基于WINCC的設備監控系統在汽車制造車間的應用

胡榮明

(北京奔馳汽車有限公司，北京 102600)

隨著自動化技術的不斷推廣，自動化設備的分布式控制得到了廣泛應用。而計算機技術和網絡理念的發展，使得通過計算機集中式管理此類設備成為了現實。以某汽車制造主機廠的涂裝車間為例，車間內有約40個PLC，大小設備數千臺，報警數萬條，單單靠人工無法實現對設備的實時監控和及時的故障響應。利用西門子WINCC組態軟件，使用TCP/IP協議與現場PLC的連接，通過畫面的組態和變量的連接實現全車間設備的在線實時監控，同時利用自寫控件實現重點報警郵件發送給指定人群的功能。

1 雙網卡設置

網卡的分類：按有無物理上的通信線纜分類分為有線網卡和無線網卡。有線網卡又可以分為廣域網卡、局域網卡等。網卡上可以是單獨一種接口的(稱為單口網卡)，也可以是兩種接口(稱為二合一網卡)[1]。目前汽車制造車間的自動化控制層級多數為以下結構。信號級：包括傳感器、開關、電機、變頻器、風機、水泵等。控制級：可編程控制器(PLC)。管理級：上位管理系統(CCR)。

西門子自動化控制系統控制級和信號級常見的通信協議是Pofinet/Profibus，管理級與控制級的通訊往往采用TCP/IP或OPC方式。該涂裝車間擬使用一臺服務器電腦實現現場設備的實時監控功能，對于重點報警，可以以郵件的形式發送給指定的責任人。目前，該服務器處于設備層級的網絡(內網)中，但郵件系統處于辦公網絡(外網)中，二者在物理上是分割的。

本項目采用電腦原裝單網卡及外置USB網卡，配置方法如下：內網采用固定IP，按照車間的內網規則設置好子網掩碼和網關，外網采用自動獲取IP的模式。由于Windows有兩個網關導致了路由沖突，使得計算機無法訪問網絡，需要對windows路由規則進行修改，修改方法如下：

Windows系統中打開命令提示符，輸入

route delete 0.0.0.0

route add -p 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 172.21.103.1

route add -p 10.0.0.0 mask 255.0.0.0 10.246.254.1

其中，-p為永久寫入，172.21.103.1為外網網關，10.246.254.1為內網網關。

2 通過TCP/IP協議連接PLC并進行畫面組態

2.1 WINCC的通信原理

通信數據通過TCP/IP送入協議棧中，然后逐個通過每一層直到被當作一串比特流送入物理網絡，對數據進行封裝和打包，數據送到接收方對等層后，對數據進行解封或拆包[2]。

WINCC通過變量管理器來對變量進行集中管理，該管理器對于整個工程項目產生的數據和存儲在數據庫中的數據統一進行處理。在WINCC Runtime中，其對整個系統的變量進行數據處理，運行系統內所有的軟件(包括圖形采集系統、報警記錄采集系統、變量趨勢采集系統等)需要的變量均通過變量管理器處理。實現通信連接的幾個重要步驟是：創建服務器和現場PLC客戶端的連接(網線、IP地址)，為WINCC添加合適的通信驅動，在通信驅動下建立與指定PLC客戶端的連接，在該PLC連接下，創建變量映射。

2.2 WINCC的TCP/IP連接

WINCC7.4及以上版本的TCP/IP協議驅動需要單獨安裝，驅動名為SIMATIC NET，連接方法為：控制面板的SET PG/PC Interface 選擇內網網卡(不要選擇Auto網卡)。WINCC驅動管理添加新的驅動程序選擇SIMATIC S7 Protocol Suite，WINCC的驅動下面輸入新的連接PLC的IP地址和插槽號(300系列的PLC插槽號為2，1500系列需要根據實際情況進行填寫)。新建的PLC下面創建變量組并進行WINCC變量和PLC變量的映射。畫面的組態方法類似于WINCC精致面板，組態好的畫面如圖1：

圖1 組態畫面實例Fig.1 Living example of configuration frame

2.3 WINCC的郵件預警系統

正常生產過程中，有些設備可能會出現一些警告，這些警告不會立即引起設備停機。但是，如果這些警告長時間不去處理，可能會演變成報警，甚至導致長時間的停機，影響生產。設計了對需要特殊關注的警告類的報警進行歸檔，若報警長時間一直觸發，則PLC內DB塊中某個bit置位觸發郵件控制系統，將相應的警告發送至指定責任人。

采用VB編寫.NET郵件控件，設置好郵件的服務器及相關收件人，編寫郵件控件的觸發VBS腳本。

Dim alarm

Set alarm=HMIRuntime.Tags(″Alarm1″)

alarm.Read

If alarm.value=1 Then

Dim mail

Set mail=HMIRuntime.Screens(″shiyan1″).ScreenItems(″Mail1″)

mail.Topic=″報警信息″

mail.SendEmail(″電機電流過高警告，請檢查電機！！″)

End If

郵件如圖2所示：

圖2 報警郵件示例Fig.2 Example of alarm mail

3 Web 版本的發布與訪問

在安裝WINCC過程中，需要選擇WEB Navigator Server，并安裝好IIS。組態Web服務，填寫站點名稱、IP地址、端口缺省的網頁選擇WebClient.asp，防火墻設置成例外選項。按照向導進行Web瀏覽器發布，在用戶管理器內創建Web訪問賬戶，并設置訪問起始頁。在IE瀏覽器上輸入IP地址進行訪問，按照向導安裝相應插件。通過以上步驟,即完成了Web的發布和訪問。

4 結語

WINCC是一款功能強大的在線圖形運行系統，Web版本的發布方便了非工控電腦的查詢監控，通過自編.NET控件，實現了郵件發送功能，使得WINCC系統更趨于多元化。