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摘要： SIMATIC PCS OSx 是SIEMENS早期推出的基于Unix平臺的組態(tài)監(jiān)控軟件，曾廣泛的應(yīng)用在S5系統(tǒng)中。隨著操作系統(tǒng)的不斷更新以及S7的出現(xiàn)，SIEMENS用WinCC取代了原來的監(jiān)控系統(tǒng)，并停止了PCS OSx產(chǎn)品的生產(chǎn)和技術(shù)支持，因此，為了保證生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將監(jiān)控軟件升級為WinCC，采用客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器采用冗余結(jié)構(gòu)，通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)。
關(guān)鍵詞：SIMATIC PCS OSx、S5、APT、冗余服務(wù)器、工業(yè)以太網(wǎng)
Application of PCS OSx system update using WinCC
Abstract: SIMATIC PCS OSx was a HMI software based on Unix operate system provide
by SIEMENS which widely used in S5 PLC series. With the update of operate system and
the appearance of S7 PLC series, SIEMENS replace the HMI software with WinCC and stopped
the service of PCS OSx, to insure the system work properly, we replace the monitor system with
WinCC, using OS server-client redundancy structure based on Industry Ethernet network.
Keyword: SIMATIC PCS OSx,S5,APT, redundancy, Industry Ethernet network
1 項(xiàng)目簡介
原來的控制系統(tǒng)采用SIMATIC S5-155U PLC，編程軟件為SIMATIC APT，通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與分布式I/O ET200M站相連，其上位機(jī)監(jiān)控軟件采用SIMATIC PCS OSx V3.12A；操作員站的硬件平臺為基于Intel Pentium 133MHz的586工控機(jī)，已經(jīng)沒有備件供應(yīng)；軟件平臺為基于SCO UNIX的組態(tài)軟件，已于2004年6月宣告生命周期結(jié)束，不再提供技術(shù)支持，系統(tǒng)面臨著維護(hù)成本的增加以及系統(tǒng)崩潰帶來的停產(chǎn)風(fēng)險，基于這種情況，我們決定對該系統(tǒng)進(jìn)行升級。
2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
為了不影響正常生產(chǎn)，保留原有正常運(yùn)行的S5下位機(jī)系統(tǒng)，將原來的監(jiān)控系統(tǒng)SIMATIC PCS OSx升級為WinCC 6.0，采用冗余客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)，WinCC服務(wù)器通過CP1613卡通過工業(yè)以太網(wǎng)和下位機(jī)CP1430卡進(jìn)行通訊，客戶機(jī)通過普通以太網(wǎng)加載冗余服務(wù)器上的數(shù)據(jù)包Serverdata和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，冗余服務(wù)器可以在任意一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障后實(shí)現(xiàn)自動切換，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
圖1 改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3 控制系統(tǒng)升級
3．1．通訊建立
WinCC服務(wù)器采用CP1613卡和S5 155U PLC的CP1430進(jìn)行通訊
首先在Step5中配置CP1430，增加和WinCC的連接
圖2 建立CP1430卡連接
然后在所建立的WinCC工程中添加“SIMATIC S5 Ehernet Layer4”通訊協(xié)議，建立連接。
圖3 建立WinCC連接
運(yùn)行WinCC，使用WinCC的通道診斷工具（Channel Diagnosis）來檢查通訊是否正確。
圖4 WinCC通道診斷
3．2．畫面組態(tài)
應(yīng)實(shí)際要求，在WinCC畫面組態(tài)時，盡量沿用原來 SIMATIC PCS OSx的操作風(fēng)格，同時根據(jù)需要加入新的操作功能。
圖5 畫面組態(tài)
在SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)中，對于下位機(jī)PLC的變量請求操作，系統(tǒng)自帶有“Request”功能能夠?qū)崿F(xiàn)對下位機(jī)變量的自動賦值和選擇，在升級為WinCC后，該項(xiàng)功能只能通過其它方式完成，通過監(jiān)控變量發(fā)現(xiàn)，SIMATIC PCS OSx中操作的變量實(shí)際為APT程序編譯產(chǎn)生的Install.tag中上傳的變量，我們利用WinCC的全局腳本實(shí)現(xiàn)這些功能，并且利用WinCC的Audit和Logon選件完成監(jiān)控系統(tǒng)的操作記錄和用戶管理等其他要求。
3．3．變量的連接
SIMATIC PCS OSx系統(tǒng)加載S5下位機(jī)的變量表為APT程序編譯產(chǎn)生的Install.tag文件，利用記事本打開該文件發(fā)現(xiàn)，生成的變量為結(jié)構(gòu)型變量，以閥門為例，一個閥門包含了諸如狀態(tài)（STATUS）、反饋監(jiān)控時間（TIMEOUT）、強(qiáng)制命令（OVERRIDE）、開關(guān)命令（SETPOINT）、模式切換（MODE_CMD）等變量信息。
圖6 變量結(jié)構(gòu)
WinCC在畫面狀態(tài)顯示中提供了直接連接、動態(tài)對話框，和C腳本語言等連接方式。直接連接可以將變量直接傳遞給對象屬性；動態(tài)對話框可以利用變量進(jìn)行運(yùn)算或通過運(yùn)算改變對象屬性；當(dāng)對象屬性比較復(fù)雜時可以采用C腳本語言來對對象的屬性進(jìn)行操作，在本系統(tǒng)中，上傳上來的變量為一個16位的字，每一位都表示不同的信息，為此我們對于對象的屬性顯示采用C腳本進(jìn)行操作。
3．4．程序的修改
原來的控制系統(tǒng)為四套采用CPU948的SIMATIC S5-155U PLC，編程軟件為SIMATIC APT 1.9，隨著工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)的要求，原有的程序不能滿足用戶的需要，在此基礎(chǔ)上，通過APT編程軟件編寫新制工藝的生產(chǎn)程序。
在系統(tǒng)的改造過程中，出現(xiàn)了WinCC監(jiān)控畫面中對象的狀態(tài)顯示信息變化慢，不能及時反映現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)的情況，即WinCC畫面信息和CPU信息不同步，明顯滯后。通過分析發(fā)現(xiàn)問題的原因是WinCC監(jiān)控畫面涉及到的變量調(diào)用的數(shù)據(jù)塊太多（在APT程序編譯過程中，如果新Mark了上傳變量，每進(jìn)行一次部分編譯上傳變量，這些新上傳變量在自動生成時就開辟一個新的數(shù)據(jù)塊，從而造成了變量調(diào)用的數(shù)據(jù)塊比較分散），WinCC系統(tǒng)每次請求S5 CPU的數(shù)據(jù)塊過多，相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換就會變慢甚至產(chǎn)生狀態(tài)信息丟失。
為了能夠及時的顯示現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，滿足生產(chǎn)的需要，我們通過在Step 5中編寫程序，將“Install.tag”中分散在零亂數(shù)據(jù)塊中的變量賦值到指定數(shù)據(jù)塊，大大減少WinCC調(diào)用的數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，經(jīng)過修改，將每個CPU中原來的幾十個數(shù)據(jù)塊中的變量集中到十個左右的數(shù)據(jù)塊，將數(shù)據(jù)塊合并的程序通過PG下載到CPU中，WinCC讀取的數(shù)據(jù)塊改為合并后的數(shù)據(jù)塊，提高了上下位機(jī)數(shù)據(jù)交換的速度，滿足了現(xiàn)場的操作要求。
圖7 數(shù)據(jù)塊合并示意圖
4 控制系統(tǒng)運(yùn)行
系統(tǒng)進(jìn)行時，首先在保留原有SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)的情況下，通過組態(tài)CP1430卡，加入WinCC的連接，觀察WinCC監(jiān)控系統(tǒng)是否能正確運(yùn)行和操作，待系統(tǒng)驗(yàn)證正確后，將原有的SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)去掉。升級后，現(xiàn)已投入正常生產(chǎn)。運(yùn)行結(jié)果表明，利用WinCC對原SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)升級后的系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時的反映現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的工藝和操作人員的操作需求，效果良好。
5 系統(tǒng)升級體會
本系統(tǒng)的正常投運(yùn)證明了在原有的SIMATIC S5 PLC上采用CP1430通訊處理器與WinCC系統(tǒng)通訊的可行性，也證明了利用WinCC改造SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)的可行性，為S5老系統(tǒng)的改造積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
上位機(jī)在改造成WinCC的過程中，遇到了監(jiān)控反映速度變慢的情況，這是由于原有的APT是與PCS OSx的通訊是采用改變觸發(fā)方式，而上位機(jī)采用單獨(dú)的WinCC是自己主動對下位機(jī)變量進(jìn)行掃描，加重了系統(tǒng)通訊的負(fù)擔(dān)，我們通過在S5中編寫數(shù)據(jù)塊合并程序來解決這個問題。
APT是西門子早期的針對S5，TI系列的結(jié)構(gòu)化編程語言，將設(shè)備用Device來描述，然后在SFC和CFC中編寫程序通過保留字（open、close、start、stop等）對這些Device進(jìn)行指令動作，從而對現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備進(jìn)行操作。
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