WinCC與S7—400PLCSIM在自動(dòng)監(jiān)控仿真系統(tǒng)中的研究

【摘要】本文主要介紹了西門子公司的工控組態(tài)軟件WinCC和西門子PLCSIM軟件在一種采油檢測(cè)裝置監(jiān)控系統(tǒng)的仿真模擬。由于400系列PLC硬件價(jià)格較高，具體的控制對(duì)象的特殊性，終端客戶需要提前做好仿真，從而避免造成損失。本文采用仿真軟件配合使用，實(shí)現(xiàn)S7-400PLCSIM與工控組態(tài)軟件WinCC仿真通訊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬仿真。

【關(guān)鍵詞】組態(tài)軟件；WinCC；S7 400；PLCSIM；

1.引言

組態(tài)軟件WinCC是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）的軟件平臺(tái)工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分。它具有豐富的設(shè)置選項(xiàng)，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。[1] S7-PLCSIM軟件和西門子WinCC組態(tài)軟件的調(diào)試方法是在本人訪學(xué)期間模擬仿真一種采油檢測(cè)裝置的部分監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和模擬仿真，從自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件配置，到WinCC和PLCSIM的連接，之后進(jìn)行了模擬仿真運(yùn)行，并對(duì)利用組態(tài)軟件WinCC設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)控程序的方法以及開發(fā)過程中遇到的問題和解決途徑進(jìn)行了研究。

配置：Step7v5.5_cn PLCSIM_V5.4_SP5 SIMATIC WinCC V7.0 sp2

2.控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

測(cè)試單元原理圖和總體思路如圖1所示。通過上位機(jī)和組態(tài)軟件控制PLC和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和邏輯控制。按照具體要求編制梯形圖和圖形界面。

3.S7和PLCSIM

西門子公司開發(fā)的S7-PLCSIM是可編程控制器模擬軟件，S7-PLCSIM在Step7集成狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)模擬運(yùn)行，也可以與組態(tài)軟件WinCC一同集成與Step7環(huán)境下實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控模擬。S7-PLCSIM不連接CPU實(shí)物也可以仿真運(yùn)行，能夠支持32位的Windows 7操作系統(tǒng)。S7-PLCSIM仿真軟件可通過仿真窗口模擬PLC的輸入/輸出存儲(chǔ)區(qū)，改變輸入變量ON/OFF狀態(tài)、控制程序運(yùn)行，監(jiān)視程序運(yùn)行結(jié)果。程序模擬運(yùn)行過程中，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的監(jiān)視與修改，可對(duì)位存儲(chǔ)器（M）、外設(shè)輸入/輸出（PI/PQ）變量區(qū)以及存在數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀/寫操作。與實(shí)際PLC一樣，S7-PLCSIM可以使用變量表和程序狀態(tài)等方法來監(jiān)視和修改變量。此外，S7-PLCSIM仿真軟件可以對(duì)大部分組織塊（OB）、系統(tǒng)功能塊（SFB）和系統(tǒng)功能（SFC）仿真，包括對(duì)許多中斷事件和錯(cuò)誤事件仿真。此外，S7-PLCSIM用仿真PLC來模擬實(shí)際PLC的運(yùn)行，用戶程序的調(diào)試是通過視圖對(duì)象來進(jìn)行的。CPU視圖對(duì)象可以在打開PLCSIM窗口時(shí)自動(dòng)生成，其他視圖對(duì)象在仿真PLC窗口中根據(jù)需要通過Insert菜單生成。由于西門子400系列PLC硬件需要用戶根據(jù)需要配置。根據(jù)要求選取的個(gè)模塊如下（表1）所示：

序號(hào)模塊名稱

1中央機(jī)架CR 槽蓋板

2PS 407 10A 0KA02

3CPU417-4

4SM 421 32輸入24VDC

5SM 422 32輸出24VDC0.5A

6SM 431 16輸入 16位 隔離

7CP443-1

8IM460-0

9IM461-0

10擴(kuò)展機(jī)架UR2

11終端電阻

表1 西門子PLC400選擇的硬件配置

4.Wincc與PLCSIM通訊實(shí)現(xiàn)的具體步驟

4.1通訊組態(tài)連接

1）使用STEP7編程軟件能夠通過PLCSIM正常仿真程序。在此不多敘述。

2）添加驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：

打開WINCC工程在Tag Management->SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE->MPI右鍵單擊MPI，在彈出菜單中點(diǎn)擊System Parameter，彈出System Parameter-MPI對(duì)話框，選擇Unit標(biāo)簽，查看Logic device name（邏輯設(shè)備名稱）。默認(rèn)安裝后，邏輯設(shè)備名為MPI。

在MPI下面新建變量：

MPI->新建變量（右鍵）->連接屬性->屬性->連接參數(shù)MPI

3）添加通道與連接設(shè)置

添加驅(qū)動(dòng)連接，設(shè)置參數(shù)。打開WINCC工程在Tag Management->SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE->MPI，右鍵單擊MPI，在下拉菜單中，點(diǎn)擊New Driver Connection，在彈出的Connection properties對(duì)話框中點(diǎn)擊Properties按鈕，彈出Connection Parameter-MPI屬性對(duì)話框。

4）重要的參數(shù)設(shè)置如下：

Station Address：表示MPI端口地址；

Rack Number：表示CPU所處的機(jī)架號(hào)，除了特殊復(fù)雜使用的情況下，一般填入0；

Slot Number：表示CPU所處的槽號(hào)，S7-400的PLC，要根據(jù)STEP7項(xiàng)目中的Hardware軟件查看PLC插在第幾號(hào)槽內(nèi)，不能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和物理安裝位置來隨便填寫，可能的參數(shù)為2、3、4（主要是依據(jù)電源的大小來決定）否則通訊不能建立。

5）連接測(cè)試與通訊診斷

通過WinCC工具中的通道診斷程序WinCC Channel Diagnosis即可測(cè)試通訊是否建立。注意：此時(shí)PLC必須處于運(yùn)行狀態(tài)，PLCSIM要處于RUN-P或者RUN狀態(tài)，WinCC須要激活運(yùn)行才可以繼續(xù)診斷，進(jìn)入通道診斷工具，檢測(cè)通訊是否成功建立。綠色的“√”表示通訊已經(jīng)成功建立。

4.2組態(tài)界面

在此系統(tǒng)中，需要監(jiān)控的信號(hào)較多，因此設(shè)備很難都顯示在一張畫面中，故此將設(shè)備按照處理工藝的功能步驟在多張畫面內(nèi)，畫面之間實(shí)現(xiàn)切換用鼠標(biāo)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。

下面介紹一下界面的組態(tài)方法：

首先組態(tài)主背景畫面，其中包括要顯示的靜態(tài)文本、圖形切換按鈕及啟動(dòng)和停止等按鈕。

其次，在主背景畫面中插入智能對(duì)象畫面窗口（Picture Window），并且使畫面窗口尺寸與其分級(jí)畫面相同。

最后，在相應(yīng)切換按鈕的鼠標(biāo)動(dòng)作事件中編寫相應(yīng)的動(dòng)作。調(diào)試好畫面和仿真動(dòng)作。

4.3聯(lián)機(jī)仿真

在完成上述步驟之后，在SIMATIC Manager軟件中根據(jù)測(cè)試單元液控系統(tǒng)原理和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖完成PLC400的程序輸入。根據(jù)流程圖進(jìn)行PLC程序的編寫。之后使用PLCSIM進(jìn)行仿真。

5、結(jié)束語(yǔ)及致謝

使用WinCC和PLCSIM聯(lián)機(jī)調(diào)試用戶程序，不需要硬件連接，測(cè)試方便且安全性高；通過WinCC顯示和PLCSIM的監(jiān)測(cè)對(duì)用戶程序進(jìn)行調(diào)試和故障診斷，可以在程序開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯(cuò)誤，提高用戶程序的質(zhì)量從而降低實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用。此研究?jī)?nèi)容是在我訪學(xué)過程中所做的工作。在訪學(xué)中我深深被中國(guó)石油大學(xué)（華東）濃厚學(xué)風(fēng)、教學(xué)及科研學(xué)術(shù)研究氛圍所吸引，特別是石大機(jī)電工程學(xué)院機(jī)制實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，以及指導(dǎo)教師劉永紅教授的教誨和鼓勵(lì)，使我在進(jìn)修和科研中受益良多，收獲頗豐。在此也表示感謝。