基于Wincc的虛擬PLC學習系統(tǒng)設計

孔浩 薛文奎

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722152

摘要：利用DP總線完成對S7200/300/400 PLC的硬件配置，實現(xiàn)系統(tǒng)中實驗和WinCC 對控制系統(tǒng)的主畫面、報警畫面、用戶權限管理和實時及歷史數(shù)據(jù)記錄的組態(tài)，達到PC機上對學習系統(tǒng)進行監(jiān)控的目的。

關鍵詞：PLC、DP總線；學習系統(tǒng)；畫面；監(jiān)控

在實踐學習中，PLC實訓平臺相互獨立，實驗實訓項目比較單一，直觀性很差，學生學習的主動性較差和上位機的關聯(lián)性不強等，學生掌握實訓涉及PLC方面知識沒有相互的聯(lián)系，局限性較大。設計的基于WinCC軟件的學習實訓系統(tǒng)，可以幫助教師對實踐學習中對學生的管理和幫助學生更好的理解工控知識的系統(tǒng)性，使PLC和上位機的相互關聯(lián)性及實際項目的聯(lián)系更加緊密。另外，上位機的動畫效果提高學生的學習的積極性和主動性。

1 系統(tǒng)的總體設計

集散控制系統(tǒng)簡稱為DCS（Distributed Control System），結構示意圖如圖1所示，系統(tǒng)分為管理級、操作級和過程級。管理級由工業(yè)PC、數(shù)據(jù)庫等組成，完成對數(shù)據(jù)信息的管理；操作級由工程師站、操作員站等組成，完成用戶與設備的實時交互；過程級由PLC、智能儀表等組成，完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)的采集與控制。

本系統(tǒng)以DCS系統(tǒng)為參照所完成的學習實訓平臺，系統(tǒng)分監(jiān)控層和現(xiàn)場設備層兩層。如圖2所示，監(jiān)控層包括S7300/400 PLC、PC機以及HMI觸摸屏等，現(xiàn)場設備層主要包括S7200PLC、被控對象等。

2 系統(tǒng)硬件設計

本實訓學習系統(tǒng)由S7300 PLC作主站、S7200 PLC做從站、PC機或觸摸屏做上位機組成，通過DP總線搭建完成。系統(tǒng)主站可實時對從站進行數(shù)據(jù)的傳送，及時掌握下位機信息，確保系統(tǒng)的安全可靠運行。

2.1 現(xiàn)場設備層

現(xiàn)場設備層由S7200 PLC和變頻器等設備組成，根據(jù)實訓項目的不同，自由連接，另外通信協(xié)議根據(jù)需要自己可以更改。從站可對現(xiàn)場的開關和模擬量檢測，并在上位機進行顯示。S7200 PLC經DP模塊EM277與S7300進行通訊，EM277的波特率在9600bit/s12Mbit/s自動轉換，如圖3所示。

2.2 監(jiān)控層

監(jiān)控層由工控PC機、HMI與S7300 PLC構成。完成對系統(tǒng)設備運行狀態(tài)的監(jiān)控、、信息報警、歷史曲線的歸檔等。使用WinCC軟件對系統(tǒng)進行組態(tài)與監(jiān)控，可以通過PC機對系統(tǒng)的過程進行動態(tài)監(jiān)視與控制，直觀地監(jiān)視統(tǒng)的運行情況。監(jiān)控層中主站S7300 PLC可監(jiān)視和控制從站，還可以做擴展性實驗，對學生職業(yè)能力的提升起著極大的作用。

系統(tǒng)監(jiān)控層的功能：

（1）數(shù)據(jù)顯示。

PC機或HMI是用戶操作的界面，具有顯示和控制功能。

A、變量的顯示。

可通過實時或歷史曲線、棒圖等方法，對實訓對象中的過程值、控制量和設置量進行設置和顯示。

B、各單元運行指示。

將畫面上的元件與對應變量鏈接，設備的狀態(tài)改變根據(jù)變量的變化而變化，通常以顏色或彈出文字等方式來表示設備的狀態(tài)。

（2）報警功能。

當用戶操作不當或設備突發(fā)致命異常情況，系統(tǒng)會產生報警。監(jiān)控層對設備的監(jiān)控與診斷，并產生報警，報警后，操作員及時處理報警事件，否則設備無法正常工作。

（3）歷史數(shù)據(jù)記錄功能。

系統(tǒng)的運行情況還可以以數(shù)據(jù)形式量化的顯示出來，同時也可以對數(shù)據(jù)進行處理和存檔，并存到數(shù)據(jù)庫中，供以后的以曲線或數(shù)據(jù)報表的形式進行顯示及打印。

3 系統(tǒng)軟件設計

虛擬實訓系統(tǒng)是將采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)、監(jiān)控等與DP總線相結合，實現(xiàn)用戶通過PC機或HMI監(jiān)控，可對站點發(fā)出控制指令，從站響應主站的請求，完成相應的動作。每一個站點配有PC機，學生在PC機上通過相應軟件對相應站點的實訓對象進行程序的編寫、系統(tǒng)調試及監(jiān)控。軟件結構框圖如圖4所示。

系統(tǒng)硬件連接完后，利用STEP 7軟件完成對S7300 PLC進行硬件的組態(tài)，組態(tài)信息可以通過MPI和DP端口連接通訊，下載到S7300 PLC中，主站通常設置為2，構建完成DP網絡。STEP 7通過文件項目進行管理，可對系統(tǒng)的硬件組態(tài)、程序編寫、系統(tǒng)參數(shù)設置、設備的監(jiān)控與運行等操作。

S7200 PLC程序開發(fā)、編輯是STEP 7Micro/MIN32軟件完成，在從站中，沒有主站發(fā)出指令時，從站不改變設備的控制狀態(tài)。當接收到控制指令時，按照要求完成對控制對象的控制。S7200 PLC在網絡中指定一個唯一的地址，最大地址為126。

S7300 PLC是系統(tǒng)核心，被控對象的運行狀態(tài)通過從站傳輸?shù)街髡局?，然后在上位機上顯示。用戶通過上位機對被控對象發(fā)出控制指令，從而達到對系統(tǒng)進行監(jiān)控。

4 結論

設計了多功能實訓學習系統(tǒng)，學生可在平臺上完成程序編寫、網絡的搭建及設備調試等方面的訓練，使學生理論與實踐進行結合，提高學生的實際動手能力。教師對實踐學習中對學生的管理和幫助學生更好的理解工控知識的系統(tǒng)性，使PLC和上位機的相互關聯(lián)性及實際項目的聯(lián)系更加緊密。另外，上位機的動畫效果提高學生的學習的積極性和主動性。

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作者簡介：孔浩（1996），男，江蘇泰州人，機器人專業(yè)16級學生；薛文奎（1979），男，河南駐馬店人，碩士，講師，研究方向：自動化技術、工業(yè)機器人應用技術。