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WinCC 對 PCS OSx 監(jiān)控系統(tǒng)升級應(yīng)用
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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 133MHz586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20046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:

 

 0

1  改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3  控制系統(tǒng)升級

31.通訊建立

WinCC服務(wù)器采用CP1613卡和S5 155U PLCCP1430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

 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

 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4  WinCC通道診斷

32.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)

5  畫面組態(tài)

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WinCCAuditLogon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。
33.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) 

 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。

34.程序的修改

原來的控制系統(tǒng)為四套采用CPU948SIMATIC 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  

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SFCCFC中編寫程序通過保留字(openclose、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。


 

狀 態(tài): 離線

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供應(yīng)信息

公司名稱: 西門子(中國)有限公司
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