動作編程將動態(tài)添加到單個基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 15 圖形對象上，向?qū)峁┝俗詣由傻膭討B(tài)支持 并將他們鏈接到對象，用戶同時可以在庫中存儲自己編程的圖形對象。 3) 報警記錄 報警記錄 (alarm logging)負(fù)責(zé)采集和歸檔報警消息。 4) 變量歸檔 變量歸檔 (tag logging)負(fù)責(zé)處理測量值，并長期存儲所記錄的過程值。 5) 報表編輯器 報表編輯器 (report designer)提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報表，也可以設(shè)計各種格式的報表，并可按照預(yù)定的時間進(jìn)行打印。 6) 全局腳本 全局腳本 (global script)是系統(tǒng)設(shè)計人員用 ANSIC 及 Visual Basic 編寫的代碼，以滿足項目的需要。 7) 文本庫 文本庫 (text library)編輯不同語言版本下的文本消息。 8) 用戶管理器 用戶管理器 (user administrator)用來分配、管理和監(jiān)控用戶對組態(tài)和運行系統(tǒng)的訪問權(quán)限。 9) 交叉引用表 交叉引用表 (crossreference)負(fù)責(zé)搜索在畫面、函數(shù)、歸檔和消息中所使用的變量函數(shù)、 OLE 對象和 ActiveX 控件 [8]。 WinCC 的性能特點 WinCC 的性能特點如下： 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不斷更新的技術(shù)。 2) 包括所有的 SCADA功能在內(nèi)的客戶機 /服務(wù)器系統(tǒng) :即使最基本的 WinCC系統(tǒng)仍能提供生成復(fù)雜可視化任務(wù)的組件和函數(shù)，生成畫面、腳本、報警、趨勢和報告的編輯器由最基本的 WinCC系統(tǒng)組件建立。 3) 集成 ODBC/QSL數(shù)據(jù)庫 :SQL2021標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫集成于 WinCC，所有面向列表 的組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)均存儲于此庫中，可以容易的使用標(biāo)準(zhǔn)查詢語言 (SQL)或使用基于 WINCC的泵站控制系統(tǒng)設(shè)計 16 ODBC驅(qū)動訪問 WinCC數(shù)據(jù)庫，如這些訪問選項允許 WINCC對其他 Windows程序和數(shù)據(jù)庫開放它的數(shù)據(jù)。 4) 強大的標(biāo)準(zhǔn)接口 (如 OLE， ActiveX， OPC):WinCC建立了像