【導(dǎo)讀】武漢市的排水泵站共有七個(gè)，分布在市區(qū)的長(zhǎng)江沿岸。它擔(dān)負(fù)著城市雨、污水排放。每逢夏季到來，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。水就必須通過泵站排入長(zhǎng)江。如果排水不及時(shí)，致使下水道堵塞和橋下積水過多，就會(huì)。影響交通和環(huán)境，給城市居民的生活帶來諸多不便。隨著武漢市城市建設(shè)的迅速發(fā)展，通過構(gòu)建泵站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程無人自動(dòng)化已迫在眉睫。羅家路排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)由泵站控制系統(tǒng)、中心控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成。制系統(tǒng)采用了PLC及相應(yīng)的模塊和通信設(shè)備。PLC通過模板實(shí)現(xiàn)就地的數(shù)據(jù)采集和控。制，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)傳至中控系統(tǒng)，并接受中控指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。本文重點(diǎn)討論監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面的開發(fā)。其開發(fā)是利用的西門子產(chǎn)品。通信及監(jiān)控機(jī)監(jiān)控畫面的制作。

　　

【正文】 面在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不是單獨(dú)出現(xiàn)的，它顯示在排水泵界面和電機(jī)柜界面上，在上述的這兩個(gè)界面中可以看到，這樣設(shè)計(jì)便于操作員直接面對(duì)工藝流程來對(duì)電機(jī)進(jìn)行操作。共有 4 個(gè)泵操作界面，分別對(duì)應(yīng) 4 臺(tái)水泵的操作。在項(xiàng)目被激活時(shí)，水 泵處于手動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)，操作員在此泵操作界面上來啟動(dòng)水泵并設(shè)置水泵的運(yùn)行方式。 1泵操作界面如圖 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)。和泵操作界面一樣，風(fēng)機(jī)操作界面也顯示在泵操作界面上。在見機(jī)操作界面上，能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)進(jìn)行相關(guān)的操作。 1風(fēng) 機(jī)操作界面如圖 所示。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 1風(fēng)機(jī)操作界面 變化曲線圖通過對(duì)象選項(xiàng)板下的控件對(duì)象中的在線趨勢(shì)圖控件來設(shè)計(jì)。雙擊該控件，即可對(duì)此控件進(jìn)行各項(xiàng)屬性 設(shè)置?？梢詾榍€圖命名，設(shè)置數(shù)據(jù)源，為坐標(biāo)軸注釋，改變坐標(biāo)軸的標(biāo)尺，設(shè)置曲線顏色等等。例如勵(lì)磁柜參數(shù)曲線的數(shù)據(jù)源選擇在線變量，變量分別選擇外部變量中的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流，坐標(biāo)軸 X 共用 Y 軸不共用，并為 Y 軸命名并設(shè)定顯示范圍曲線顏色勵(lì)磁電流選擇綠色，勵(lì)磁電壓選擇黃色。 1勵(lì)磁柜曲線如圖 所示。 圖 1勵(lì)磁柜曲線 過程值歸檔及報(bào)警記錄 過程值歸檔 根據(jù)需要，系統(tǒng)需要對(duì)系統(tǒng)的很多參數(shù)進(jìn)行歸檔，以便能在上位機(jī)方便的觀測(cè)到該變量的歷史曲線，通過這些曲線，操作人員可以及時(shí)準(zhǔn) 確的了解泵站的運(yùn)行情況。過程值歸檔應(yīng)用到 WINCC 的變量記錄編輯器 （ Tag logging） 。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)的采集和武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 歸檔就開始啟動(dòng)并記錄。 過程值歸檔的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： a) 在變量記錄編輯器的歸檔向?qū)е袆?chuàng)建一個(gè)新的歸檔，添加要?dú)w檔的變量。 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。 b) 設(shè)置新建歸檔的屬性。包括設(shè)置歸檔的常規(guī)信息和歸檔參數(shù)。 c) 設(shè)置歸檔變量的屬性?？筛鶕?jù)需要在屬性對(duì)話框中設(shè)置歸 檔變量的名稱、歸檔類型 、采集周期、歸檔周期及歸檔數(shù)據(jù)記錄條數(shù)等屬性，如圖 所示。 d) 組態(tài)顯示趨勢(shì)圖的控件。選擇 WinCC 在線趨勢(shì)控件并將其置于歷史趨勢(shì)畫面中。 e) 設(shè)置選擇 WinCC 在線趨勢(shì)控件的屬性。 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。 圖 添加歸檔變量 f) 在 WinCC 資源管理器中激活變量記錄運(yùn)行系統(tǒng) (Tag Logging Runtime)[12]。 報(bào)警的記錄和顯示 系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)集 水池水位限制值、 4 臺(tái)水泵和風(fēng)機(jī)的故障以及各控制柜的故障進(jìn)行報(bào)警。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。當(dāng)生產(chǎn)過程發(fā)生報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警信息項(xiàng)，此信息會(huì)馬上顯示到報(bào)警信息表中。 具體的報(bào)警設(shè)計(jì)步驟如下： a) 在報(bào)警記錄編輯器的系統(tǒng)向?qū)е薪⑺谕南K。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 b) 根據(jù)需要對(duì)消息塊進(jìn)行組態(tài)。包括設(shè)置消息名稱、消息長(zhǎng)度等屬性。 c) 對(duì)單個(gè)消息進(jìn)行組態(tài)。包括設(shè)置消息級(jí)別、消息類型、選擇需要報(bào)警的變量、錯(cuò)誤點(diǎn)與出錯(cuò)信息等，如圖 所示。 d) 組態(tài)報(bào)警控件。選擇 WinCC 報(bào)警控件所示 ,并將其置于報(bào)警畫面中。 e) 根據(jù)需要設(shè)置 WinCC 報(bào)警控件的屬性對(duì)話框。包括設(shè)置系統(tǒng)塊編號(hào)、運(yùn)行時(shí)工具欄中所需按鈕以及消息文本及出錯(cuò)點(diǎn)等屬性。 f) 在 WinCC 資源管理器中激活報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng) (Alarm Logging Runtime)。 圖 組態(tài)報(bào)警消息 用戶管理 為了實(shí)現(xiàn)安全管理的操作，本設(shè)計(jì)還進(jìn)行了用戶管理設(shè)置。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)。 Wincc 的 User Administrator(用戶管理員 )編輯器用于組態(tài)當(dāng) 前 Wincc 項(xiàng)目中的用戶賬號(hào)和訪問權(quán)限。它與 Windows NT 的用戶管理員系統(tǒng)分開獨(dú)立操作，只是界面是相似的。該編輯器有兩種損傷方式：組態(tài)方式和運(yùn)行方式。組態(tài)方式允許生成用戶組，用戶和權(quán)限級(jí)。運(yùn)行方式?jīng)]有運(yùn)行的圖形界面，當(dāng) Wincc 應(yīng)用進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，它在背景運(yùn)行。用戶管理員編輯器的運(yùn)行方式的主要目的是管理用戶的登錄和退出，檢查登錄用的權(quán)限級(jí)。本設(shè)計(jì)就通過用戶管理員編輯器來進(jìn)行用戶管理和權(quán)限級(jí)的設(shè)置。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)。 設(shè)置具體步驟如下： 1）打開管理員編輯器，新建組，然后選擇授權(quán)。 分別對(duì)變量進(jìn)行組態(tài) 添加消息文本 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 2）在用戶組下新建用戶，命名為操作員，選擇復(fù)制組設(shè)置選項(xiàng)并設(shè)置用戶十分鐘不活動(dòng)退出，在缺省授權(quán)的基礎(chǔ)上，選擇操作員用戶的相應(yīng)權(quán)限。如圖 所示。 3）再新建一個(gè)用戶，命名為管理員，在操作員設(shè)置的基礎(chǔ)上，我們添加一個(gè)退出權(quán)限。這樣，管理員用戶就有退出權(quán)限了。 4）最后我們要為圖形對(duì)象分配特定的訪問權(quán)限。授權(quán)的訪問權(quán)限將允許或禁止用戶 訪問。我們?yōu)橥顺霭粹o進(jìn)行設(shè)置。選擇此按鈕的屬性，在其他選項(xiàng)下，我們點(diǎn)擊授權(quán)，進(jìn)入授權(quán)對(duì)話框，我們選擇退出激活授權(quán)。這樣在點(diǎn)擊退出按鈕時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)退出確定畫面。 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。只有WinCC 和下位機(jī)進(jìn)行了連接， WinCC 才能采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)操作，起到控制作用。WinCC 要與網(wǎng)絡(luò)建立通訊連接，必須做以下工作：為 PLC 選擇與 WinCC 進(jìn)行通訊的合適的通訊模塊；為 WinCC 所在的站的 PC 機(jī)選擇 合適的通訊處理器；在 WinCC 項(xiàng)目上選擇通道單元 [13]。根據(jù)需要，羅家路排水泵站的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)選用 Profibus[14]作為WinCC 與 PLC 的通訊方式，通訊處理器選用 CP5611。具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下 [15]： (1) 安裝通訊處理器 CP5611 及其驅(qū)動(dòng)程序； (2) 在控制面板中打開“ PG/PC 接口”對(duì)話框，設(shè)置參數(shù)完成訪問點(diǎn)和通訊處理器之間的分配； (3) 完成通訊處理器的調(diào)試； (4) 在 WinCC 的變量管理器中添加驅(qū)動(dòng)程序“ SIMATIC S7 Protocol ” ； 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 (5) 在該驅(qū)動(dòng)程序中的 Profibus 選項(xiàng)中創(chuàng)建連接并設(shè)置參數(shù)； (6) 為 WinCC 中相應(yīng)的外部變量賦地址，如下圖 所示； 圖 為外部變量賦地址 (7) 利用 PG/PC 接口程序中的診斷功能進(jìn)行通道連接診斷，若診斷結(jié)果顯示“ OK”，則完成通訊。否則，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行調(diào)試。 運(yùn)行設(shè)置和激活 圖 運(yùn)行設(shè)置 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 在項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作完成以后，就要進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)置。運(yùn)行設(shè)置是在項(xiàng)目管理器的計(jì)算機(jī)屬性中設(shè)置的。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，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，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，變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)警記錄。 我們還可以定義一個(gè)外部運(yùn)用，當(dāng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)此外部應(yīng)用也被激活。例如記事本等。我們還可以選擇需要禁止的 Windows 熱鍵。本設(shè)計(jì)中我們將對(duì)話框中的 4 個(gè)Windows 熱鍵全部禁止。我們還可以定義項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)的開始畫面。本設(shè)計(jì)中，我們已經(jīng)選擇登錄界面為啟動(dòng)畫面。設(shè)置窗口如上圖 所示。 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。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 5 結(jié)束語 總結(jié) 本文設(shè)計(jì)開發(fā)的排水泵站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) 是一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的使用項(xiàng)目 ，系統(tǒng)為羅家路泵站的運(yùn)行管理提供了先進(jìn)的科學(xué)手段，使泵站的運(yùn)行信息得到及時(shí)的反饋，并得到有效的分析。該系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了報(bào)警記錄、變量歸檔、界面登陸與用戶管理等功能，形成了一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng) 。經(jīng)過模擬運(yùn)行和在線調(diào)試，該系統(tǒng)達(dá)到了很好的效果。 利用 WinCC 作為上位機(jī)組態(tài)軟件開發(fā)的此排水泵站控制系統(tǒng)完成滿足泵站的各項(xiàng)工藝要求，并且具有界面友好、功能完善、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，為城市排水泵站的自動(dòng)監(jiān)控提供了一個(gè)很好的實(shí)例，為以后城市 的自動(dòng)監(jiān)控設(shè)計(jì)具有很高的參考價(jià)值。 本人在設(shè)計(jì)過程中，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。在線調(diào)試過程中，熟悉了工業(yè)以太網(wǎng)的通訊原理以及 WinCC 的通訊原理。在該論文的撰寫過程中，熟悉了 OFFICE 中的很多功能，現(xiàn)已可以對(duì) OFFICE 進(jìn)行熟練操作。 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。 展望未來，企業(yè)的自動(dòng)化、信息化仍會(huì)繼續(xù)深入發(fā)展，管控一體化仍會(huì)成為企業(yè)自動(dòng)化、信息化建設(shè)的目標(biāo)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)在其中發(fā)揮更為重要的作用，如何開發(fā)一個(gè)功能強(qiáng)大、安全可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將會(huì)成為一個(gè)重要的研究課題，將會(huì)關(guān)系著企業(yè)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的性能。 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，泵站的監(jiān)控系統(tǒng)也將更加穩(wěn)定，更加精確。同時(shí)，伴隨著信息通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，在大型泵站的監(jiān)控系統(tǒng)中，無線通訊數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將會(huì)越來越多的出現(xiàn)在泵站的監(jiān)控系統(tǒng)中， 使得系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，監(jiān)控更加方便。 相信在信息技術(shù)高速發(fā)展的二十一世紀(jì)，我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化程度會(huì)越來越高，工業(yè)的發(fā)展會(huì)越來越好！ 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 參考文獻(xiàn) 1 孟建軍 ,北京市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .北京工業(yè)大學(xué)碩士文 ,2021,1 2 劉浩江 ,哈爾濱市沿江污水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的研究 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論 文 ,2021,2～ 3 3 龐彥斌，李令琦 .現(xiàn)場(chǎng)總線和 DCS 的網(wǎng)絡(luò)集成 .測(cè)控技術(shù) .1999,(9):18～ 21 4 許勁松 ,陳瑋 ,林珊 .現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展現(xiàn)狀 與趨勢(shì) .PLCamp。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.. WinCC v5 The Configuration Mamual and the Communication Manual[P].Germany:Siemens,2021,54～ 56 12 何苗 .基于 WinCC 的港口起重機(jī)移動(dòng)監(jiān)控的研究與應(yīng)用 [D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 .2021,41～ 50 13 劉鍇 ,周海 .深入淺出西門子 S7300 PLC[M].北京 :北京航空航 天大學(xué)出版社 ,2021,95～ 105 14 。Vasques,F.。Realtime fieldbus munications using Profibus works。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 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。章老師淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，熱情寬厚的為人也為我做了很好的榜樣。章老師這半年來對(duì)我學(xué)習(xí)和研究的指導(dǎo)使我終生受益。在此充分認(rèn)識(shí)完成之即，謹(jǐn)向?qū)熤乱宰畛绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！ 在設(shè)計(jì)過程中，本小組的成員高源智同學(xué)和李灝同學(xué)在我的設(shè)計(jì)過程中都給了我很大的幫助，在此我一并表示感謝！還要感謝我的父母和親人，感謝他們大學(xué)四年以來對(duì)我的關(guān)心和學(xué)習(xí)上的鼓勵(lì)和支持！感謝全班同學(xué)大學(xué)以來對(duì)我的幫助！