毕业设计（论文）基于WINCC的泵站控制系统设计

1、本科毕业论文题目：基于wincc的泵站控制系统设计学 院:信息科学与工程学院专 业:自动化学 号:学生姓名:指导教师:日 期:2008-6-10摘 要武汉市的排水泵站共有七个，分布在市区的长江沿岸。它担负着城市雨、污水排放的重要任务。每逢夏季到来，当污水蓄水池的水位低于长江水位时，污水蓄水池里面的水就必须通过泵站排入长江。如果排水不及时，致使下水道堵塞和桥下积水过多，就会影响交通和环境，给城市居民的生活带来诸多不便。随着武汉市城市建设的迅速发展，通过构建泵站监控网络，实现整个过程无人自动化已迫在眉睫。排水泵站自动监控系统的开发和应用，将大大提高排水泵站的自动化控制水平，增加泵站运行参数记录的可

2、靠性，减轻值班人员的劳动强度，并可对泵站机电设备运行进行实时监控。罗家路排水泵站监控系统由泵站控制系统、中心控制系统和通信系统组成。泵站控制系统采用了plc及相应的模块和通信设备。plc通过模板实现就地的数据采集和控制，同时将现场采集到的数据传至中控系统，并接受中控指令，实现远程自动控制。本文重点讨论监控系统组态界面的开发。其开发是利用的西门子产品wincc(windows control center，窗口控制中心)组态软件，来实现plc与监控机之间的通信及监控机监控画面的制作。关键词： 组态软件， 排水泵站， 自动监控系统， winccabstractthere are seven mun

3、icipal drainage pumping stations in wuhan,which are distributed in the edge of the yangtse river,undertaking the task of municipal rainwater and wastewater. in the summer,which is a rainy season,the water level of the impounding reservoir is higher than the yangtse river,so we must pump the water wi

4、th the municipal drainage pumping stations.if it isnt pumped on time,it will result in delay of dealing with emergencies,serious hydrocele below traffic bridges and a lot of inconvenience of living and traffic.with the rapid development of city construction,the scale of the municipal drainage pumpin

5、g station is increasing gradually.so the automatization of the whole control process through establishing the supervisory network of the drainage pump station is becoming more and more urgent.the modified project of luojialu drainage pumping station is to substitute the manual control system to auto

6、mation system. the research and application of the pumping station automatic monitor system will improve the degree of the control system,increase the reliability of the operation,decrease the intensity of the personal on duty and monitor the equipment status in real-time. luojialu drainage pumping

7、station automatic monitor system is composed of pumping station control system,central control system and communication system.the plc and relative modules collects the sample data and controls the equipments,and transmit the information to the central control system which implements remote control

8、sends the control order to the pumping control system.the concern of this paper is discuss the development of the supervisory interface with simatic wincc,which implenments the communication between the plc and the supervisory computer and the supervisory interface.key words: configuration software，

9、 drained pumping station， automatic monitor system， wincc目 录1 绪论11.1 泵站简介11.1.1 泵站在城市排水中的作用11.1.2 罗家路排水泵站简介11.1.3 泵站的特点11.2 研究泵站监控系统的意义21.3 泵站监控系统的现状及发展趋势21.3.1 早期的监控系统21.3.2 集散控制系统31.3.3 基于现场总线技术的plc网络31.4 本文研究内容和重点42 泵站控制系统概述52.1 控制工艺和功能52.1.1 泵站主控工艺52.1.2 泵站监控系统的功能要求52.2 监控系统的总体设计62.2.1 监控系统的设计特点

10、62.1.2 泵站监控系统的总体方案73 计算机监控组态软件83.1 计算机监控组态软件介绍83.1.1 组态软件的组成83.1.2 组态软件的功能83.2 组态软件的选择93.2.1 国内外流行的组态软件93.2.2 组态软件的选择103.2.3 wincc组态软件简要介绍103.2.4 wincc的系统构成103.2.5 wincc的性能特点114 监控系统的设计134.1 wincc项目的建立134.1.1 wincc项目管理器的介绍134.1.2 项目的设置134.2 为项目添加驱动程序144.3 变量管理144.4 图形的编辑164.4.1 图形界面总述174.4.2 图形界面介绍1

11、74.5 过程值归档及报警记录234.5.1 过程值归档234.5.2 报警的记录和显示244.6 用户管理254.7 与plc的连接264.8 运行设置和激活275 结束语295.1 总结295.2 展望29参考文献30致 谢311 绪论1.1 泵站简介1.1.1 泵站在城市排水中的作用泵站建设在我国已有近40年的历史，其功能日趋完善。供水、灌溉、城市防涝、防洪等各用途的泵站，在各行各业中正起着越来越重要的作用。按照泵站的各种作用，泵站可以分为供水泵站，排水泵站，调水泵站等。其中排水泵站有城市防洪的作用，所以在我国各大城市均有排水泵站的身影。武汉市的排水泵站共有七个，分布在市区的长江沿岸，其

12、主要作用是排放城市的污水。在冬季，污水蓄水池的水位高于长江水位，因此污水池里面的水可以直接排入长江，而当夏季到来时，一旦污水蓄水池的水位低于长江水位，污水蓄水池里面的水就需要通过泵站排入长江。如果排水不及时，致使下水道堵塞和桥下积水过多，就会影响交通和环境，给城市居民的生活带来诸多不便1。随着武汉市城市建设的迅速发展，市政污水泵站的规模在不断地扩大，排水泵站的作用也越来越重要。1.1.2 罗家路排水泵站简介 罗家路排水泵站是位于武汉市青山区罗家路江边的泵站，此泵站主要负责青山区周围的污水排放。和大部分泵站一样，罗家路排水泵站主要以下几个部分组成：l 出水闸门：此闸门主要是在冬季时用于自动排放集

13、水渠里面的水，此闸门位于排水泵站的右侧，当夏季到来时，此闸门关闭。l 蓄水池：当夏季到来时，出水闸门关闭，水聚集在蓄水池里，通过泵站抽出 。l 供电区：为了保证泵站的可靠工作，泵站供电直接通过高压输电线提供，其进线是10kv高压，通过几级变压，得到电机的额定电压和220v的低压生活用电电压。l 水泵房：罗家路排水泵站安装了4台6kw的轴流水泵。其水泵的电机是用的同步电动机，之所以使用同步电动机是因为大功率同步电动机功率因数高，在运行时，不仅不会使系统的功率因数降低，反而会改善电网的功率因数，另外，同步电动机的体积一般也比异步电动机的要小。l 控制柜房：控制柜房内装有进线柜，泵开关柜，励磁柜，电

14、压互感器柜，plc柜，电源柜等。泵站的控制和监控设备主要安装于控制柜房内。l 冷却水池：此水池里面的水是干净水，主要用于冷却电机，并且水通过循环管道循环使用。1.1.3 泵站的特点 此泵站以前的控制系统是用的老的单级继电器控制，其自动化监控程度低，泵站管理全部是手工操作，运行数据全部由人工记录，人员劳动强度大，耗电量大，而且运行数据的采集缺乏科学性，系统不易检修。泵站的这些缺点已经不能满足当前城市市政建设高速发展的需要。通过构建泵站监控网络，实现整个过程无人自动化已迫在眉睫。1.2 研究泵站监控系统的意义 1998年我国遭遇了百年不遇的特大洪水侵袭，包括武汉市在内的各个沿江地区和城市都受到了很

15、大破坏。在抗洪时各个排水泵站的作用显得格外重要，因此，为了提高城市的防洪排涝能力，武汉市政府决定对各大泵站进行自动化改造。其改造后的系统集数据采集、过程控制于一身，能够完成工艺流程控制、显示、操作状态监视、过程数据的监测、存储、报表打印等功能，该系统的研究的开发个有很大的意义。1.提高泵站运行的可靠性。泵站实现计算机监控后，首先通过各种监测装置能够快速准确和及时的进行监测，并不断地把状态数据送到数据库服务器里。一旦出现异常状态，系统就能够发出报警信息，而且能够迅速把信息传递给现场工作人员，及时做出处理。系统还能对事故过程进行历史记录和整理，防止下一次事故的发生，可使设备避免遭受更严重的损坏，从

16、而提高了泵站运行的可靠性。2.计算机监控系统使水泵合理运行从而节省了电能。泵站采用计算机监控运行后，在排水泵站的运行过程中，计算机通过检测泵站蓄水池的水位控制调节泵机开停，使水泵效率提高，从而达到节省电能的目的。3.提高了劳动生产率。泵站的很多工作都是由自动装置按一定的程序自动完成的，因此减少了人员直接参与操作、控制、监视、检查设备和记录等的工作量，改善了工作条件，减轻了劳动强度，提高了运行管理水平。同时可减少运行人员，实现少人甚至无人值班，提高了劳动生产率，降低了运行费用和成本。此外，运行人员的减少还可以降低生活敲诈的消耗，因而也可以减少泵站的抽奖。4.开发后的自动监控系统能及时准确的采集数

17、据并保存，为泵站的建设和管理提供了可靠有力的科学证据，为摸索城市排水规律，提高管理水平提供了方便条件。这对城市的防洪排涝有很大的帮助。1.3 泵站监控系统的现状及发展趋势纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占主导地位。1.3.1 早期的监控系统 早期国内大部分泵站的监控和管理还处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差距。在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。因此泵站的控制和管理没有形成区域化的网络。早期泵站自动化

18、监控系统通常彩集中采集中控制系统的工作模式，即现场各处的参数通过统一的模拟信号，例如0.02-0.1mpa的气压信号，4-20ma的直流电流信号，1-5v直流电压信号等，送往集中监控室。操作人员可以坐在监控室内观察生产流程各处的状态，可以把各单元仪表的信号按需要组成复杂控制系统。由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变换缓慢，抗干扰能力差，因此经常出现事故。武汉市罗家路排水泵站当前的监控系统还是这种比较老的系统，因此存在很多缺点，这也是对其进行改造的主要原因。1.3.2 集散控制系统 目前国内外比较先进的泵站自动化监控系统大多为集散控制系统dcs（distributed control

19、system）2。20世纪70年代初随着单片机的出现和发展，出现了dcs系统，它是以集中管理、分散控制为核心思想。在集散控制系统中管理于控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，多台下位机下放分散到现场实现分布式控制功能，上下位机之间以控制网络互连以实现相互之间的信息传递克服了集中数字控制系统对控制器的处理能力和可靠性要求高的缺点。这种监控系统在当时具有一定的先进性，但是还存在很多问题。它是建立在计算机通信协议基础之上的，无法延伸到现场智能设备，而且cds多为数模混合系统，满足不了数据通信全数字化的要求。同时它采用了独家封闭式的通信协议，为一些开发商所志有，给用户系统集成和应用带来许多问题。dc

20、s系统有以下主要缺点：1. 接线复杂，可维护性差。由于现场设备相对分散，而所有的信号都要连接到工控机上，这导致施工不便，产生故障后不易查找与排除。2. 精度差。由于线路上传输的是4-20ma的模拟信号，容易受到工业现场的干扰，造成精度的损失。3. 可靠性不好。所有的测量功能与采集功能均在工控机上，工控机负担很重。一旦工控机发生故障，整个系统将失去控制。4. 系统不易扩展。1.3.3 基于现场总线技术的plc网络20世纪80年代后期，人们在dcs的基础上开始开发一种适用于工业环境的网络结构和网络协议，并实现传感器、控制器层的通信，这就是现场总线3。由于从根本上解决了网络控制系统的自身可靠性问题，

21、现场总线技术在计算机监控系统中的应用愈发广泛了国际电工委员会iec61158对现场总线(fieldbus)的定义是:安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。第2版(ed2.0) iec61158-2用于工业控制系统中的现场总线标准一第2部分:物理层规范(physical layer specification)与服务定义(server definition)又进一步指出:现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器(transducers )、执行器(actuators)和本地控制器(local controllers)之

22、in的数字式、串行、多点通信的数据总线。对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述。例如，现场总线一般是指“一种用于连接现场设备，如传感器(sensors)、执行器及像plc、调节器(regulators)、驱动控制器等现场控制器网络.现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式，数字化、多点能信的底层控制网络；现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系；现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络;现场总线是用于过程自动

23、化和制造自动化(最底层)的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成;现场总线是从控制室联结到现场设备的双向全数字通信总线在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络。现场总线是当今3c技术即通信(communication)技术、计算机(computer)技术、控制(control)技术发展的结合点，是网络技术发展在控制领域的体现及其发展到现场的结果。现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，将对传统的工业自动化带来革命，从而开创自动化的新纪元。它必将逐步取代传统的独立控制系统，集中采集控制系统和集散控制系统，成为本世纪

24、自动控制系统的主流。现场总线所具有数字化、开放性、分散性、互操作性与互换性及对现场环境适应性等特点4，这些特点决定和派生出了一系列优点:1. 线和连接附件大量减少。2. 表和输入/输出转换器(卡件)大量减少。3. 设计、安装和调试费用大大降低。4 维护开销大幅度下降。5. 提高了系统可靠性。6. 提高了系统测量与控制的精度。7. 系统具有优异的远程监控功能。8. 现场设备更换和系统扩展更为方便。1.4 本文研究内容和重点本文在参考大量文献资料的基础上，结合武汉市罗家路排水泵站的自动化改造项目，对泵站的计算机监控系统进行了研究，其主要研究内容是利用西门子的人机界面hmi软件wincc对系统上位机

25、的设计研究。全文共分5章。第一章对泵站进行了简单的介绍，并对泵站监控系统研究的意义进行了阐述，然后对泵站监控系统的发展现状及发展趋势进行了分析说明。第二章主要对系统的工艺要求进行了说明，基本明确了系统的研究方法。第三章先对组态软件的基本知识做了介绍，并在常见的组态软件中选择了本设计使用的组态软件。然后对本设计选择的组态软件wincc做了简单的介绍。第四章是本章的重点。在本章中，对监控系统设计的整个过程和步骤做了详细的介绍和说明，并对重要的图形界面分别做了说明。第五章是本文的结束语，主要对本设计做了一个简单的总结，并对泵站监控系统和自动化技术的未来做了展望。2 泵站控制系统概述2.1 控制工艺和

26、功能2.1.1 泵站主控工艺 污水进入泵站后的工艺流程如下：泵站进水渠泵站集水池提升泵房出水渠长江。根据沿江排水泵站的具体工艺要求，可以确定监控工艺。设计要求，系统可以通过各种传感设备自动监测集水池水位，根据水位的高低来自动控制泵机的启停，从而使集水池的水位保持在一个合适的位置。在泵站工作过程中，系统要能够通过与plc的通讯自动采集和记录泵站工作过程中的各项数据，包括泵站电机的启停工作状态，泵站各个控制柜中的温度和工作电压电流，泵站工作中出现的故障数据等等。在水位超出设备设定范围时，或者系统的其它设备出现故障时，系统能够自动报警。设计要求电机的工作方式可以在自动方式和手动方式中进行选择。2.1

27、.2 泵站监控系统的功能要求 泵站的监控系统是在泵站控制室内的控制台实现对泵站设备的监测、控制功能，实现监视泵站状态和运行参数、接收故障报警信息、通过智能终端设备下达控制信号，并具有分级报警功能、操作权限管理功能、报表统计和打印功能等。(1) 状态采集功能:能动态采集下列信号:电机有功功率；电机无功功率；电机电压；电机电流；集水池水位；冷却水池水位；电网参数；水泵的开停等。(2) 状态数据的处理与分析能对采集数据进行存储;能对监控参数进行趋势分析; 能对监控参数进行趋势预报:能对监控参数的异常状态进行关联分析。(3) 报警功能对监控参数能实施报警功能，能进行记录(包括发生时间、监测参数数据，相

28、关参数数据等)，自动生成异常状态数据库。(4) 主要设备的运行状态显示工艺流程的动态显示;主要参数的历史曲线及趋势显示;相关参数的历史曲线及趋势显示;历史数据及特种一记录显示。(5) 存储功能各种监控参数的动态存储;各种监控参数的异常动态存储;控制行为的动态存储。(6) 查询功能各种监控参数的历史数据;各种监控参数的曲线及趋势;异常状态查询;控制行为查询。(7) 报表及打印功能各种监控参数的报表自动生成;各种监控参数的的指定区段数据打印:各种监控参数的报表打印;异常状态及控制行为的报表打印。2.2 监控系统的总体设计2.2.1 监控系统的设计特点排水泵站监控系统任务重大，根据其任务及系统要求，

29、监控系统的设计应该具备以下几个特点5：1、运行上的可靠性。这是最基本也是最重要的要求。由于计算机监测控制系统的运行环境一般都相对恶劣，而且计算机监测控制系统往往负担着重要的任务，它一旦出现故障，将造成整个被监控过程的混乱，引起严重的后果，由此造成的经济损失和对人们生活带来的不便往往远非计算机监测控制系统本身的造价所能比拟的。对计算机监控系统来说，特别对于泵站，可靠性是最重要的。计算机要能长期连续工作，要有较强的抗干扰能力和自检、自恢复功能。为了提高可靠性，要从硬件和软件两方面采取措施。在硬件方面，微机要选择较高的配置和可靠性较高的操作系统，尽量采用标准化的功能模块，尤其对接口的可靠性要给予特别

30、的重视。软件方面，也要有一个合理的结构，按模块化的要求设计程序，在可靠性要求特别高的场合，可采用双机或双重化系统。2、技术上的先进性。计算机监测控制是一个综合性、交叉性强的技术领域，它综合了计算机技术、自动控制、信息处理和通信、检测技术以及生产过程和管理方面的知识，其技术先进性概括来说体现在硬件设备、软件平台和工具、信息处理和控制策略这三个方面。计算机监测控制系统设计的一个原则应当是不盲目追求新技术，而在技术成熟的前提下尽量采用先进的技术。一方而，先进的技术可以获得更好的监测控制效果，从而可能获得更高的经济效益，因此在保证可靠性和经济上允许的前提下，应尽可能采用先进的技术;第二，计算机技术发展

31、十分迅速，硬件和软件更新换代的周期越来越短，采用先进的技术意味着延长系统的生命期限:第三，计算机监测控制系统大多作为整套生产设备的一部分出现，而高技术含量往往又体现在控制系统上，先进技术的采用可以大大提高整套设备的附加值，带来客观的经济和社会效益。3、使用上的方便性这包括三方面的含义:其一，是操作上方便。尽可能降低对操作人员的专业技术知识的要求，使他们在较短的时间内或通过说明书能掌握和熟悉操作使用。操作的内容尽可能简单明了，操作的顺序清晰简明，便于记忆。其二，是排错上方便.硬件的排列和安装合理，配有明显的指示或信号显示，并配有查错、诊断、故障报警程序，在故障出现时能及时对它定位并排除。其三，是

32、维护上方便。应尽量采用标准零部件，便于硬件的更换。4、实时性。计算机自动监控系统对各种信息的采集和处理要满足实时性的要求，对现场各种状态变化要及时响应。为了满足实时性的要求，计算机必须有足够高的时钟频率，性能优良的操作系统，丰富的函数指令以及合理的监控系统布局等。5、良好的适应性和可移植性。微机要能适应各种运行情况，当系统运行情况发生变化时，要求通过简单的操作或改变某些标志和参数值就能适应。同时，一个成熟的计算机监控系统不仅在所采用泵站能实现监控并体现良好的工作特性，在做少量的软、硬件修改后，就能适用于其它的泵站，这将给设计者和用户带来很大的方便，节约资金缩短投运周期。6、可扩充性。一个泵站监

33、控系统的功能随着泵站本身可能的分期装机发展及排水系统的发展势必要有一些改进的提高，这就要求计算机系统能尽可能的进行功能扩充。因此，系统应具有良好的开放性能，硬件配置要留有扩充的余地;软件要便于修改和增删，具有通用性。7、灵活方便的人机联系功能。泵站是在运行人员的监护下工作的监控系统必须随时向运行人员提供反映设备运行工控的信息，同时又能随时接受运行人员的各种命令。一个好的监控系统必须具备灵活方便的人机联系功能，面向对象的人机接口，操作维护也应简单易行。2.1.2 泵站监控系统的总体方案如前所述，泵站计算机监控系统主要由早期的单级继电器控制系统、集散型控制系统和基于现场总线技术的plc网络控制系统

34、，根据罗家路泵站的工艺特点和要求，罗家路泵站的自动化改造采用基于现场总线技术的plc网络控制系统。结合设计要求和特点，监控系统的很大一部分功能主要依靠组态软件来实现，本设计将选用优秀的组态软件来实现监控系统的下列功能（这也是本设计的重点）：(1) 泵站工作过程的动态可视化控制；(2)生产过程中生产数据的采集和管理；(3)生产过程监控报警；(4)变量归档功能；(5)建立和plc的连接并模拟运行。3 计算机监控组态软件3.1 计算机监控组态软件介绍 计算机监控系统的计算机操作系统使用最常见的windows xp系统，这里不再多做介绍。下面主要介绍计算机监控组态软件。3.1.1 组态软件的组成组态软

35、件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，他们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。使用灵活的组态方式，为用户提供快捷构建工业自动控制系统监控功能的通用层次的软件工具。组态软件通常由图形组态软件，数据变量管理组件，设备管理组件，系统设置组件与其他组件构成。不同的组态软件各种组件的表现形式不同，但其基本功能作用是相同的。1、图形组态组件图形组态组件也称为画面开发系统，借助画面开发系统，可以完成工业现场生产过程的各种工艺过程人机界面的图形组态。2 、数据变量管理组件数据变量管理组件也称为实时数据库系统。实时数据库是组态软件中更为重要的一个组件。借助画面开发系统，可以完成工业现场生产的过程的

36、各种工艺过程人机界面的组态图形。3、设备管理组件设备管理组件完成组态软件与相关下层控制设备的通信组态设备，如与plc，智能仪表，各种数据采集板卡的连接等。设备管理组件同样是组态软件中必不可少的组成部分。4、系统设置组件系统设置组件通常完成系统运行过程中的相关设置，如系统启动画面设置，用户设置，密码设置等功能。5、其他组件其他组件包括网络设置，第三方接口程序设计等，不同的组态软件有着不同的特殊配置。3.1.2 组态软件的功能常见的组态软件一般都有以下基本功能：1、数据采集功能大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行应用配置。相关驱动程序由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的“

37、接口规范”编写。2、脚本语言编写功能脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方式可分为三种：一是内置的类c/basic语言：二是采用微软公司的vb的编程语言：三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。3、组态环境的扩展功能扩展功能是指组态软件提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种增加的功能来自组态软件来自组态软件开发商，第三方软件提供商或者用户自身开发。增加功能最常用的是activex组件的应用，目前部分组态软件能提供完备的activex组件引入功能，并实现引入对象在脚本语言中访问。4、组态软件的开放性功能随着管理信息系统和计

38、算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供，或者通过开放式数据库连接技术将数据导出到外部数据库，以供其他业务系统的调用。可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。5、对internet的支持功能现代企业的生产已经趋于国际化，分布式的生产方式。internet将是实现分布式生产的基础。组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持interne

39、t，是摆在所有组态软件开发商面前的一个重要课题。6、组态软件的控制功能伴随着以工业pc为核心的自动控制技术的日趋完善和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些是指性的应用功能，如软plc功能，先进性过程控制策略等。3.2 组态软件的选择3.2.1 国内外流行的组态软件 当今国内外流行的组态软件主要有以下几种：1 intouch组态软件 在20世纪80年代末初，基于window3.1的intouch组他软件给工业自动化监控系统带来了升级，intouch组态软件提供了丰富的图库，早期的intouch组态软件采用动态数据交换方式与驱动程

40、序通信，性能较差，最新的intouch7.0版已经完全基于32位的windows平台，并且提供了opc支持，2.fix组态软件 美国intellution公司一fix组态软件起家，1995年被爱默生集团收购，成为爱默生集团的全资子公司， fix6.x软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序。3.citech组态软件 cit公司的citech组态软件具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。citech的组态软件脚本语言并非是面向对象的，而是类似于c语言。4. wincc组态软件 德国西门子的wincc组态软件也是一套完备的组态开发环境，西门子公司提供

41、类c语言的脚本，包括一个调试环境。wincc组态软件内嵌opc支持，并可对分布式系统进行组态。5.组态王 组态王软件是国家第一家较有影响力的组态软件开发公司产品。组态软件提供了资源管理器式的操作界面，并提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态软件也提供多种硬件驱动程序。3.2.2 组态软件的选择西门子公司(siemens)的工业组态软件wincc(windows control center)为开发适合现代化控制要求的系统提供了一个方便可靠、开放性好、功能强大的软件平台。wincc是采用了最新的32位技术的过程监控的软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是多用户系统，wincc

42、均是较好的选择。wincc监控软件提供了友好的操作界面，用户可根据需要形成操作画面、监控画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等，因而在各行各业得到广泛的应用6。基于wincc的以上优点，本设计选择wincc组态软件来完成。3.2.3 wincc组态软件简要介绍工业组态软件simatic wincc是德国西门子公司和微软共同开发的软件系统，是世界上第一个集成的人机界面(hmi)软件系统，是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和微机软件强大功能的产物6。它真实地将工厂控制软件集成到过程自动化中。wincc将windows nt应用程序的现代体系结构和使用方便的图形设计程序集合在一

43、起，可以很方便地生成人机界面，建立完整的过程监控解决方案。各系统集成商还可以用wincc作为其系统的扩展基础，通过开放接口开发自己的应用软件。wincc v6.0采用标准microsoft sql server 2000(wincc v6.0以前版本采用sybase)数据库进行生产数据的归档，同时具有web浏览器功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中mes和erp系统首选的生产实时数据平台软件。3.2.4 wincc的系统构成wincc基本系统是很多应用程序的核心，它包含以下九大部件7：1) 变量管理器变量管理器(tag management

44、)管理wincc中所使用的外部变量、内部变量和通讯驱动程序。2) 图形编辑器图形编辑器(graphics designer)用于设计各种图形画面并使其动态化。在wincc的图形编辑器中用户将在组态模式中用各种工具和对象生成图形画面，可以用包含在对象和样式选项板中的众多的图形对象来创建过程画面，可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上，向导提供了自动生成的动态支持并将他们链接到对象，用户同时可以在库中存储自己编程的图形对象。3) 报警记录报警记录(alarm logging)负责采集和归档报警消息。4) 变量归档变量归档(tag logging)负责处理测量值，并长期存储所记录的过程值。5)

45、报表编辑器报表编辑器(report designer)提供许多标准的报表，也可以设计各种格式的报表，并可按照预定的时间进行打印。6) 全局脚本全局脚本(global script)是系统设计人员用ansi-c及visual basic编写的代码，以满足项目的需要。7) 文本库文本库(text library)编辑不同语言版本下的文本消息。8) 用户管理器用户管理器(user administrator)用来分配、管理和监控用户对组态和运行系统的访问权限。9) 交叉引用表交叉引用表(cross-reference)负责搜索在画面、函数、归档和消息中所使用的变量函数、ole对象和activex控件

46、8。3.2.5 wincc的性能特点 wincc的性能特点如下： 1) wincc基于最新发展的软件技术，与microsfot的密切合作能保证用户获得将来不断更新的技术。 2) 包括所有的scada功能在内的客户机/服务器系统:即使最基本的wincc系统仍能提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报告的编辑器由最基本的wincc系统组件建立。 3) 集成odbc/qsl数据库:sql2000标准数据库集成于wincc，所有面向列表的组态数据和过程数据均存储于此库中，可以容易的使用标准查询语言(sql)或使用odbc驱动访问wincc数据库，如这些访问选项允许wincc对

47、其他windows程序和数据库开放它的数据。 4) 强大的标准接口(如ole，activex，opc):wincc建立了像dde，ole等在windows程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成activex控件和opc服务器、客户端功能。 5) 提供所有主要plc系统的通讯通道:作为标准，wincc支持所有连接simatic s5/s7/505控制器的通讯通道，还包profibus一dp，dde，opc等非特定控制器的通讯通道。此外，广泛的通讯通道可以由选件和添加件提供。 6) 与基于pc的控制器simatic wincc的紧密接口:plc操作、监控系统在一台pc机上结合无疑是一个面向

48、未来的概念。在此前提下，wincc和winac实现了西门子的基于陀的强大自动化解决方案。 7) 集成到mes和erp中:标准接口使得simatic wincc成为在tia环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理(mes，erp)提供管理数据。4 监控系统的设计4.1 wincc项目的建立4.1.1 wincc项目管理器的介绍wincc项目管理器代表最高层，所有的模块都从这里启动，启动wincc时进入wincc项目管理器窗口9。wincc项目管理器如图4.1所示。图4.1 wincc项目管理器4.1.2 项目的设置为了更有效地创建wincc项目，应对项目

49、的结构给出一些初步的考虑。根据所规划项目的大小，按照确定的规则进行某些设置，在开始创建一个项目前应考虑以下几方面：1) 项目类型在开始创建项目前，应清楚创建的是单用户项目，还是多用户项目。由于实验设备没有联网，故本项目创建为单用户项目。2) 项目路径可将wincc项目创建在一个单独的分区上，不要将wincc项目放在系统分区上。且由于wincc的汉化功能不是很完善，项目路径中最好不要包含任何中文字符。否则运行速度将会受到影响。3) 项目名称一旦完成项目的创建，再对项目的名称进行修改就会涉及许多步骤。因此，建议在创建项目之前就确定合适的名称。此外，所创建的项目还具有统一的画面、函数和变量命名的约定

50、等。本项目名称为“biyesheji.mcp”。4) 设置运行环境在项目环境的计算机属性一项中设置。包括运行时显示画面的形式(如是否全屏显示等)、启动画面、运行的控制模块等。其中运行的控制模块中图形运行是必需的，其他选项视实际情况而定。例如:项目中有记录标签值的功能，则标签管理器的运行应选中；若使用了报警，则报警管理器及文本库的运行应选中。如果运行环境参数的修改是在运行状态下完成的，必须先退出运行状态，再重新启动运行才有效。本项目运行时的显示画面设置为全屏显示。启动了文本库运行系统、全局脚本运行系统、报警记录运行系统、变量记录运行系统和图形运行系统。4.2 为项目添加驱动程序 每个项目都必须要

51、有驱动程序才能运行，西门子wincc 组态软件共提供20了个驱动程序。在本设计中，我们添加了simatic s7 protecol suite.chn协议和system info.chn两个协议。其中simatic s7 protecol suite.chn协议主要用于和plc进行通讯，system info.chn协议主要用于调用系统变量。添加驱动程序的步骤如下10:a) 在wincc项目管理器的浏览窗口中，右击“变量管理器”。b) 在快捷菜单中选择“添加新的驱动程序”菜单项，打开“添加新的驱动程序”对话框，选择simatic s7 protocol suite.chn和system inf

52、o.chn，如图4.2所示。添加驱动程序图4.2 添加wincc通讯驱动程序单击“打开”按钮，将添加此驱动程序到所组态的wincc项目中。4.3 变量管理 驱动程序添加完成以后，就要定义变量。本项目主要建立了三类变量：外部变量、内部变量和系统变量6。 1) 外部变量由外部过程为其提供变量值的变量，称为wincc的外部变量，也称为过程变量。每一个外部变量都属于特定的过程驱动程序和通道单元，并属于一个通道连接。相关的变量将在该通讯驱动程序的目录结构中创建。外部变量的最大数目由power tags授权限制。为了使该项目可进行在线调试，该项目创建了三个外部变量，一个输入变量，一个输出变量，一个模拟变量

53、。如图4.3所示。图4.3 建立外部变量 2) 内部变量过程没有为其提供变量值的变量，称为内部变量。内部变量没有对应的过程驱动程序和通道单元，不需要建立相应的通道连接。内部变量在“内部变量”目录中创建。所组态的内部变量的数据不受限制，也不需要授权。该项目创建了名为“bengzhan”的变量组，所创建的变量均放在该变量组中，变量的类型主要由二进制变量、浮点型变量以及文本变量等。如图4.4所示。3) 系统变量 wincc提供了一些预定义的中间变量，称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义，可以提供现成的功能，一般用以表示运行系统的状态。系统变量由wincc自动创建，组态人员不能创建系统变量，但可使

54、用由wincc创建的系统变量。系统变量以“”开头，以区别于其他变量。系统变量可以在整个工程的脚本和画面中使用。该项目还创建了分别为“年”“月”“日”“时间”类型的系统变量，用于主界面上系统时间的显示。如图4.5所示。图4.4 内部变量的建立图4.5 系统变量的建立4.4 图形的编辑组态编辑的内容是整个监控程序的核心。主要任务是通过wincc软件的图形设计(graphics designer)功能，组态编辑一系列的用户界面文件，通过这些界面文件从网络上plc中获得各种监控数据并以不同的形式显示在界面上，利用这些数据完成一定的功能。这是建立项目中最重要的工作。利用图形编辑器编辑监控画面，并将其中的

55、对象与相应标签建立动态连接。当监控程序运行时，操作者就可以通过这些界面显示的内容完成对生产过程的监控。wincc提供的图形对象有很多种。基本对象库里有ole控件、按钮、滚动条、单选钮、应用窗口(可以将记录标签值的表格、曲线及报警信息放入其中显示)等等，图形库里有各种特殊的图形对象，如水箱、泵组、阀门等等。除此之外，还可以针对特殊情况自己生成图形对象存入图形库中，待使用时从中选取即可。用户还可以导入外部图形和文本数据。这样就可以建立非常逼真的监控画面11。4.4.1 图形界面总述本设计制作的图形界面分为监控界面和操作界面。监控界面包括工艺界面，报警界面，曲线界面和登录界面。监控画面分别显示了系统

56、的运行工艺和各项系统参数，为操作员提供了直观动态的监控效果。操作界面主要是供操作员对水泵和风机进行操作。在各个监控界面下方，都有导航按钮，用以切换到需要监控的界面，其设计方法是右键点击按钮，打开按钮组态对话框，在单击鼠标改变画面选项中选择相应的界面。其中退出按钮选择登录界面。在界面标题两侧，还显示了日期和时间，方便操作员查看。下面对主要界面分别进行介绍。4.4.2 图形界面介绍1.登录界面登录界面主要用于进入监控系统和退出监控系统。在最后设置运行属性时也常常把这一界面设置为系统的启动界面。这个界面的内容很简单，主要由系统名称文本和两个按钮组成。两个按钮的设置分别为：“进入系统”的动态设置为点击时进入排水泵界面，“退出系统”按钮的动态设置是在动态向导里的系统函数里面选择退出wincc,设计好的登录界面如图4.6所示。2.排水泵界面这一界面是此系统的主要工艺流程界面，用户在登录界面中点击进入系统以后就进入到这一个界面。它显示了排水泵站的排水工艺流程从水进入水泵进水管到水泵把水抽出到排到泵站出水管这一整个过程，在这个界面上，我们还可以看到水泵工作时水流的动态效果，还有前池液位，外江液位以及各个水泵的启动次数等系统参数，各个水泵的工作电压和电流以及风机的