基于WINCC的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在汽車制造車間的應(yīng)用

胡榮明

(北京奔馳汽車有限公司，北京 102600)

隨著自動化技術(shù)的不斷推廣，自動化設(shè)備的分布式控制得到了廣泛應(yīng)用。而計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)理念的發(fā)展，使得通過計算機(jī)集中式管理此類設(shè)備成為了現(xiàn)實。以某汽車制造主機(jī)廠的涂裝車間為例，車間內(nèi)有約40個PLC，大小設(shè)備數(shù)千臺，報警數(shù)萬條，單單靠人工無法實現(xiàn)對設(shè)備的實時監(jiān)控和及時的故障響應(yīng)。利用西門子WINCC組態(tài)軟件，使用TCP/IP協(xié)議與現(xiàn)場PLC的連接，通過畫面的組態(tài)和變量的連接實現(xiàn)全車間設(shè)備的在線實時監(jiān)控，同時利用自寫控件實現(xiàn)重點報警郵件發(fā)送給指定人群的功能。

1 雙網(wǎng)卡設(shè)置

網(wǎng)卡的分類：按有無物理上的通信線纜分類分為有線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡。有線網(wǎng)卡又可以分為廣域網(wǎng)卡、局域網(wǎng)卡等。網(wǎng)卡上可以是單獨一種接口的(稱為單口網(wǎng)卡)，也可以是兩種接口(稱為二合一網(wǎng)卡)[1]。目前汽車制造車間的自動化控制層級多數(shù)為以下結(jié)構(gòu)。信號級：包括傳感器、開關(guān)、電機(jī)、變頻器、風(fēng)機(jī)、水泵等。控制級：可編程控制器(PLC)。管理級：上位管理系統(tǒng)(CCR)。

西門子自動化控制系統(tǒng)控制級和信號級常見的通信協(xié)議是Pofinet/Profibus，管理級與控制級的通訊往往采用TCP/IP或OPC方式。該涂裝車間擬使用一臺服務(wù)器電腦實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控功能，對于重點報警，可以以郵件的形式發(fā)送給指定的責(zé)任人。目前，該服務(wù)器處于設(shè)備層級的網(wǎng)絡(luò)(內(nèi)網(wǎng))中，但郵件系統(tǒng)處于辦公網(wǎng)絡(luò)(外網(wǎng))中，二者在物理上是分割的。

本項目采用電腦原裝單網(wǎng)卡及外置USB網(wǎng)卡，配置方法如下：內(nèi)網(wǎng)采用固定IP，按照車間的內(nèi)網(wǎng)規(guī)則設(shè)置好子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)，外網(wǎng)采用自動獲取IP的模式。由于Windows有兩個網(wǎng)關(guān)導(dǎo)致了路由沖突，使得計算機(jī)無法訪問網(wǎng)絡(luò)，需要對windows路由規(guī)則進(jìn)行修改，修改方法如下：

Windows系統(tǒng)中打開命令提示符，輸入

route delete 0.0.0.0

route add -p 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 172.21.103.1

route add -p 10.0.0.0 mask 255.0.0.0 10.246.254.1

其中，-p為永久寫入，172.21.103.1為外網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，10.246.254.1為內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

2 通過TCP/IP協(xié)議連接PLC并進(jìn)行畫面組態(tài)

2.1 WINCC的通信原理

通信數(shù)據(jù)通過TCP/IP送入?yún)f(xié)議棧中，然后逐個通過每一層直到被當(dāng)作一串比特流送入物理網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和打包，數(shù)據(jù)送到接收方對等層后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解封或拆包[2]。

WINCC通過變量管理器來對變量進(jìn)行集中管理，該管理器對于整個工程項目產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行處理。在WINCC Runtime中，其對整個系統(tǒng)的變量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運行系統(tǒng)內(nèi)所有的軟件(包括圖形采集系統(tǒng)、報警記錄采集系統(tǒng)、變量趨勢采集系統(tǒng)等)需要的變量均通過變量管理器處理。實現(xiàn)通信連接的幾個重要步驟是：創(chuàng)建服務(wù)器和現(xiàn)場PLC客戶端的連接(網(wǎng)線、IP地址)，為WINCC添加合適的通信驅(qū)動，在通信驅(qū)動下建立與指定PLC客戶端的連接，在該PLC連接下，創(chuàng)建變量映射。

2.2 WINCC的TCP/IP連接

WINCC7.4及以上版本的TCP/IP協(xié)議驅(qū)動需要單獨安裝，驅(qū)動名為SIMATIC NET，連接方法為：控制面板的SET PG/PC Interface 選擇內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)卡(不要選擇Auto網(wǎng)卡)。WINCC驅(qū)動管理添加新的驅(qū)動程序選擇SIMATIC S7 Protocol Suite，WINCC的驅(qū)動下面輸入新的連接PLC的IP地址和插槽號(300系列的PLC插槽號為2，1500系列需要根據(jù)實際情況進(jìn)行填寫)。新建的PLC下面創(chuàng)建變量組并進(jìn)行WINCC變量和PLC變量的映射。畫面的組態(tài)方法類似于WINCC精致面板，組態(tài)好的畫面如圖1：

圖1 組態(tài)畫面實例Fig.1 Living example of configuration frame

2.3 WINCC的郵件預(yù)警系統(tǒng)

正常生產(chǎn)過程中，有些設(shè)備可能會出現(xiàn)一些警告，這些警告不會立即引起設(shè)備停機(jī)。但是，如果這些警告長時間不去處理，可能會演變成報警，甚至導(dǎo)致長時間的停機(jī)，影響生產(chǎn)。設(shè)計了對需要特殊關(guān)注的警告類的報警進(jìn)行歸檔，若報警長時間一直觸發(fā)，則PLC內(nèi)DB塊中某個bit置位觸發(fā)郵件控制系統(tǒng)，將相應(yīng)的警告發(fā)送至指定責(zé)任人。

采用VB編寫.NET郵件控件，設(shè)置好郵件的服務(wù)器及相關(guān)收件人，編寫郵件控件的觸發(fā)VBS腳本。

Dim alarm

Set alarm=HMIRuntime.Tags(″Alarm1″)

alarm.Read

If alarm.value=1 Then

Dim mail

Set mail=HMIRuntime.Screens(″shiyan1″).ScreenItems(″Mail1″)

mail.Topic=″報警信息″

mail.SendEmail(″電機(jī)電流過高警告，請檢查電機(jī)??！″)

End If

郵件如圖2所示：

圖2 報警郵件示例Fig.2 Example of alarm mail

3 Web 版本的發(fā)布與訪問

在安裝WINCC過程中，需要選擇WEB Navigator Server，并安裝好IIS。組態(tài)Web服務(wù)，填寫站點名稱、IP地址、端口缺省的網(wǎng)頁選擇WebClient.asp，防火墻設(shè)置成例外選項。按照向?qū)нM(jìn)行Web瀏覽器發(fā)布，在用戶管理器內(nèi)創(chuàng)建Web訪問賬戶，并設(shè)置訪問起始頁。在IE瀏覽器上輸入IP地址進(jìn)行訪問，按照向?qū)О惭b相應(yīng)插件。通過以上步驟,即完成了Web的發(fā)布和訪問。

4 結(jié)語

WINCC是一款功能強(qiáng)大的在線圖形運行系統(tǒng)，Web版本的發(fā)布方便了非工控電腦的查詢監(jiān)控，通過自編.NET控件，實現(xiàn)了郵件發(fā)送功能，使得WINCC系統(tǒng)更趨于多元化。