基于WinCC的交流电机调速监控界面研究

张明

（都匀供电局 贵州 都匀 558000）

WinCC（Windows Control Center）是由德国西门子公司与微软共同开发的软件系统，是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和微机软件的强大功能的产物，是世界上第一个集成的人机界面（HMI）软件系统[1]。它真实地将工厂控制软件集成到自动化过程中，以交流电机调速的控制系统为对象，利用WinCC创建动态人机监控界面，实现过程监控。

1 WinCC系统介绍

WinCC是西门子公司的一款组态软件，主要用于配合PLC作为上位机的人机界面程序的开发。WinCC完全支持分布式系统结构，有广泛的通讯接口，能和所有主要厂商的PLC进行通讯，如AB，GE，Omron等，甚至用户所特有的控制器也可以通过WinCC提供的CDK（通讯开发工具）与WinCC通讯。WinCC在生产和过程自动化中皆可视化，以确保更有效的生产过程。它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档、报警记录以及报表的功能模板，高性能的过程耦合，画面更新，以及功能强大的CScript和VBScript，使其具有高度的实用性。

2 WinCC组态软件设计结构

WinCC支持所有普通IBM/AT兼容的PC平台，按照各站连接设备及完成功能的不同，把监控界面按结构化思想进行了编排。各界面控制功能明确，可以清晰直观地反映现场情况，便于操作人员进行处理。图1显示了WinCC组态界面结构。

图1 WinCC组态界面结构Fig.1 Interfacial structure of WinCC

3 使用WinCC组态过程控制

无论是小规模简单的过程控制和监控应用，还是复杂的应用，WinCC都可以生成漂亮的人机界面，保证生产过程的安全，使操作员能够优化生产过程。以下实现以一个标签监控交流电机调速，并在监控画面上模拟现场运行情况。在WinCC变量管理器中建立相应的驱动器连接，定义用于访问PLC的过程变量[2]。在图形编辑器中利用系统提供的各种图形库制作生产监控画面，并将变量标签与每个对象连接，也就相当于画面中各个对象与现场设备相连，从而可在液晶画面上监视、控制现场设备。

3.1 组态过程画面

画面对象代表过程控件，利用图形编辑器编辑监控画面，并将其中的对象与相应变量建立动态连接。WinCC基本对象库里有OLE控件、按钮、滚动条、应用窗口等，图形库里有特殊的图形对象，如水箱、电机、阀门等。除此之外，还可以针对特殊情况生成图形对象存入图形库中。这些对象通过变量与过程连接，交互作用，从而建立非常逼真的监控画面。为激活对象必须为对象连接相应的变量，变量代表的是来自实际过程的值，如传送系统中的电机转速；变量也可以同时连接到多个对象，如数据输出窗口和棒图表格。WinCC可以为任一对象的任一属性或发生的任一事件提供动态描述。其实现方法有：直接与标签链接、动态对话框、直接链接及C语言编程方式[3]。

本文实现了当按下“起停”和“换向”按钮时，电机根据设置，颜色发生相应的动态变化；拖动速度滑块，电机的速度会随之改变，电机的I/O域和控件的数值也会同步更新，也可以直接在I/O域中输入值来改变电机的速度；当电机的负载发生变化时，电机的I/O域和控件的指针也会随之改变。

3.2 组态报警画面

在HMI系统中，显示当前过程状态具有重要意义，而在过程异常时产生报警也同样重要。WinCC可以设置变量的离散量报警和模拟量报警。离散量报警是根据变量的指定位被置位后而产生相应的报警信息，可用于对开关量的判断。模拟量报警对变量的极限值进行监测：如果变量值高于指定的上限值或指定的另一变量的当前值，则产生上限报警；如果变量值低于指定的下限值或指定的另一变量的当前值，则产生下限报警[4]。报警信息可存于硬盘的报警档案中，还可以用表格的形式显示于监控画面上或由打印机输出。操作员可根据报警信息快速找到故障原因并进行修正[5]。

本文中当“起停”按钮选择停止时产生离散量报警，当电机速度大于某一设定值时产生模拟量报警。

3.3 组态趋势画面

无论是操作员调节PID回路，分析电机电流，还是浏览以前的生产数据，WinCC都能以趋势的形式显示相关操作信息。趋势图以图形、表格独立或综合的形式生成，WinCC还提供了分析工具，用于操作员调节画面大小，浏览历史数据和改变显示比例。如图2对所监视的变量“电机速度”、“RAM”和“CPU_UTIL”都能以动态的曲线显示趋势，棒图的动作和曲线的变化是同步更新的，也可以用工具栏上的各个按钮来测试其功能，如可点击报警回路按钮来看是否可以切换到过程发生异常的画面。

图2 趋势画面Fig.2 Chart of trend

3.4 组态归档画面

记录生产和过程信息，对于分析系统运行状态和终端产品质量具有重要意义[6]。WinCC用变量记录编辑器来创建归档消息，并在画面中显示或用第三方软件来读取。该画面的功能与趋势画面非常相似，只不过趋势画面显示的是趋势，而归档画面显示的是表格，如图3所示。

图3 归档画面Fig.3 Chart of archiving

3.5 组态导航画面

本设计实现的是在创建的一个主画面中，组态实现不同过程画面之间的切换，如图4所示。

图4 导航画面Fig.4 Chart of navigation

3.6 现场调试

现场可以通过WinCC自带的“通道诊断”工具（Channel Diagnosis）进行通讯连接测试[5]，也可以在激活图形运行系统的情况下，把鼠标放到建立的连接上面，这时系统会提示状态“确定”，表明连接成功；如果提示状态“断开连接”，则表示连接失败。

4 结束语

在工业过程监控系统中运用WinCC监控组态软件具有明显优越性，不但可以简化上位机与PLC的通讯，而且根据实际需要设置监控对象，通过监控界面直观动态显示，控制过程清晰明确，能准确把握系统当前的各种运行状况，简化操作，提高了系统监控能力，从而保证系统运行的安全性。

[1]苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2]刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]Siemens SIMATIC WinCC Flexible 2005 Edition 0406.[M/CD]西门子公司，2006.

[4]WinCC通信手册[M].西门子（中国）有限公司自动化驱动集团，1999.

[5]刘华平，李文山，甘勤涛.基于WinCC V6自动化仓库信息监控系统设计[J].微计算机信息，2006，22（22）：87-88，218.LIU Hua-ping， LI Wen-shan， GAN Qin-tao.Design of an information monitoring system for the warehouse automation[J].Control and Automation， 2006，22（22）：87-88，218.

[6]王晓远，杜静娟，齐利晓，等.基于工业组态软件WinCC的化工工业监控系统[J].化工自动化及仪表，2006（5）：41-43.WANG Xiao-yuan，DU Jing-juan，QI Li-xiao，et al.Supervision control system of chemical industry based on WinCC[J].Control and Instruments In Chemical Industry，2006（5）：41-43.