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基于WinCC的整备作业安全监控系统

文档作者：孟建军李德仓段丽霞2 赵德生文档来源： 1.兰州交通大学机电工程学院 2.西宁特殊钢股份有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月11日
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第37卷
vol 37
第9期
No 9
计算机工程
Computer Engineering
2011年5月
Mav 201l
·工程应用技术与实现· 立触●昏lo帅—叫朋f川llm卅“2-川3 立■嗣R礴-A 中圈分类号一Tl?319
基于WinCC的整备作业安全监控系统
萱样‘，亭骱‘，震积2，越●生‘
(i!州交通大学机电T程学院，兰州730070；2西宁特殊钢№份有№公司，西宁810005)
■叠：为实现电力机车整备柞业安全监控自动化，结台整蔷作业现场控制要求，提出甚于视窗控制中o(WinCe)蛆态软件的电力机车整
蔷作业安全监控系统a采吊组态软件的模块化设计方{缶，刺用嘲络通话、监控和现墒总线技术，实现以"oVinCC为平台的人机羿自和H
s7 300PLC为主站、s7 2“／PLC为从站的PROFIBUS-DP总线嘲络控制系统。测试结果表明，谈柔境w实现多股道目时怍业．并实时实现
三镪分层问∞鼓据奎换。
关●I一：电力机车；整备作业，安奄监榨；视宙控制中。组态软件；PROFIBUS—DP N
Servicing Work Safety Monitoring System Based on WinCC
MENG Jian-iun‘，uDe．caagI，DU&amp;amp;NLi．xisz，ZltkO*menr
(1 Sch00I ofMechamanic Engin。ering，Lanzhnu Jiaotong UniveBily LaTlzhou 730070。China；
2 Xining Special SteelCo Ltd Xining 8I(1005，China)
IAbstractI To∞alize the—icing work automation of electric Iocomollvc this paper pToposes servicing work safety supewision system for
electric[ocomotive based onWindowsControlCenter(WinCC)∞nfiguration softw舯∞mbinedwiththe⋯clng operation controlling on，s1Ie In
the SUparvision system it adopts the moduleagty designing n"thod of configuration sofiwafe By the usc of compu【ef network⋯⋯1cabon
mhMogy“monitoringt％hnology，thefieldbustechnology ek⋯a1IzeHMI system byWinCC；with S7t300 PLCforthe)old stud．S7-200
pLCfor slave sⅢo㈣ofthe 1line network⋯m ofthe PROFIBUS—DP Testwsults showthaithe supervision system achteve s⋯I㈣，us
operali伽sofm¨y n∞dsof州，女龃exchange帅呷gthethree hie州'hical∞d⋯twinfo邢ationm蛆a舻lne nI ofprepⅡedness operations
[Key wordsI elcctrie I蚴mtive；mwicing work；safety monitoring；Windows Colttrol CenteriWinCC)configumtio．sof～；PROFIBUS DP
ne咖ork
DOI：10 3969／jissnt0。0-3428 20Il 09 085
1鞭述
电力机车运行回库后．必须在段内进行整备作业。传统
的整备作业过程以人工控制为主。为改变电力机务段整备作
业的传统监护模式和隔离开关的人工控制方式，实现整备作
业安全啦控的信息化和自动化，本文设计并实现了一种电力
机车整备作业安全监控系统。在整备作业过程中。采用信息
监控系统来掌握整备作业过程信息的基本情况，提出一种基
于视窗控制中心(Wi．dows Control Center，wincc)的解决方
怯．通过通信处理器与整备作业控制主机的通信链接，从而
可按一定的方式采集需要的数据，为监控整备作业信息提供
数据资料e
2整备作业苴控熏境
电力机车整备作业安全监控系统登录界面如图I所示。
■I电力耗车t鲁柞生安垒苴控熹t整曩主鼻霄
2,1盛俸培相
系统采用集中管理、分布式控制网络结|匈⋯。监控计算
机通过与作业现场人机交互系统的通信，实现了对现场执行
帆杩韵集中管理，同时对各胜道的作业过程实现动惫监涮和
分布式控制。电力机车整备作业安全监控系统总体结构如
图2所示。H^月(⋯)
啊2苴拄熏麓时篁棒螬椿
主站可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,
PLC)与监控主机采用MPI申口通信；主站与各从站采用l类
基盘啊目：甘肃省科技攻关计划基金赍助项目(2GS064．A52．035 01)
!州变通大学“青蓝”工程基金资助项目(QL—I)5 14A)
作者膏，卜；盂建靴1966一】，月，教投，主研方向：微机测拄；亭悖暗
硕士研究生；殷丽霞，助理I程师；赵德生，硪上研究生
R藕日栩：2010-09-24 E-mail：lldecan91978@163⋯
万方数据
第37卷第9期孟建军，李德仓，段丽霞，等：基于WinCC的整备作业安全监控系统243
主站通过EM277模块连接西门子第三方设备(s7—226 CN)；
下位机各从站之间采用冗余环状网络拓扑结构对各股道整备
作业设备进行控制；各个从站中s7．226CN的自由13 PORTO、
PORTl分别连接ID卡读卡器和单片机人机交互系统，I／O口
用来控制隔离开关等执行机构；视频图像采用视频卡进行采
集，然后传送到监控主机。
2．2硬件结构
系统的硬件主要包括监控上位计算机、主站S7．300
CPU3 15—2DP、从站s7-226 CN CPU、EM277接13模块、通
信处理器、MPI电缆、PROFIBUS连接电缆等。上位机采用
工业控制计算机，通信处理器采用SIMNATIC NET CP561 1
卡，该板卡是一种可即插即用的PCI通信卡，它支持PROFIBUS
和MPI 2种网络连接。MPI符合RS．485标准，每个s7．300CPU
都集成了MPI通信协议，通过MPI，PLC可以连接的设备包
括编程器(PG)或运行STEP7的Pc、人机界面(HMI)以及其他
S1MATIC$7／M7／C7。因此，S7．300PLC可通过MPI接口简
单而方便地与监控机进行通信，从而完成系统的硬件连接。
3监控系统的WinCC组态设计
3．1监控软件设计
监控系统所采用的开发工具是西门子的组态软件
WinCC 6．0，WinCC是一个集成的人机界面系统和监控管理
系统。监控软件主要由3个模块组成：变量管理模块，图形
模块及过程值归档模块¨J。
3．1．1变量管理模块
变量管理模块建立与管理WinCC所使用的变量和通信
驱动程序，可将整备作业现场的作业过程实时地反映在变量
的数值中。操作人员监控过程数据，在计算机上发布的指令
通过变量传送给整备现场。WinCC的变量按功能可分为外部
变量、内部变量、系统变量和脚本变量4种类型。
3．1．2过程值归档模块
过程值归档的目的是采集、处理和归档工业现场的过程
数据，以这种方法获得的过程数据可用于获取与设备的操作
状态有关的管理和技术标准。在系统运行中，采集并处理将
被归档的过程值，然后将其存储在归档数据库中，以表格或
趋势图的形式输出当前过程值或已归档过程值，也可将所归
档的过程值作为记录打印输出。
WinCC使用“变量记录”组件来组态过程值的归档，可
选择组态过程值归档和压缩归档，定义采集和归档周期，并
选择想要归档的过程值。
3．1-3 图形模块
图形模块是系统运行时的人机交互界面，用户通过图形
界面可以控制系统的运行，而系统也通过人机交互界面向用
户显示系统状况和结果。系统软件结构如图3所示。
WindowsJ作系统平台
0
系
操监
系系统系系素
作控
统统视统统统
员系通记频lD 打帮
登统
信录监卡印助
录主
模模控管模模
界界
块块模理块块
面面
块
0
下位机PLc系统
圈3监控系统昀软件结糟
3．2软件漉程
整备作业工作流程采用故障导向安全的设计思想，从逻
辑上对作业过程实现闭环控制131。而监控系统软件操作流程
是依据系统工作流程设计的，系统软件操作流程如图4所示。
圈4监控系统的软件操作泷程
3．3通信组态
为了使监控系统与主站PLC进行通信，必须使用通信驱
动程序，因为数据管理器和PLC的连接依靠WinCC通信驱
动程序来完成。WinCC的应用程序从数据管理器中请求数
据，一般情况下，通信驱动程序包含多个通道单元，利用其
通道单元构成WinCC和过程处理之间的接13，并使用通信处
理器向PLC发送请求信息，最后通信处理器把相应请求的过
程值返回给WinCC处理。．．
3．4圈形西酉蛆态
系统的图形模块和作业过程中需要监控的股道比较多，
所以画面的切换也就频繁，各画面之间的切换用WinCC按钮
的鼠标动作来完成。使用WinCC的c语言脚本编程，在按
钮鼠标动作中调用它的内部函数来实现。
下面以在系统通信模块中点击通信检测按钮后弹出通信
是否正常对话框为例，来说明WinCC的c语言脚本编程。
#include”apdefap．h”
void OnLButtonDown(char。|pszPictureName，char4 lpszObjectName，
char8 lpszPropertyName，UINT nFlags，int x，int y)
l
SetTagBit(”通信界面显示”，1)；
SetTagBit(”发送”，1)；
if(GetTagBit(”上传”)==1)
{
SetTagBit(”通信正常”，1)；
SetTagBit(”通信失败”，0)；
．．J
else
if(GetTagBit(”上传”)==O)
万方数据
计算机工程2011年5月5日
{ 理”，从快捷菜单中选择“添加新的驱动程序”菜单项，打开
SetTagBit(”通信失败”，1)； “添加新的驱动程序”对话框，选择S1MATIC S7 Protocol
SetTagBit(”通信正常”，o)： Suite．chn，添加此驱动程序到所组态的WinCC项目中。
} (4)驱动器加入成功后，选择MPI通信协议并按右键选择
删1NcDTAGNAM：_8E：T：o?-S竺!．， 。“系统参数”，对其系统参数进行设置。
／，^／synt．a，x：#¨、defin，e TagNamdnAc曲n’’DMTagName” ‘(；)巍磊。M矗‘藉信驱荔并釜箬键选择“新建驱动程序连
／／WINCC。：TAGNAME sECTION END 接”建立连接，点击“属性”将其站地址、槽号设置为与s7-300
I／WINCC：PICNAME SECTION START PLC硬件设置中的地址、槽号对应。
／／syntax：#define PicNamelnAction”PictureName’t 上述步骤完成后，即可在新建驱动程序连接器下面组态
Bnext PicID：1 变量或变量组，根据用户的要求组态各种变量，各种变量通
／／WINCC：PICNAME—SECTION—END 过组态好的通道对数据进行交换，从而实现WinCC与下位机
l 主站s7．300PLC的通信。
4通信系统的设计与实现5结童谣
4·l 系统网络模型基于WinCC的电力机车整备作业安全监控系统经实验、
系统采用了PRoFIBU．|s现场总线网络结构，实现了基于室调试、测试组对系统的功能、操作、通信等重要环节的应
PROFIBus总线的单主站H1(ST_300PLc)网络控制系统对现场
用测试，系统工作稳定，可靠性和安全性高，所得各项技术
各股道整备作业的控制要求，保证对各个股道同时进行整备
指标都能满足现场工作的需要。
作业时控制数据互相不冲突，因此对PROFIBUS—DP网络中本文设计的系统具有以下特点：O)基T-WinCC的监控
各从站进行网络组态，确保各从站在整个PROFIBUS·DP网系统中可视化的编程改变了传统的编程风格，使系统操作更
络有唯一的地址，从而实现网络通信忙1。选择s7-300系列加形象、直观、简便，用户很直观地看到现场作业情况和作
CPU 315—2DP做1类DP主站，采用单主站方式连入业信息，为整备作业的安全性和可靠性提供了保证。(2)对电
PROFIBUS—DP通信网络；采用DP组合设备(s7-200PLC与力机车整备作业安全监控系统做了自主开发的尝试，并获得
EM277模块)做DP从站，将s7-200系列CPU 226通过EM277 成功，实现了整备作业安全监控的信息化和自动化。(3)系统
模块连接到PROFIBUS_DP通信网络；通信介质为玻璃光纤， 采用集中管理模式、分布式控制网络结构，实现了对现场执
外加2个RS485中继器将总线长度扩展到1 400m，可对30个行机构的集中管理、对各股道的作业过程实现动态监测和分
车位同时进行整备作业。布式控制，变“人控’’为‘‘机控”，改变了传统电力机务段整
4．2 WinCC与PLC通信与实现方法备作业“人盯人”的模式，确保了整备作业检修人员的人身
WinCC使用变量管理器处理变量的集中管理，它处理安全。
WinCC项目产生的数据和存储在项目数据库中的数据，任务
是从过程中取出请求的变量值，这个过程通过集成在WinCC 参考文献
项目中的通信驱动程序来完成。WinCC通信驱动程序使用通[1】边春元，任双艳，满永奎，等．s7—300／400 PLC实用开发指
信处理器与PLC进行相互通信，于是WinCC与PLC之间的南【M】·北京：机械工业出版社，2007·
通信连接成功。【2】西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团·深入浅出谣门子
WinCC与S7—300系列CPU 315．2DP主站通信类型为多
WinCC V6IM]-北京：北京航天航空大学出版社，2003·
点接口通信(MPI)，WinCC与s7—300 PLC通信设置步骤如下： [31吴庆立·电力机车整备作业安全监控控制系统的研究与开发【D】·
(1)在安装STEP7的PC机上进行PLC的硬件组态，在硬兰州：兰州交通大学，2008·
件组态的过程中设置CPU的MPI地址和槽号皆为2，当硬件
[41周敏，李风婷，吴为民基于VB的Pc机与多台PLC的通信
组态完毕后，双击在Windows控制面板下的工具“Set PG／PC
研究【J1·计算机工程，2009,35(4)：103—104·
Interface"，选择MPl(WinCc)一PC Adapter(MPI)，设置相应的
【5】Meng Jianju“，Yang chengh山，Q1 We“zh8·s。rvicingⅥ^溅safety
参数并确定，这样即完成了通信端口的设置。
洳P。rvl810n for E1。6m。L0comonve B88。d 0n co“figuratio“
(2)端口设置成功后，对组态的硬件进行下载，下载完毕，
s。ftware[C]／／Proc·of h把m撕。hal symposi岫on E1ec廿加1。
则下位机s7．300的设置结束。
c。mm。rc8 and Security·G“锄92ho“，ch‘na：【8·“·],2007·
(3)在WinCC项目管理器的浏览窗13中，右击“变量管编辑金胡亏
(上接第241页)
【10】Chen Yin，Chen Genshe，Blum R S，et a1．Image Quality Measures [131梅长林，范金城．数据分析方法【M】．北京：高等教育出版社，
for Predicting Automatic Target Recognition PefformanceiC]／／ 2006．
Proc．of IEEE Aerospace Conference．Big Sky,USA：IEEE Press． 114]Chert Yin，Blasch E，Chen Huimin，et al·Experimental Feature-
2008．
based SAR ATR Performance Evaluation Under Different
【ll】Air Force Research Laboratory．Sensor Data Management System
Operational Conditions[C]／／Proc·of International Society for
MSTAR[EBIOL]．[2010-02—221．http：11wWW,sdms．afrl．af．rail／data
Opti。a1 Engin。。ring·Orlando,USA：【s．n·1，2008·
sets／mstar．
f’15l。Chang Chih 一 Chung。Lin Chih Jen LIBSVM：A Librar—y for
，
一
Suovort Vector MachineslEB／OI．1 12010．02．021．htto：／／wwwcsie
1121周林，张文，娄寿春，等·效用函数在防空c3I系统效能评nt0：du．tw卜cilill／libsvm．‘
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估中的应用【J1·系统工程与电子技术，2002，24(1)：14-16，37· 编辑张帆

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