張融海

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

PLC與WINCC集成系統(tǒng)實(shí)踐

張融海

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

PLC與WINCC集成系統(tǒng)可靠性高、組網(wǎng)靈活，是一套解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的控制方案。簡(jiǎn)要介紹PLC的特點(diǎn)及西門子視窗控制中心WINCC，并以江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦供水自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)踐，著重介紹PL C與WINCC集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信建立方法、控制界面、系統(tǒng)常見故障判斷方法。

PLC；WINCC；自動(dòng)化系統(tǒng)；通信；故障判斷

1 引言

PLC即可編程序控制器，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、使用維護(hù)方便、施工調(diào)試周期短等特點(diǎn)［1］，WinCC系統(tǒng)能方便地生成人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控。西門子S7-200系列PLC，根據(jù)對(duì)通信任務(wù)的不同需求，所支持的子網(wǎng)包括PPI、MPI、工業(yè)以太網(wǎng)等［2］。使用PLC上的以太網(wǎng)口與WinCC建立起通信，從而構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。下面以西門子公司視窗控制中心WinCC在江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦供水自動(dòng)化改造項(xiàng)目的實(shí)踐為例，來(lái)介紹PLC與WINCC構(gòu)成的集成系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)概述

江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦供水自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為三大塊：即生產(chǎn)泵房系統(tǒng)、生活泵房系統(tǒng)、凈化站中控室系統(tǒng)。凈化站中央控制室將240水池、選廠水池、生產(chǎn)泵房水池、生活泵房水池水位監(jiān)控、凈化站消毒間、生活清水池、投藥間、凈化站、生產(chǎn)泵房及生活泵房的各個(gè)電信號(hào)進(jìn)行集中顯示，當(dāng)PLC輸入接口外接的控制部件輸入控制信號(hào)時(shí)，由PLC內(nèi)部微處理器識(shí)別該控制信號(hào)，然后通過(guò)調(diào)用其內(nèi)部用戶程序，控制其輸出接口外接的執(zhí)行部件動(dòng)作，各泵房控制系統(tǒng)主電路便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作［3］。

供水自動(dòng)化系統(tǒng)由5臺(tái)S7-200控制柜、2個(gè)電壓電流采集箱和6個(gè)水泵現(xiàn)場(chǎng)操作箱等構(gòu)成。具體配置如下：

（1）凈化站、生產(chǎn)泵房、生活泵房、240水池、選廠高位水池各配置1個(gè)S7-200控制柜；

（2）生產(chǎn)泵房、生活泵房各配置1臺(tái)電壓電流采集箱；

（3）生產(chǎn)泵房配置3個(gè)水泵現(xiàn)場(chǎng)操作箱；生活泵房配置3個(gè)水泵現(xiàn)場(chǎng)操作箱；生產(chǎn)泵房控制柜的面板中設(shè)2個(gè)數(shù)顯表，分別顯示240水池和選廠高位水池的水位。240水池和選廠水池因有較高的防雷要求，選用H4（J）系列防雷箱。

圖1 生活泵房I/O表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

永平銅礦供水自動(dòng)化系統(tǒng)使用西門子公司的S7-200系列PLC與WINCC軟件集成作為監(jiān)控中心，用以構(gòu)建人機(jī)界面，其中包括設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)模擬量、開關(guān)量信號(hào)，如水位信號(hào)、管道流量、水泵工作狀態(tài)等，并對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行程序控制。通過(guò)5臺(tái)S7-200CP243-1工業(yè)以太網(wǎng)模塊構(gòu)建成一個(gè)工業(yè)局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中使用了單模光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)亦防止了雷擊涌流通過(guò)信號(hào)回路進(jìn)入系統(tǒng)中。其中生產(chǎn)泵房I/O表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1示，生活泵房I/O表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2示，中央控制室（凈化站）I/O表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3示。

4 PLC編程及與WinCC的通信建立方法

PLC編程：首先在電腦中安裝Step7-Micro/win V4.0SP6編程軟件，在軟件中建立項(xiàng)目，設(shè)置PLC類型，將梯形圖錄入，查看STL（語(yǔ)句表），進(jìn)行程序編譯，最后進(jìn)行下載和上載調(diào)試［4］。

PLC與WinCC的通信建立：PLC通信的根本目的是與通信對(duì)象交換數(shù)據(jù)，增強(qiáng)PLC的控制功能，實(shí)現(xiàn)被控制的全盤自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化、信息化及智能化［6］，WinCC中沒有提供S7-200系列PLC的驅(qū)動(dòng)程序，要用WinCC對(duì)S7-200進(jìn)行監(jiān)控，必須使用WinCC的OPC服務(wù)器進(jìn)行通信［5］。

S7-200的OPC通訊：（1）在S7-200的編程軟件Step7-Micro/win V4.0SP6設(shè)置S7-200的CPU地址；（2）設(shè)置PG/PC接口為PC/PPI；（3）在PC ACCESS軟件中創(chuàng)建S7-200的OPC驅(qū)動(dòng)，PC ACCESS是專為S7-200PLC所作的OPC服務(wù)器，可在西門子官網(wǎng)上下載。在PC ACCESS軟件中創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，并設(shè)置項(xiàng)目屬性、PG/PC接口為PC/ PPI。至此通訊完成，在連上PLC后點(diǎn)擊測(cè)試客機(jī)狀態(tài)，若下面變量顯GOOD，則連接成功。

WinCC的OPC客戶端連接：（1）在WinCC中創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，其次添加WinCC的OPC驅(qū)動(dòng)程序；（2）建立WinCC OPC CLIENT；（3）將OPC CLIENT訪問變量進(jìn)行導(dǎo)入。

圖2 生產(chǎn)泵房I/O表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

5 PLC與WINCC系統(tǒng)的控制界面

系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)入到WINCC初始畫面，系統(tǒng)對(duì)操作員身份進(jìn)行核實(shí)，以防止出現(xiàn)非授權(quán)的操控；用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“授權(quán)”按鈕，授權(quán)正確后，點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”按鈕即可進(jìn)入系統(tǒng)。進(jìn)入控制畫面后，在屏幕的底部設(shè)有一排按鈕，分別為“啟動(dòng)畫面”、“生產(chǎn)泵房”、“生產(chǎn)泵房控制”、“生活泵房”、“生活泵房控制”、“凈化站”、“數(shù)據(jù)記錄”、“運(yùn)行數(shù)據(jù)”、“事件記錄”、“打開報(bào)表”和“退出系統(tǒng)”，點(diǎn)擊按鈕即可進(jìn)入相應(yīng)的畫面或者執(zhí)行相應(yīng)的操作。為防止非授權(quán)的操作，授權(quán)在規(guī)定的時(shí)間后無(wú)效，當(dāng)需進(jìn)入生產(chǎn)泵房控制或生活泵房控制畫面實(shí)現(xiàn)泵閥的開關(guān)，必須再次進(jìn)入啟動(dòng)畫面進(jìn)行授權(quán)。

數(shù)據(jù)記錄：使用WINCC趨勢(shì)圖功能對(duì)生產(chǎn)泵房，生活泵房和凈化站的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控實(shí)際測(cè)量值，并可查看數(shù)據(jù)的歷史記錄；運(yùn)行數(shù)據(jù)：泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，加藥間二氧化氯發(fā)生器各項(xiàng)數(shù)據(jù)的顯示。事件記錄：泵的開啟與關(guān)閉時(shí)間記錄、故障到來(lái)與故障確認(rèn)時(shí)間記錄、登入系統(tǒng)與退出系統(tǒng)時(shí)間。生產(chǎn)泵房模擬圖如圖4示，生產(chǎn)泵房控制圖如圖5示。

6 系統(tǒng)常見故障判斷方法

檢查光纖的通訊：在光纖收發(fā)器/光纖交換機(jī)中，有個(gè)Link的指示燈，燈亮表示連接成功；燈滅表示無(wú)連接；燈閃爍表示有數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 中央控制室（凈化站）I/O表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖4 生產(chǎn)泵房模擬圖

圖5 生產(chǎn)泵房控制圖

（1）水池信號(hào)非正常顯示：①檢查水池控制柜的電源；②檢查水池到泵房的光纖通訊；③檢查泵房到中控室的光纖通訊；

（2）泵房信號(hào)非正常顯示：①檢查泵房控制柜的電源；②檢查泵房電壓電流采集箱的電源；③檢查到采集箱各信號(hào)與設(shè)備的連接；④檢查泵房到中控室的光纖通訊；

（3）單動(dòng)或聯(lián)動(dòng)模式無(wú)法開啟泵閥：①檢查“本地—遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換開關(guān)是否為遠(yuǎn)程；②檢查電動(dòng)閥是否處于關(guān)到位狀態(tài)。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)PLC與計(jì)算機(jī)的連網(wǎng)通信的實(shí)現(xiàn)，不僅提供了友好的人機(jī)對(duì)話界面，也發(fā)揮了PLC可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)特點(diǎn)，再通過(guò)組態(tài)軟件建立起綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)控制實(shí)時(shí)響應(yīng)快捷，安裝及使用方便，開發(fā)周期短，是一套解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的有效遠(yuǎn)程控制方案。這種綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用，可有效的提高工礦企業(yè)的自動(dòng)化水平，具有廣泛的推廣價(jià)值。

［1］張寶生. 可編程序控制器應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013:1-2.

［2］張?jiān)? 陶飛. 一步一步學(xué)PLC編程[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2013:154-156.

［3］韓雪濤, 韓廣興, 吳瑛. 簡(jiǎn)單輕松學(xué)電氣控制與PLC應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2014:274-275.

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［5］向曉漢, 蘇高峰. 西門子PLC工業(yè)通信完全精通教程[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2013:295-301.

［6］李江全, 劉榮, 李華, 等. PLC數(shù)據(jù)通信及測(cè)控應(yīng)用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2011:48-50.

Practice of PLC and WINCC Integrated System

ZHANG Rong-hai
（Jiangxi Copper Corporation Chengmenshan Copper Mine, Jiujiang 332000, Jiangxi, China）

PLC and WINCC integrated system is a set of effective solving actual control scheme, of high reliability, flexible networking. In this paper, the characteristics of PLC and Siemens windows UI control center WINCC are briefly introduced, and with the practice of Jiangxi Copper Corp in Yongping Copper Mine’s water supply automation system, the common fault of network structure, communication of PLC and WINCC integrated system establishing method, control interface and system judging methods are introduced.

PLC；WINCC；automation system；communication；fault diagnosis

TP277

B

1009-3842（2015）01-0081-05

2014-09-04

張融海（1972-），男，江西上饒人，工程師，主要從事礦山工業(yè)用電技術(shù)研究和管理工作。E-mail: 643023066@qq.com