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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(xiǎn)，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(dòng)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(shí)，盡量沿用原來 SIMATIC PCS OSx的操作風(fēng)格，同時(shí)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(dòng)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(gè)閥門包含了諸如狀態(tài)（STATUS）、反饋監(jiān)控時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)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(shí)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(dòng)生成時(shí)就開辟一個(gè)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(huì)變慢甚至產(chǎn)生狀態(tài)信息丟失。
為了能夠及時(shí)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(gè)CPU中原來的幾十個(gè)數(shù)據(jù)塊中的變量集中到十個(gè)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(shí)，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(shí)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(huì)
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(dòng)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(gè)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(dòng)作，從而對現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備進(jìn)行操作。
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