組態軟件WinCC 在自動化生產線上的應用

于淑靜

（連云港職業技術學院，江蘇 連云港 222000）

0 引言

隨著制造業的快速發展和組態軟件在工業控制領域的不斷應用，企業對生產自動化水平提出了更高的要求。WinCC（視窗控制中心）是德國西門子公司開發的一款用于PLC 與上位機通信的組態軟件，能夠生成可視化界面，實現對現場設備運行狀態的監測及報警。WinCC 為開發適合現代化控制要求的系統提供了一個方便可靠、開放性好、功能強大的軟件平臺[1-2]。本文結合某廠手機揚聲器生產線自動化建設項目，應用工業組態軟件WinCC 進行了監控系統的設計開發[3]。

1 生產線監控系統概述

（1）系統的硬件與軟件：硬件方面，應包括生產線的基本設備及三菱Q 系列的PLC，以及交換機、專業工控機和若干網線；軟件方面，工控機要安裝專業版或企業版Windows7 系統、WinCC7.0軟件、SQL 數據庫和常用的office 辦公軟件；PLC與WinCC 的連接要求建立局域網，包含工控機和通過交換機連接的所有的PLC。

（2）系統的功能要求：在生產線工作過程中，要求此監控系統能夠與PLC 進行通訊，并對過程數據進行自動采集和處理。具體包括：實時查看設備的運行情況和產品的投入數、產出數、合格率；實時監控產能、良率；查看歷史數據；當設備發生故障的時候能夠自動報警。

（3）系統的總體設計：此生產線監控系統的信息采集應具有實時性和一定的開放性，且易于安裝、操作方便和運行可靠。如圖1 所示，客戶機安裝WinCC 并連接生產線上所有的PLC，讀取運行數據，利用WinCC 的SQL 數據庫暫時存儲，并對線體的運行狀況和故障情況進行詳細的分析。

圖1 系統結構圖 Fig. 1 System structure diagram

2 PLC 編程

（1）PLC 參數的設置：WinCC 進行采集和處理的數據需經過PLC 的準確運算。PLC 除了要設置最基本的參數外，還要設置IP 地址。

（2）PLC 的數據統計：PLC 的統計數據包括機器的運行狀態和時間、機器報警、機器產能。

① 運行狀態有待料、運行、滿杯、報警和停機，機器運行統計如圖2 所示。

② 機器報警包括機構類、測試類和提示類報警。報警通常是因為人為操作不當或者在某些數據上傳的時候發生了數據丟失等，導致機器在運行時突然停機。機器一旦出現問題就會把報警信號傳送給PLC，PLC 會統計報警時間和次數。報警顯示如圖3 所示。只要報警接通，即為報警一次。報警時間會一直統計，直到按下復位鍵。

③ 產品的產能，是在某個時間段內投入和產出的數量。據此可知道某個時間段的良率，進一步可判斷各機器的性能和加工的產品是否能正常達標。如圖4 所示，統計投入數時，以進料口有料然后伺服搬運一次為進料一個產品。統計產出數時，可按最后一個工位的合格數來計算產出數；也可先計算次品數，再用總的投入數減去次品數，得到合格數。產出數如圖5 所示。

3 監控系統的設計

（1）WinCC 的連接設置：WinCC 與PLC 的通信是通過過程總線來實現的。WinCC 新建文件后在變量管理添加驅動時，選擇Mitsubishi Q series。

（2）組態變量：過程沒有為其提供變量值的變量稱為內部變量，內部變量沒有對應的過程驅動和通信單元，不需要建立相應的通道連接。內部變量主要供系統內部使用，通過內部變量的數值來控制畫面的跳轉[4]。外部變量是由自動化控制系統在特定的通信驅動通道下與WinCC 建立連接。它通 過數據地址與PLC 進行數據通信[5]。外部變量的數目是由所屬驅動程序中的Potwer Tags 決定。PLC的每個數據都由一個數據寄存器來存儲。具體PLC鏈接如圖6 所示。

圖2 運行統計 Fig.2 Operational statistics

創建變量時，還需定義數據類型，該數據類型將取決于使用時變量的數據格式。WinCC 中的外部變量有許多種，必須使用與PLC 相匹配的數據類型。本文采用三菱Q 系列PLC，此PLC 是十 六位系統運算，因此大部分數據選擇16 位。變量對應表如圖7 所示。在連接時，每一站先設定好連接的IP 地址，這樣就能與PLC 里面的數據一一對應。

圖3 報警顯示 Fig. 3 Alarm display

圖4 投入數 Fig. 4 Input number

圖5 產出數 Fig. 5 Output number

圖6 PLC 鏈接地址表 Fig. 6 PLC link address table

（3）實時監控畫面：WinCC 會隨著各站的運行狀態、運行時間、報警統計等數據的變化而改變，其與PLC 一直在進行數據的交換。

① 總監控界面：如圖8 所示，在此界面中可簡單查看各站的信息，如各站各工位的運行、報警次數、產能變化、投入數和產出數等。

② 運行狀態界面：運行狀態在PLC 里面已經建立了數據，只要讀取數據即可。在PLC 里的數據是2 的N 次方，在WinCC 里是0、1、2、4、8、16 等。如果沒有數據顯示為0，那就是未連接。在畫面編輯中畫出所需要的畫面，用不同的數值對應不同的狀態和顏色，并在界面標出各種顏色和狀態的對應情況。這樣就能清楚地知道各站的運行狀態，如圖9 所示。

圖7 變量對應表 Fig. 7 Variable correspondence table

圖8 總監控界面 Fig. 8 General monitoring interface

圖9 運行狀態 Fig. 9 Running state

③ 產能統計的實時畫面：投入數和產出數可以直接讀取，再存入數據庫作為歸檔，方便查看歷史數據趨勢。良率則需靠腳本編寫。用產出數除以投入數，然后除以100%。為了編寫方便，“%”符號就用靜態文本寫，百分比數用腳本寫。產能統計如圖10 所示。

④ 產能趨勢界面：產能趨勢利用數據歸檔，將數據保存在SQl 數據庫中。如圖11 所示，產能趨勢能清晰地反映出各個時間段的產能，便于分析較易發生故障的時間段。

⑤ 報警記錄界面：如圖12 所示，將發生報警的時間、次數和時間點都記錄下來，可以很清楚地了解到報警原因。

圖10 產能統計 Fig. 10 Productivity statistics

圖11 產能趨勢 Fig. 11 Productivity trend

圖12 報警統計 Fig. 12 Alarm statistics

（4）Web 發布：為了內部文件的保密性以及客戶端查看方便，可利用Web 發布實時監控畫面。Web 發布是利用虛擬站點發布，只能在特定的網絡中進行發布。先建立一個站點，選擇好網絡就能發布。

4 結語

本文研究了組態軟件在手機揚聲器生產線監控系統中的應用。這一系統經過調試和運行，達到了很好的效果，使生產線的運行信息能夠得到了及時的反饋和有效的分析，提高了生產線運行的可靠性和設備的管理水平，提高了勞動生產率。其功能完善、運行可靠，具有較高的推廣和應用價值。隨著計算機技術和自動化控制技術的應用與發展,如何更好地實現通信系統的操作簡單、安全可靠、維護方便等強大功能將會是一個重要的研究課題。