1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
原來(lái)的控制系統(tǒng)采用SIMATIC S5-155U PLC，編程軟件為SIMATIC APT,，通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與分布式I/O ET200M站相連,，其上位機(jī)監(jiān)控軟件采用SIMATIC PCS OSx V3.12A；操作員站的硬件平臺(tái)為基于Intel Pentium 133MHz的586工控機(jī),，已經(jīng)沒(méi)有備件供應(yīng),；軟件平臺(tái)為基于SCO UNIX的組態(tài)軟件，已于2004年6月宣告生命周期結(jié)束,，不再提供技術(shù)支持,，系統(tǒng)面臨著維護(hù)成本的增加以及系統(tǒng)崩潰帶來(lái)的停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，基于這種情況,，我們決定對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí),。
2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
為了不影響正常生產(chǎn)，保留原有正常運(yùn)行的S5下位機(jī)系統(tǒng),，將原來(lái)的監(jiān)控系統(tǒng)SIMATIC PCS OSx升級(jí)為WinCC 6.0,，采用冗余客戶(hù)機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)，WinCC服務(wù)器通過(guò)CP1613卡通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和下位機(jī)CP1430卡進(jìn)行通訊,，客戶(hù)機(jī)通過(guò)普通以太網(wǎng)加載冗余服務(wù)器上的數(shù)據(jù)包Serverdata和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，冗余服務(wù)器可以在任意一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
圖1 改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3 控制系統(tǒng)升級(jí)
3．1．通訊建立
WinCC服務(wù)器采用CP1613卡和S5 155U PLC的CP1430進(jìn)行通訊
首先在Step5中配置CP1430,，增加和WinCC的連接
然后在所建立的WinCC工程中添加“SIMATIC S5 Ehernet Layer4”通訊協(xié)議，建立連接,。
運(yùn)行WinCC,，使用WinCC的通道診斷工具（Channel Diagnosis）來(lái)檢查通訊是否正確。
3．2．畫(huà)面組態(tài)
應(yīng)實(shí)際要求,，在WinCC畫(huà)面組態(tài)時(shí),，盡量沿用原來(lái) SIMATIC PCS OSx的操作風(fēng)格，同時(shí)根據(jù)需要加入新的操作功能,。
圖5 畫(huà)面組態(tài)
在SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)中,，對(duì)于下位機(jī)PLC的變量請(qǐng)求操作，系統(tǒng)自帶有“Request”功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)下位機(jī)變量的自動(dòng)賦值和選擇,，在升級(jí)為WinCC后,，該項(xiàng)功能只能通過(guò)其它方式完成，通過(guò)監(jiān)控變量發(fā)現(xiàn),，SIMATIC PCS OSx中操作的變量實(shí)際為APT程序編譯產(chǎn)生的Install.tag中上傳的變量,，我們利用WinCC的全局腳本實(shí)現(xiàn)這些功能，并且利用WinCC的Audit和Logon選件完成監(jiān)控系統(tǒng)的操作記錄和用戶(hù)管理等其他要求。
3．3．變量的連接
SIMATIC PCS OSx系統(tǒng)加載S5下位機(jī)的變量表為APT程序編譯產(chǎn)生的Install.tag文件,，利用記事本打開(kāi)該文件發(fā)現(xiàn),，生成的變量為結(jié)構(gòu)型變量，以閥門(mén)為例,，一個(gè)閥門(mén)包含了諸如狀態(tài)（STATUS）,、反饋監(jiān)控時(shí)間（TIMEOUT）、強(qiáng)制命令（OVERRIDE）,、開(kāi)關(guān)命令（SETPOINT）,、模式切換（MODE_CMD）等變量信息。
WinCC在畫(huà)面狀態(tài)顯示中提供了直接連接,、動(dòng)態(tài)對(duì)話(huà)框,，和C腳本語(yǔ)言等連接方式。直接連接可以將變量直接傳遞給對(duì)象屬性,；動(dòng)態(tài)對(duì)話(huà)框可以利用變量進(jìn)行運(yùn)算或通過(guò)運(yùn)算改變對(duì)象屬性,；當(dāng)對(duì)象屬性比較復(fù)雜時(shí)可以采用C腳本語(yǔ)言來(lái)對(duì)對(duì)象的屬性進(jìn)行操作，在本系統(tǒng)中,，上傳上來(lái)的變量為一個(gè)16位的字,，每一位都表示不同的信息，為此我們對(duì)于對(duì)象的屬性顯示采用C腳本進(jìn)行操作,。
原來(lái)的控制系統(tǒng)為四套采用CPU948的SIMATIC S5-155U PLC,，編程軟件為SIMATIC APT 1.9，隨著工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)的要求,，原有的程序不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需要,，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)APT編程軟件編寫(xiě)新制工藝的生產(chǎn)程序,。
在系統(tǒng)的改造過(guò)程中,，出現(xiàn)了WinCC監(jiān)控畫(huà)面中對(duì)象的狀態(tài)顯示信息變化慢，不能及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)的情況,，即WinCC畫(huà)面信息和CPU信息不同步,，明顯滯后。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的原因是WinCC監(jiān)控畫(huà)面涉及到的變量調(diào)用的數(shù)據(jù)塊太多（在APT程序編譯過(guò)程中,，如果新Mark了上傳變量，每進(jìn)行一次部分編譯上傳變量,，這些新上傳變量在自動(dòng)生成時(shí)就開(kāi)辟一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊,，從而造成了變量調(diào)用的數(shù)據(jù)塊比較分散），WinCC系統(tǒng)每次請(qǐng)求S5 CPU的數(shù)據(jù)塊過(guò)多,，相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換就會(huì)變慢甚至產(chǎn)生狀態(tài)信息丟失,。
為了能夠及時(shí)的顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，我們通過(guò)在Step 5中編寫(xiě)程序,，將“Install.tag”中分散在零亂數(shù)據(jù)塊中的變量賦值到指定數(shù)據(jù)塊,，大大減少WinCC調(diào)用的數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，經(jīng)過(guò)修改,，將每個(gè)CPU中原來(lái)的幾十個(gè)數(shù)據(jù)塊中的變量集中到十個(gè)左右的數(shù)據(jù)塊,，將數(shù)據(jù)塊合并的程序通過(guò)PG下載到CPU中，WinCC讀取的數(shù)據(jù)塊改為合并后的數(shù)據(jù)塊,，提高了上下位機(jī)數(shù)據(jù)交換的速度,，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)的操作要求。
圖7 數(shù)據(jù)塊合并示意圖
4 控制系統(tǒng)運(yùn)行
系統(tǒng)進(jìn)行時(shí),，首先在保留原有SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)的情況下,，通過(guò)組態(tài)CP1430卡，加入WinCC的連接,，觀察WinCC監(jiān)控系統(tǒng)是否能正確運(yùn)行和操作,，待系統(tǒng)驗(yàn)證正確后，將原有的SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)去掉,。升級(jí)后,，現(xiàn)已投入正常生產(chǎn)。運(yùn)行結(jié)果表明,，利用WinCC對(duì)原SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)后的系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時(shí)的反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況,，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的工藝和操作人員的操作需求，效果良好,。
5 系統(tǒng)升級(jí)體會(huì)
本系統(tǒng)的正常投運(yùn)證明了在原有的SIMATIC S5 PLC上采用CP1430通訊處理器與WinCC系統(tǒng)通訊的可行性,，也證明了利用WinCC改造SIMATIC PCS OSx監(jiān)控系統(tǒng)的可行性，為S5老系統(tǒng)的改造積累了一定的經(jīng)驗(yàn),。
上位機(jī)在改造成WinCC的過(guò)程中,，遇到了監(jiān)控反映速度變慢的情況，這是由于原有的APT是與PCS OSx的通訊是采用改變觸發(fā)方式,，而上位機(jī)采用單獨(dú)的WinCC是自己主動(dòng)對(duì)下位機(jī)變量進(jìn)行掃描,，加重了系統(tǒng)通訊的負(fù)擔(dān)，我們通過(guò)在S5中編寫(xiě)數(shù)據(jù)塊合并程序來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,。
APT是西門(mén)子早期的針對(duì)S5,，TI系列的結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言，將設(shè)備用Device來(lái)描述,，然后在SFC和CFC中編寫(xiě)程序通過(guò)保留字（open,、close、start,、stop等）對(duì)這些Device進(jìn)行指令動(dòng)作,，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備進(jìn)行操作。
參考文獻(xiàn)：
[1] SIMATIC APT User Manual
[2] SIMATIC PCS System Administration Manual
[3] SIMATIC PCS Interface to S5 Controllers
[4] S5－155U 可編程控制器操作手冊(cè)
[5] 何雙梅等，WinCC對(duì)LSB COROS操作系統(tǒng)升級(jí)的應(yīng)用實(shí)例,，2003年