1、- 1 -WinCC 与 WinAC 在模块化生产加工系统改造中的应用孙树文（北京工业大学，北京 100124 ）摘要：本文在介绍了模块化生产加工系统（MPS）结构和功能的基础上，着重阐述了应用 WinCC组态软件与 WinAC 软 PLC 改造 MPS 的方法，监控主机（PC）运行软 PLC 作为主站与 MPS 各工作单元 PLC 从站进行通信，构成分布式控制网络；通过组态软件创建动态监控界面，实现对 MPS工作过程的实时监控。关键词：组态软件、软 PLC、模块化生产加工系统中图分类号：TP273 文献标示码： BApplication of WinCC and WinAC in Refor
2、ming Modular Production SystemAuthor：SUN Shu-wen, TIAN Yue, ZHANG Jian(College of Mechanical Engineering & Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract: This article introduces the structures and functions of the modular productions system (MPS). I
3、t emphasis on how to the MPS is reformed based on configuration software and SoftPLC. The SoftPLC is studied and realized on the platform of monitor host computer. Via PROFIBUS, the master computer and PLC slave nodes can communicate with each other directly, like a distributed network. This paper i
4、ntroduces configuration of HMI, steps of realizing monitoring and control production process.Keywords：configuration software 、SoftPLC 、modular production system目前制造业正在经历一个快速变革的时代，面对激烈的市场竞争，企业需要提高生产过程自动化水平和产品质量。现代制造业的发展为基于PC 的自动化系统在生产加工和物流系统中的应用提供了广阔前景。基于 PC 与软 PLC 的自动化系统为用户提供了一个多功能、集成化的开放式平台，其特点在于大幅
5、度地提高了系统的连接性、灵活性和信息存取能力。因此，对监视和控制生产过程以及对生产数据进行归档和进一步处理的需求在不断增加。为了紧跟这一先进技术，在充分利用现有资源的前提下，对实验室原有的模块化生产加工系统（MPS）进行了改造，选西门子的 SIMATIC 系列产品，用 WinAC 作为软PLC、WinCC 作为组态软件，以 STEP 7 V5.4 作为网络配置与 PLC 程序编写的统一开发环境。一、 MPS 的结构与功能机电一体化培训实验室的教学设备 MPS 是典型的生产加工物流系统，由 5 个独立的单元组成，包括：供料单元、检测单元、加工单元、提取单元和存储单元。整个系统基本涵概了加工和检测
6、一个工件的全部过程，体现了自动化生产线上物流、能量流和信息流的概念。其过程为：供料单元从料仓中分离工件毛坯，并通过摆动气缸将工件毛坯送到检测单元；检测单元确定待测工件的材质特征和高度，剔除废品或将合格工件送到加工单元；加工单元对工件进行加工，并检查工件的加工尺寸；提取单元从加工单元移走工件，将合格品送到存储单元或将不合格品送至废品滑道；存储单元对检测合格的工件按其特征属性进行分类并送到不同滑道中。MPS 的工作每个单元由一台独立的西门子S7-300PLC 控制， CPU 为 315-2DP（带- 2 -PROFIBUS 接口） ；各工作单元可以单独工作，也可以组成系统完成整个加工过程。目前各工
7、作站之间通信采用的是 I/O 方式，即一个工作单元 PLC的输出与另一工作单元 PLC 的输入相连, 从而实现各工作站的协调动作。这种控制方式存在以下缺点：1）占用 PLC 资源多；2）信号远距离传输抗干扰能力差；3）不符合现代工业控制系统网络化结构的理念；4）MPS 系统不具备上位计算机监控功能。为了解决上述存在的问题，紧跟工业自动化控制领域的步伐，采用现场总线技术、软 PLC 技术和组态软件技术对 MPS 的控制系统进行改造。二、 MPS 监控系统的构成MPS 监控系统采用 PROFIBUS 总线连接各个工作单元的 PLC 与主控计算机，构成基于 PC 的自动化监控系统。PC 机运行 Wi
8、nAC 作为PROFIBUS 总线的 1 类主站，PC 机运行 WinCC作为 PROFIBUS 总线的 2 类主站，其系统结构如图 1 所示。包括：监控计算机、PROFIBUS 总线适配卡、PLC（ S7-300） 、PROFIBUS-DP 总线网络。分布在现场的 PLC 节点分别连接生产线的送料、检测、加工、提取和存储单元，并通过PROFIBUS-DP 通信接口与总线相连；监控计算机运行软 PLC 软件 WinAC 和组态软件 WinCC 并通过总线适配卡和连接在 PROFIBUS-DP 总线网络上的各个单元的 PLC 之间进行实时通信，从而实现整个模块化生产加工系统的分散控制和集中监管。
9、总线适配卡W i n A CW i n C CP R O F I B U SP L C 1P L C 2P L C 3 P L C 5P L C 4模 块 化 生 产 加 工 系 统 （ M P S ）送料单元 检测单元 加工单元 提取单元 存储单元图 1 模块化生产加工系统的总体结构三、 MPS 监控系统的组态调试与检验基于 PC 的现场总线系统前必须组建总线网络，并进行网络组态。组态是在 STEP 7 软件中完成的，主要分为以下几步。第 1 步：组态基于 WinAC 的 PC 主站。启动SIMATIC Manager，创建一个新的工程，并在此工程下插入一个“SIMATIC PC Stati
10、on”。将默认名“SIMATIC PC Station（1） ”改成站名“WinAC ”。在 SIMATIC Manager 中选择 WinAC，双击“Configuration”，进入 HWConfig 硬件组态编辑器。在 HWConfig 窗口右边的硬件目录中选择WinLC V4.1，用鼠标拖入左边的 2 号插槽中，WinLC 是 WinAC 中的 Logic Controller 组件。在硬件目录中选择 V4.1 下的 CP 5613，将它拖放到左边 WinLC 下的 IF1 插槽中，与在 PC Station 中的组态一致。接着自动弹出 Properties-PROFIBUS对话框，单
11、击 new 按钮新建一个 PROFIBUS 总线，设置总线的参数，并设置本站的 PROFIBUS 地址为 1，基于 WinAC 的 PC 主站组态完成界面如图2 所示。图 2 WinAC 主站组态界面第 2 步：组态 S7-300 PLC 从站。MPS 各个工作单元的 PLC 包括 CPU 和信号接口模块，这些硬件信息也需要组态。以检测单元为例说明 PLC的组态过程，在刚刚建好的工程中插入一个SIMATIC 300 Station，将默认名 “SIMATIC 300(1)”改成站名“Testing” 。在 SIMATIC Manager 左边浏览窗口中选择站点 Testing，双击 Hardw
12、are，进入HW Config 硬件组态编辑器。对 S7-300 的机架、- 3 -电源、CPU 、信号接口模块等按其实际配置类型和物理地址进行组态，其中在 CPU 的组态中设置总线地址，Testing 站地址设为 3。第 3 步：点击 NetPro 按钮查看整个PROFIBUS 总线网络组态信息，并将组态信息通过编程通讯电缆下载到 PLC 并进行确认，依次完成各 WinAC 主站与 PLC 从站的组态后，便构成了 PROFIBUSDP 总线网络。组态好的界面如图所示。图 模块化生产加工系统的网络组态界面控制系统的 PLC 程序是采用西门子公司 S7系列 PLC 的软件包 STEP7 V5.4
13、 设计开发而成。程序设计采用结构化编程，应用组织块（OB） 、功能块（FB ） 、功能（ FC）及数据块（DB）组成对MPS 系统的控制系统程序。STEP7 V5.4 界面友好，编程方便，在线调试便捷，具有梯形图（LAD） 、语句表（STL）和功能图（FBD）三种编程形式并可随意切换和组合使用。STEP7 中有许多固定的系统功能（SFC） ，其中 SFC14 和 SFC15 分别用于通过 PR0FlBUS-DP 总线读写 IO 设备参数。四、 MPS 监控界面的实现监控界面由西门子的组态软件WinCC（Windows Control Center）建立，它使用最新的软件技术，可在 Window
14、s 环境中提供各种监控功能，确保安全可靠地控制生产过程。WinCC 运行于计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的项目设置、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可以生成所需的监控画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。在组态软件中为了实现 PROFIBUS 网络的PC 主站与 PLC 从站之间的通信，首先要对总线适配卡 CP 5613 进行初始化，然后在 WinCC 的变量管理模块中添加通信驱动 SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE。接着在 PROFIBUS 通道中建立新的驱动程序连接，设置相
15、应的参数，完成与S7-300 PLC 通信通道的建立；在 Soft PLC 通道中建立新的驱动程序连接，设置相应参数，完成与WinAC 的通信连接。然后新建变量，将 WinCC与 PLC、软 PLC 之间需要通信的数据一一建立变量，以完成 WinCC 与 PLC、软 PLC 之间的数据通信。将变量划分为不同的组以便于更好地管理这些变量。在图形编辑器（Graphics Editor）中使用基本元件或图形库中的对象制作生产监控画面，将变量与每个画面对象连接，即相当于画面中各对象与现场设备相连，从而实现在画面上监视和控制现场设备。模块化生产加工系统的监控界面如图 4 所示。图 4 模块化生产加工系统
16、的监控界面五、 结束语本文将一种先进的控制系统结构理念：基于PC 与现场总线的分布式控制系统应用于模块化生产加工系统的改造中。经过调试，实现了PROFIBUS 主站（ PCWinAC ）与各个单元 PLC从站之间的正常通信，通过 WinCC 组态软件建立了 MPS 的监控界面，实现了系统运行状态的实时监控，检查了整体方案的可行性；验证了整个系统信息传递及控制的可靠性、准确性和实时性。该系统将逻辑控制、人机界面和数据处理集成在一个开放式的 PC 平台上，最大限度地利用了现有资源，为实现基于 PC 的自动化控制系统的应用提供了实践条件。参考文献：- 4 -1 孙树文，杨建武，李屹等PROFIBUS 总线与软 PLC 在分布式监控系统中的应用J，制造业自动化，2007 年 9 月：56-592 陆鑫盛，周洪气动自动化系统的优化设计M上海：科学技术文献出版社， 20003 孙树文，杨建武，张慧慧等机电一体化教学培训系统的设计与实现J ，中国现代教育装备 2007 年第 6 期：79-80 ，844 张海，王小明FESTO MPS 在自动化控制系统实验教学中的应用J，机床与液压， 2007年第 11 期：134-1365 孔令君，张慧慧WinCC 组态软件在生产物流实验系统中的应用J，制造业自动化，2008 年 1 月：62-63
