基于西门子PLC的远程实验平台建立与实现

孙 蓉，吕淑平，苏 丽，于 鑫，李 冰

（哈尔滨工程大学 自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

创建“没有围墙的大学”和基于网络的远程实验室，是少投入、多产出、资源共享的一种全新的办学理念，是高校未来发展的趋势。远程实验室是信息时代的产物，它可以作为传统实验室的完善和补充，两者互有优势，互为补充，相辅相成。本文利用实验室的现有条件，开发了基于西门子PLC电梯设备的远程实验平台软件，有效地减轻了实验教学的压力，使学生可以在实验室以外远程下载和调试程序[1]。

1 实现方案

首先，利用多任务、多平台、实时性好、开放性好的集成软件包WinCC（Windows control center，视窗控制中心）完成界面设计。WinCC所包含的图形化工具，允许用户快速、直观地建立面向过程的实时窗口，使用户能够快速、简单地生成容易操作和理解的界面，并在运行和组态环境之间快速完成被修改界面的测试而不影响数据采集。然后，结合Windows系统的远程登录功能实现对PLC系统的远程监控，使得学生可以不在实验室下载、调试程序[2－3]。

1.1 建立通信

在工业通信环境中，WinCC以变量和过程值的形式进行信息交换。为了采集过程值，WinCC通信驱动程序发送任务消息给AS，然后AS把相应的包含有所请求的过程值的回复消息发送给WinCC。本系统中，PLC之间、PLC与上位机之间的数据通信是通过MPI多点接口进行的，数据通信原理如图1所示。

本系统中使用的PLC是Siemens的CPU315-2，在变量管理器中应为其添加相应的通信驱动程序（SIMATIC S7Protocol Suite.chn）。因为上位机是通过CP5611卡与PLC进行通信，使用的是MPI通信方式，故应选择MPI通道单元，并配置系统参数，其逻辑设备名称设置为CP6511（MPI）[4]。配置好系统参数后，即可新建一个驱动程序连接，在驱动程序连接的属性中设置相应的PLC站地址。在本系统中，2个项目的连接设置除了站地址不同外，其余设置相同[1]。

图1 数据通信原理

1.2 建立项目

（1）启动 WinCC，单击“开始”＞SIMSATIC ＞WinCC＞ Windows Control Center 6.0选单（菜单）项。

（2）建立一个新项目。打开WinCC资源管理器，在文件菜单下选择“新建”，新建一个 WinCC项目，项目名称为“远程实验室”。首次运行 WinCC时，选择建立新项目的类型——单用户项目。

1.3 组态变量

1.3.1 添加逻辑连接

若要使用WinCC来访问自动化系统（PLC）的当前过程值，则在WinCC与自动呼梯系统间必须组态一个通信连接[5]。

首先，添加一个通信驱动程序，选择浏览窗口中的“变量管理”，在快捷菜单中选择“添加新的驱动程序”，在“添加新的驱动程序”对话框中，选择驱动程序SIMATIC S7Protocol Suite.chn，并单击“打开”按钮，所选择的驱动程序将显示在变量管理的子目录下。

然后，单击所显示的驱动程序前面的“＋”，右击MPI通道单元，在快捷菜单中选择“新驱动程序的连接”菜单项。在随后打开的“连接属性”对话框中输入逻辑连接名PLC，单击“确定”按钮，如图2所示。

1.3.2 建立过程变量

单击“变量管理”＞SIMATIC S7PROTOCOL SUITE＞ MPI前面的“＋”，展开各节点，右击出现的节点“PLC”，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项，如图3所示。

图2 建立新的连接

图3 建立新变量

在“变量属性”对话框中给变量命名，选择数据类型并为过程变量分配一个PLC中的对应地址，地址类型与通信对象相关。在地址域旁边的“选择”按钮，打开“地址属性”对话框，选择数据列表框中过程变量所对应的存储区域，并选择详细地址信息。

1.4 建立过程界面

在此过程中，利用WinCC的图形编辑器编辑监控界面，并将其中的对象与相应的标签建立动态连接。

利用系统提供的组件，建立所需的人机界面：初始界面和监控界面。右击WinCC资源管理器的图形编辑器，从快捷菜单中选择“新建界面”菜单项，创建一个名为“监控界面.pdl”的界面，并显示在WinCC资源管理器的右边窗口中。双击界面名称“监控界面.pdl”，打开图形编辑器编辑界面。在图形编辑器右侧的对象选项板中选择圆形、矩形工具，在绘图区绘制图形[6]，如图4所示。

监控图形按电梯硬件结构由电梯主体（包括轿厢、门厅按钮、显示单元）和轿厢内按钮面板组成。

图4 图形编辑器

其中，电梯主体部分将5层电梯的各层门厅集中在一起显示。如真实电梯一样，每层门厅都有一扇电梯门、门厅外呼梯的上下行按钮（内置显示灯）、用于楼层显示的数码管及显示电梯上下行的箭头指示灯。为方便起见，将轿厢内按钮面板单画在旁边，其上主要是一层—五层的内呼按钮、开关门按钮及运行检修指示灯[7]。

1.5 改变界面对象的属性和事件

为了使界面内的各对象能够监视及控制实际电梯的运动情况，要改变界面中的各个对象的属性和事件。

对象属性的动态化，可通过改变对象的颜色属性，来显示电梯各部分的状态及电梯各指示灯的亮与灭。

如组态电梯一层外呼按钮：右击该按钮，打开“对象属性”窗口，在属性选项卡中选择颜色属性。选择右边的数据窗口中属性列的“背景颜色”，右击动态列的白色灯泡，在弹出的窗口中选择动态对话框，设置“表达式／公式”为“电梯一层上外呼显示”，如图5所示。数据类型选择“布尔型”；设置有效范围栏“是／真”一行的背景颜色为黄色；单击事件名称行后面的按钮，打开改变触发器窗口，将变量电梯一层上外呼显示的标准周期改为“根据变化”，完成动态设置[8]。

对电梯一层外呼按钮进行如下设置：右击该按钮，打开对象属性窗口，选择事件栏的鼠标选项，右击右侧窗口中的“按左键”，从弹出窗口中选择“直接连接”设置“源”为常数“1”，“目标”为变量“电梯一层上外呼叫”，此时激活界面，用鼠标左击界面上的电梯一层按钮，实际电梯一层按钮灯会亮，说明该按钮已经按下，同时界面中的按钮显示黄色，至此该按钮组态完成[9]。

1.6 激活WinCC界面

通过以上方法，逐一组态各个对象，最终完成整个监控界面的设计。电梯运行时可激活监控界面，对实际电梯模型进行基本控制，通过Windows的远程桌面在客户端登录，便可以在实验室的外面也可以实现对PLC设备的控制和调试。

图5 选择变量窗口

2 实验平台的应用

本虚拟实验教学平台以 WinCC为主要载体，通过微软的远程桌面连接可实现远程编程、下载、监控和调试[10]。

首先，在实验机上右击我的电脑—属性—远程—远程桌面，勾选“允许用户远程连接到此计算机”，确定后即可在实验机上登录了；其次，在客户机上打开“开始—所有程序—附件—远程桌面连接”[11]，如图6所示。

图6 打开远程桌面连接

在打开的对话框中点击“选项”，计算机上填入要登录的主机的IP地址，并输入设置的用户名和密码，在“高级”选项中设置网络类型来优化设置，然后点击“连接”即可。

接着，在WinCC界面中打开STEP7编辑程序，与正常的STEP编程、程序的使用方法相同。

用户可通过WinCC界面监控呼梯登记、轿厢运行和楼层显示等电梯模型的工作情况，完成实验的操作与调试[12－13]。

3 结束语

基于西门子PLC的远程实验教学平台，通过WinCC实现对PLC系统的远程程序下载和调试，界面友好、操作易学。本文只给出了对于远程西门子PLC电梯实验教学平台的实现方法，实际上可以利用相同方法设计其他基于PLC的远程实验平台。

（References）

[1]李冰，郑秀丽，孙蓉，等.可编程控制器原理及应用实例[M].北京：中国电力出版社，2011.

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

[3]彭利标，徐耀生，王芯.可编程序控制器原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[4]柴瑞娟，陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5]李军.WinCC组态技巧与技术问答[M].北京：机械工业出版社，2011.

[6]吴启迪.面向职业教育的远程实训平台建构与应用[M].上海：同济大学出版社，2011.

[7]刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

[8]朱春东，魏浡，戴太亮，等.组态仿真控制技术在PLC教学中的应用[J].教育教学论坛，2012（19）：39-40.

[9]李万军.基于西门子PLC一体化实验平台的开发与设计[J].工业控制计算机，2011（9）：84-85.

[10]郭西进，任良才，耿乙文.PLC综合实训平台的设计与实现[J].实验室研究与探索，2011，30（6）：162-165.

[11]Su Jian.The Emulation Debugging System of PLC Based on Serial Communication Technique[J].Process Automation Instrumentation，2006（12）：43-45.

[12]吴作明，杜明星.深入浅出西门子STEP7[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[13]李晓波，郭艳萍.基于组态技术的PLC教学实验平台开发[J].漯河职业技术学院学报，2009（2）：12-13.