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基于WinCC的整備作業安全監控系統

文檔作者：孟建軍李德倉段麗霞2 趙德生文檔來源： 1.蘭州交通大學機電工程學院 2.西寧特殊鋼股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年06月11日
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第37卷
vol 37
第9期
No 9
計算機工程
Computer Engineering
2011年5月
Mav 201l
·工程應用技術與實現· 立觸●昏lo帥—叫朋f川llm卅“2-川3 立■嗣R礴-A 中圈分類號一Tl?319
基于WinCC的整備作業安全監控系統
萱樣‘，亭骱‘，震積2，越●生‘
(i!州交通大學機電T程學院，蘭州730070；2西寧特殊鋼№份有№公司，西寧810005)
■疊：為實現電力機車整備柞業安全監控自動化，結臺整薔作業現場控制要求，提出甚于視窗控制中o(WinCe)蛆態軟件的電力機車整
薔作業安全監控系統a采吊組態軟件的模塊化設計方{缶，刺用嘲絡通話、監控和現墑總線技術，實現以"oVinCC為平臺的人機羿自和H
s7 300PLC為主站、s7 2“／PLC為從站的PROFIBUS-DP總線嘲絡控制系統。測試結果表明，談柔境w實現多股道目時怍業．并實時實現
三鏹分層問∞鼓據奎換。
關●I一：電力機車；整備作業，安奄監榨；視宙控制中。組態軟件；PROFIBUS—DP N
Servicing Work Safety Monitoring System Based on WinCC
MENG Jian-iun‘，uDe．caagI，DU&amp;amp;NLi．xisz，ZltkO*menr
(1 Sch00I ofMechamanic Engin。ering，Lanzhnu Jiaotong UniveBily LaTlzhou 730070。China；
2 Xining Special SteelCo Ltd Xining 8I(1005，China)
IAbstractI To∞alize the—icing work automation of electric Iocomollvc this paper pToposes servicing work safety supewision system for
electric[ocomotive based onWindowsControlCenter(WinCC)∞nfiguration softw舯∞mbinedwiththe?clng operation controlling on，s1Ie In
the SUparvision system it adopts the moduleagty designing n"thod of configuration sofiwafe By the usc of compu【ef network??1cabon
mhMogy“monitoringt％hnology，thefieldbustechnology ek?a1IzeHMI system byWinCC；with S7t300 PLCforthe)old stud．S7-200
pLCfor slave sⅢo㈣ofthe 1line network?m ofthe PROFIBUS—DP Testwsults showthaithe supervision system achteve s?I㈣，us
operali伽sofm¨y n∞dsof州，女齟exchange帥呷gthethree hie州'hical∞d?twinfo邢ationm蛆a艫lne nI ofprepⅡedness operations
[Key wordsI elcctrie I蚴mtive；mwicing work；safety monitoring；Windows Colttrol CenteriWinCC)configumtio．sof～；PROFIBUS DP
ne咖ork
DOI：10 3969／jissnt0。0-3428 20Il 09 085
1鞭述
電力機車運行回庫后．必須在段內進行整備作業。傳統
的整備作業過程以人工控制為主。為改變電力機務段整備作
業的傳統監護模式和隔離開關的人工控制方式，實現整備作
業安全啦控的信息化和自動化，本文設計并實現了一種電力
機車整備作業安全監控系統。在整備作業過程中。采用信息
監控系統來掌握整備作業過程信息的基本情況，提出一種基
于視窗控制中心(Wi．dows Control Center，wincc)的解決方
怯．通過通信處理器與整備作業控制主機的通信鏈接，從而
可按一定的方式采集需要的數據，為監控整備作業信息提供
數據資料e
2整備作業苴控熏境
電力機車整備作業安全監控系統登錄界面如圖I所示。
■I電力耗車t魯柞生安壘苴控熹t整曩主鼻霄
2,1盛俸培相
系統采用集中管理、分布式控制網絡結|匈?。監控計算
機通過與作業現場人機交互系統的通信，實現了對現場執行
帆榪韻集中管理，同時對各勝道的作業過程實現動憊監涮和
分布式控制。電力機車整備作業安全監控系統總體結構如
圖2所示。H^月(?)
啊2苴拄熏麓時篁棒螬椿
主站可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,
PLC)與監控主機采用MPI申口通信；主站與各從站采用l類
基盤啊目：甘肅省科技攻關計劃基金赍助項目(2GS064．A52．035 01)
!州變通大學“青藍”工程基金資助項目(QL—I)5 14A)
作者膏，卜；盂建靴1966一】，月，教投，主研方向：微機測拄；亭悖暗
碩士研究生；殷麗霞，助理I程師；趙德生，硪上研究生
R藕日栩：2010-09-24 E-mail：lldecan91978@163?
萬方數據
第37卷第9期孟建軍，李德倉，段麗霞，等：基于WinCC的整備作業安全監控系統243
主站通過EM277模塊連接西門子第三方設備(s7—226 CN)；
下位機各從站之間采用冗余環狀網絡拓撲結構對各股道整備
作業設備進行控制；各個從站中s7．226CN的自由13 PORTO、
PORTl分別連接ID卡讀卡器和單片機人機交互系統，I／O口
用來控制隔離開關等執行機構；視頻圖像采用視頻卡進行采
集，然后傳送到監控主機。
2．2硬件結構
系統的硬件主要包括監控上位計算機、主站S7．300
CPU3 15—2DP、從站s7-226 CN CPU、EM277接13模塊、通
信處理器、MPI電纜、PROFIBUS連接電纜等。上位機采用
工業控制計算機，通信處理器采用SIMNATIC NET CP561 1
卡，該板卡是一種可即插即用的PCI通信卡，它支持PROFIBUS
和MPI 2種網絡連接。MPI符合RS．485標準，每個s7．300CPU
都集成了MPI通信協議，通過MPI，PLC可以連接的設備包
括編程器(PG)或運行STEP7的Pc、人機界面(HMI)以及其他
S1MATIC$7／M7／C7。因此，S7．300PLC可通過MPI接口簡
單而方便地與監控機進行通信，從而完成系統的硬件連接。
3監控系統的WinCC組態設計
3．1監控軟件設計
監控系統所采用的開發工具是西門子的組態軟件
WinCC 6．0，WinCC是一個集成的人機界面系統和監控管理
系統。監控軟件主要由3個模塊組成：變量管理模塊，圖形
模塊及過程值歸檔模塊¨J。
3．1．1變量管理模塊
變量管理模塊建立與管理WinCC所使用的變量和通信
驅動程序，可將整備作業現場的作業過程實時地反映在變量
的數值中。操作人員監控過程數據，在計算機上發布的指令
通過變量傳送給整備現場。WinCC的變量按功能可分為外部
變量、內部變量、系統變量和腳本變量4種類型。
3．1．2過程值歸檔模塊
過程值歸檔的目的是采集、處理和歸檔工業現場的過程
數據，以這種方法獲得的過程數據可用于獲取與設備的操作
狀態有關的管理和技術標準。在系統運行中，采集并處理將
被歸檔的過程值，然后將其存儲在歸檔數據庫中，以表格或
趨勢圖的形式輸出當前過程值或已歸檔過程值，也可將所歸
檔的過程值作為記錄打印輸出。
WinCC使用“變量記錄”組件來組態過程值的歸檔，可
選擇組態過程值歸檔和壓縮歸檔，定義采集和歸檔周期，并
選擇想要歸檔的過程值。
3．1-3 圖形模塊
圖形模塊是系統運行時的人機交互界面，用戶通過圖形
界面可以控制系統的運行，而系統也通過人機交互界面向用
戶顯示系統狀況和結果。系統軟件結構如圖3所示。
WindowsJ作系統平臺
0
系
操監
系系統系系素
作控
統統視統統統
員系通記頻lD 打幫
登統
信錄監卡印助
錄主
模模控管模模
界界
塊塊模理塊塊
面面
塊
0
下位機PLc系統
圈3監控系統昀軟件結糟
3．2軟件漉程
整備作業工作流程采用故障導向安全的設計思想，從邏
輯上對作業過程實現閉環控制131。而監控系統軟件操作流程
是依據系統工作流程設計的，系統軟件操作流程如圖4所示。
圈4監控系統的軟件操作瀧程
3．3通信組態
為了使監控系統與主站PLC進行通信，必須使用通信驅
動程序，因為數據管理器和PLC的連接依靠WinCC通信驅
動程序來完成。WinCC的應用程序從數據管理器中請求數
據，一般情況下，通信驅動程序包含多個通道單元，利用其
通道單元構成WinCC和過程處理之間的接13，并使用通信處
理器向PLC發送請求信息，最后通信處理器把相應請求的過
程值返回給WinCC處理。．．
3．4圈形西酉蛆態
系統的圖形模塊和作業過程中需要監控的股道比較多，
所以畫面的切換也就頻繁，各畫面之間的切換用WinCC按鈕
的鼠標動作來完成。使用WinCC的c語言腳本編程，在按
鈕鼠標動作中調用它的內部函數來實現。
下面以在系統通信模塊中點擊通信檢測按鈕后彈出通信
是否正常對話框為例，來說明WinCC的c語言腳本編程。
#include”apdefap．h”
void OnLButtonDown(char。|pszPictureName，char4 lpszObjectName，
char8 lpszPropertyName，UINT nFlags，int x，int y)
l
SetTagBit(”通信界面顯示”，1)；
SetTagBit(”發送”，1)；
if(GetTagBit(”上傳”)==1)
{
SetTagBit(”通信正常”，1)；
SetTagBit(”通信失敗”，0)；
．．J
else
if(GetTagBit(”上傳”)==O)
萬方數據
計算機工程2011年5月5日
{ 理”，從快捷菜單中選擇“添加新的驅動程序”菜單項，打開
SetTagBit(”通信失敗”，1)； “添加新的驅動程序”對話框，選擇S1MATIC S7 Protocol
SetTagBit(”通信正常”，o)： Suite．chn，添加此驅動程序到所組態的WinCC項目中。
} (4)驅動器加入成功后，選擇MPI通信協議并按右鍵選擇
刪1NcDTAGNAM：_8E：T：o?-S竺!．， 。“系統參數”，對其系統參數進行設置。
／，^／synt．a，x：#¨、defin，e TagNamdnAc曲n’’DMTagName” ‘(；)巍磊。M矗‘藉信驅荔并釜箬鍵選擇“新建驅動程序連
／／WINCC。：TAGNAME sECTION END 接”建立連接，點擊“屬性”將其站地址、槽號設置為與s7-300
I／WINCC：PICNAME SECTION START PLC硬件設置中的地址、槽號對應。
／／syntax：#define PicNamelnAction”PictureName’t 上述步驟完成后，即可在新建驅動程序連接器下面組態
Bnext PicID：1 變量或變量組，根據用戶的要求組態各種變量，各種變量通
／／WINCC：PICNAME—SECTION—END 過組態好的通道對數據進行交換，從而實現WinCC與下位機
l 主站s7．300PLC的通信。
4通信系統的設計與實現5結童謠
4·l 系統網絡模型基于WinCC的電力機車整備作業安全監控系統經實驗、
系統采用了PRoFIBU．|s現場總線網絡結構，實現了基于室調試、測試組對系統的功能、操作、通信等重要環節的應
PROFIBus總線的單主站H1(ST_300PLc)網絡控制系統對現場
用測試，系統工作穩定，可靠性和安全性高，所得各項技術
各股道整備作業的控制要求，保證對各個股道同時進行整備
指標都能滿足現場工作的需要。
作業時控制數據互相不沖突，因此對PROFIBUS—DP網絡中本文設計的系統具有以下特點：O)基T-WinCC的監控
各從站進行網絡組態，確保各從站在整個PROFIBUS·DP網系統中可視化的編程改變了傳統的編程風格，使系統操作更
絡有唯一的地址，從而實現網絡通信忙1。選擇s7-300系列加形象、直觀、簡便，用戶很直觀地看到現場作業情況和作
CPU 315—2DP做1類DP主站，采用單主站方式連入業信息，為整備作業的安全性和可靠性提供了保證。(2)對電
PROFIBUS—DP通信網絡；采用DP組合設備(s7-200PLC與力機車整備作業安全監控系統做了自主開發的嘗試，并獲得
EM277模塊)做DP從站，將s7-200系列CPU 226通過EM277 成功，實現了整備作業安全監控的信息化和自動化。(3)系統
模塊連接到PROFIBUS_DP通信網絡；通信介質為玻璃光纖， 采用集中管理模式、分布式控制網絡結構，實現了對現場執
外加2個RS485中繼器將總線長度擴展到1 400m，可對30個行機構的集中管理、對各股道的作業過程實現動態監測和分
車位同時進行整備作業。布式控制，變“人控’’為‘‘機控”，改變了傳統電力機務段整
4．2 WinCC與PLC通信與實現方法備作業“人盯人”的模式，確保了整備作業檢修人員的人身
WinCC使用變量管理器處理變量的集中管理，它處理安全。
WinCC項目產生的數據和存儲在項目數據庫中的數據，任務
是從過程中取出請求的變量值，這個過程通過集成在WinCC 參考文獻
項目中的通信驅動程序來完成。WinCC通信驅動程序使用通[1】邊春元，任雙艷，滿永奎，等．s7—300／400 PLC實用開發指
信處理器與PLC進行相互通信，于是WinCC與PLC之間的南【M】·北京：機械工業出版社，2007·
通信連接成功。【2】西門子(中國)有限公司自動化與驅動集團·深入淺出謠門子
WinCC與S7—300系列CPU 315．2DP主站通信類型為多
WinCC V6IM]-北京：北京航天航空大學出版社，2003·
點接口通信(MPI)，WinCC與s7—300 PLC通信設置步驟如下： [31吳慶立·電力機車整備作業安全監控控制系統的研究與開發【D】·
(1)在安裝STEP7的PC機上進行PLC的硬件組態，在硬蘭州：蘭州交通大學，2008·
件組態的過程中設置CPU的MPI地址和槽號皆為2，當硬件
[41周敏，李風婷，吳為民基于VB的Pc機與多臺PLC的通信
組態完畢后，雙擊在Windows控制面板下的工具“Set PG／PC
研究【J1·計算機工程，2009,35(4)：103—104·
Interface"，選擇MPl(WinCc)一PC Adapter(MPI)，設置相應的
【5】Meng Jianju“，Yang chengh山，Q1 We“zh8·s。rvicingⅥ^濺safety
參數并確定，這樣即完成了通信端口的設置。
洳P。rvl810n for E1。6m。L0comonve B88。d 0n co“figuratio“
(2)端口設置成功后，對組態的硬件進行下載，下載完畢，
s。ftware[C]／／Proc·of h把m撕。hal symposi岫on E1ec廿加1。
則下位機s7．300的設置結束。
c。mm。rc8 and Security·G“鋤92ho“，ch‘na：【8·“·],2007·
(3)在WinCC項目管理器的瀏覽窗13中，右擊“變量管編輯金胡虧
(上接第241頁)
【10】Chen Yin，Chen Genshe，Blum R S，et a1．Image Quality Measures [131梅長林，范金城．數據分析方法【M】．北京：高等教育出版社，
for Predicting Automatic Target Recognition PefformanceiC]／／ 2006．
Proc．of IEEE Aerospace Conference．Big Sky,USA：IEEE Press． 114]Chert Yin，Blasch E，Chen Huimin，et al·Experimental Feature-
2008．
based SAR ATR Performance Evaluation Under Different
【ll】Air Force Research Laboratory．Sensor Data Management System
Operational Conditions[C]／／Proc·of International Society for
MSTAR[EBIOL]．[2010-02—221．http：11wWW,sdms．afrl．af．rail／data
Opti。a1 Engin。。ring·Orlando,USA：【s．n·1，2008·
sets／mstar．
f’15l。Chang Chih 一 Chung。Lin Chih Jen LIBSVM：A Librar—y for
，
一
Suovort Vector MachineslEB／OI．1 12010．02．021．htto：／／wwwcsie
1121周林，張文，婁壽春，等·效用函數在防空c3I系統效能評nt0：du．tw卜cilill／libsvm．‘
1‘
估中的應用【J1·系統工程與電子技術，2002，24(1)：14-16，37· 編輯張帆

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