基于WinCC的S7-200 PLC實驗系統設計

焦志剛，崔 瀚

（沈陽理工大學 裝備工程學院，沈陽 110159）

0 引言

隨著自動化技術和數字通訊技術的迅速發展，可編程控制器(PLC)的功能也在不斷提高，并且廣泛應用于各行各業。因此全國工科高校均開設了PLC或電氣控制等針對PLC學習的課程，其中實驗環節是此課程的重要組成部分，它不僅可以鍛煉學生的動手能力，而且也可以使學生更深入的理解PLC的編程方法和動作的實現過程。所以PLC實驗課程在培養學生創新能力和工程實踐能力方面起著舉足輕重的作用。

對于完整的PLC實驗，監控部分是必不可少的，因為它具有直觀、生動、可視化程度高等優點。本實驗系統應用WinCC組態軟件開發上位機監控系統，從而完善PLC教學實驗環節。

1 試驗系統構成

S7-200 PLC實驗系統組成如圖1所示， 主要包括S7-200 PLC，它由CPU226(I24/O16)和擴展模塊EM235(AI4/AQ1)組成；裝有WinCC6.0組態軟件、STEP7-Micro/Win4.0以及PC Access v1.0的計算機；一根連接PLC和計算機的PC/PPI電纜。其中S7-200PLC安裝在實驗箱上，它的I/O端口通過導線連接到試驗箱上的輸入輸出插孔，這樣在實驗過程中只要用連接導線連接PLC的輸入輸出插孔和相應實驗的輸入輸出插孔就可以完成實驗硬件設備的連接。此實驗系統實驗箱自帶單元可以完成與或非、中斷實驗、交通燈、、定時計數、微分位操作、數據處理、模擬量輸入、模擬量輸入輸出、混料罐、、跳轉分支共10個實驗，此實驗箱上還自帶了擴展單元接口，通過安裝擴展模塊還可以完成沖壓試驗、刀具庫選刀、電機控制、電梯實驗、計件實驗、步進電機控制共6個實驗。這16個實驗包括了PLC課程中所有基本指令的運用，因此此實驗課可以很好的培養學生PLC編程的能力。

此實驗系統主要是通過計算機上的WinCC組態軟件開發監控系統，計算機與PLC之間通過PC/PPI電纜交換數據。但是WinCC中并沒集成PPI協議，也就是說WinCC不能直接監控S7-200系列PLC組成的控制系統。為了解決這個問題，我們只能通過OPC方式來實現S7-200系列PLC與WinCC的通信[1]。這時我們需要S7-200 PCAccess這個橋梁連接WinCC變量管理器的變量和PLC的變量，因為PC Access是西門子公司專門為S7-200PLC開發的OPC服務器，所以通過PC Access S7-200PLC就可以與任何OPC客戶端（包括以WinCC為OPC的客戶端）通信。

圖1 實驗系統構成

2 OPC服務器的建立

2.1 通信接口的設置

安裝S7-200PC Access后，打開項目管理器。在其左邊的樹形圖中鼠標右擊MicroWin(COM1)圖標，新建PLC并命名為PLC1。設置PG/PC接口，選擇PC/PPI cable，然后設置網絡地址和波特率以及PLC1的站地址。所有參數的設置要與Micro/Win4.0中的設置相同。

2.2 建立OPC服務器

在通信接口設置后便可以建立OPC服務器。首先要在PC Access中建立與PLC內存地址相對應的項目[2]，即將實驗過程中所用到的全部變量地址編入PC Access中，建立后的項目圖如圖2所示。S7-200 PC Access軟件本身帶有測試客戶機，可以方便地了解客戶機與服務器的通信情況，將建立完的項目拖放至測試客戶機窗口內[3]，單擊測試客戶機狀態圖標就可以測試客戶機與服務器的連接情況。當連接正常時，它會給出提示好以及時間標識[1]。客戶機的測試狀態如圖3所示。

圖2 PC Access中建立的變量

圖3 OPC客戶機測試狀態

3 應用WinCC開發S7-200實驗系統

將WinCC作為OPC客戶端，OPC客戶端通過OPC接口訪問S7-200 PC Access服務器。只要將OPC服務器中的項目添加到WinCC的變量管理器中便可在組態中使用了[3]。

3.1 在WinCC中創建OPC客戶端

1）打開WinCC項目管理器主界面，右擊變量管理器，選擇添加新的驅動程序選項，在彈出對話框中選擇OPC.chn，單擊打開完成OPC通道單元的建立。

2）右擊剛剛建立的OPC通道單元OPC Groups，選擇系統參數，在彈出的對話框中單擊\＜LOCAl＞前面的＋，系統會自動搜索出本地所有的OPC服務器，單擊S7200.OPCServer，然后單擊瀏覽服務器，在彈出的對話框中單擊下一步，這時會彈出S7200OPC服務器項目，單擊S7200.OPCServer前面的+，單擊彈出的MicroWin前面的+，之后在單擊彈出的PLC1會在窗口右邊出現OPC服務器的全部變量，選擇所需要的變量單擊窗口下面的添加條目，如果沒有建立OPC變量的邏輯連接會彈出一個對話框，單擊是系統會自動建立連接并命名為S7200_OPCServer，單擊確定完成OPC客戶端的創建。

3.2 S7-200PLC實驗系統開發

下面以刀具庫選刀實驗為例說明實驗系統的具體開發過程。

3.2.1 編寫PLC控制程序

刀具庫選刀實驗的實驗要求是對6把刀選取，按下刀具庫擴展模塊上的按鈕N轉盤轉到相應的刀具N，其中1≤N≤6。所以I/O地址分配如表1所示，PLC控制程序如圖4所示。

表1 刀具庫選刀實驗I/O地址分配表

圖4 刀具庫選刀PLC程序

3.2.2 組態畫面

打開WinCC圖形編輯器，首先需要建立6把刀的模型，所有模型均在對象管理器或圖形庫中選擇。同時需要一個返回到主畫面的按鈕，因為此試驗系統每做完一個實驗都要返回到主畫面再進行其它實驗。然后再添加6個靜態文本和6個輸入輸出域作為刀具的編號和選擇刀具號的輸出，組態完的刀具庫圖形窗口如圖5所示。

圖5 刀具庫選刀實驗組態畫面

3.2.3 對畫面添加動態

對畫面添加動態首先要做兩點分析：第一點是對動態要求的分析，它決定了我們要對畫面中的圖形組態什么樣的動態；第二點是對PLC控制程序的分析，它決定組態動態時所要連接的是那個變量。

刀具庫實驗的動態要求是在刀具庫實驗模塊上按選刀按鈕N，組態畫面上對應的刀具編號前面顯示N，所選的刀具變為黃色并且向前伸出與1號刀同列。在PLC的控制程序中將刀具的編號存儲在VW0中，VW0就是傳遞參數的變量。經過上述分析應對畫面中的輸入輸出域的輸出值以及刀具顏色刀具X值，刀具夾緊件的X值進行動態鏈接，連接變量都為VW0。對與1號刀具有關的對象設置如圖6所示。其它刀具的動態設置與其類同。

3.2.4 激活WinCC并運行PLC測試組態畫面

將PLC程序下載到PLC并將刀具庫實驗模塊連接好，點擊WinCC的運行按鈕并將PLC的開關撥到RUN位置。組態軟件運行后進入主畫面如圖7所示，刀具庫實驗效果如圖8所示。

圖6 與1號刀具相關對象相關屬性設置

圖7 S7-200實驗系統主畫面

圖8 刀具庫選刀實驗運行效果圖

4 結論

通過OPC技術和WinCC組態軟件開發了S7-200實驗系統，該系統可以完成對交通燈、混料罐等16個實驗的監控，實時的反映了實驗過程中各種變量的變化情況，實驗效果良好。目前已經應用到我院本科生及研究生的學習并取得了良好的效果。

[1] 李劍.西門子PLC與監控計算機通信問題的研究[D].天津大學,2007.

[2] 趙文剛,劉進.基于WinCC6.0及S7-200PLC的材料分揀監控系統設計[J].PLC、工控機與集散控制系統,2009,8.

[3] 穆剛,段智敏.OPC技術在小型立體倉庫監控管理系統上的應用[J].機械工程師,2006,12.

[4] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京:北京航空航天大學出版社.2005.