WinCC组态软件在果汁行业的应用

WinCC组态软件在果汁行业的应用
李万军
【摘要】To improve production efficiency of a juice factory in Dalian, ensure production safety , taking the control system of five-effect falling film evaporators as engineering background, has designed the control system structure. With Siemens WinCC configuration being development environment, it has configured the upper and lower machine' communication, has some functions of dynamic displaying & operating, reflects technological process of the system diagram & the Titian system, and has achieved the remote control operations of the field devices on the screen, reflected it' s operation condition. It has the capable of painting the pressure-time curve of five effect. Through the friendly interface, it has set the user ' s permission, the function of danger alarming, etc, the labor intensity has get easier and increases the work efficiency.%为了提高大连某果汁厂的生产效率,确保生产的安全,以果汁厂的五效降膜蒸发器控制系统工程为背景,设计了控制系统的结构.运用西门子组态软件WinCC开发了监控系统,组态了上下位机的通讯.该系统具有实时动态显示和操作功能,能够实现果汁厂系统图、提香系统的工艺流程,并能实现对现场设备的远程操作控制,反映现场设备的运行情况.另外,能够描绘五效压力-时间变化曲线,通过其友好的界面,设置用户权限、报警提示等,减轻了劳动强度,提高了生产效率.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2011(011)035
【总页数】6页(P8922-8927)
【关键词】五效降膜蒸发器;监控系统;组态软件;WinCC
【作者】李万军
【作者单位】西安航空职业技术学院学生处,西安710089
【正文语种】中文
【中图分类】TS255.44;TP273
伴随自动化技术的发展，组态技术、DCS和PLC等工业控制技术日新月异，监控组态软件在工业控制领域也应用愈来愈广。

西门子WinCC组态软件就是一种具有友好操作界面，用户可根据需要形成操作画面、监控画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等的软件。

本文以大连某果汁厂的五效降膜蒸发器控制系统工程为背景，利用Siemens公司的组态软件WinCC6.0，设计了五效降膜蒸发器的计算机监控系统，开发设计了系统的监视、控制画面。

1 控制系统结构
针对果汁厂地面积大、控制设备分散、空气潮湿等客观环境，自控系统采用“集中监测、分散控制”的设计思想。

该控制系统形式采用PC+PLC分级分布式控制，如图1所示［1］。

上位机、下位 PLC以PROFIBUS电缆为载体，通过MPI协议实现，完成对阀、泵等的控制。

上位监视PC机选用台湾研华公司生产的610L工业控制级计算机，P4处理器，1.5 G内存，320 G存储，1948.26 cm(in)三星彩显。

其特点是抗震、防尘、适合在环境较恶劣的工业现场使用。

下位PLC采用德国西门子公司的S7—300系列CPU为315—2DP及相应远程ET200M、I/O模块组成控制系统，其中PLC运行速度快、指令功能多、抗干扰能力强、运行稳定
可靠，ET200M安全性高、“热插拔”，用于与 PROFIBUS—DP 或 PROFINET
现场总线的连接，完全满足果汁厂中五效降膜蒸发器控制系统的控制要求。

选用西门子的STEP7V5.3SP3软件，用于实现果汁厂工艺流程的自动控制、手动控制程
序的开发和数据的采集、处理。

将现场整个系统可靠性高，自动化程度高，显示操作界面友好。

2 WinCC监控界面开发
工控组态软件WinCC是西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司软件功能结合的产物，是一个集成的人机界面和监控管理系统，是一种客户机/服务
器系统，能够生成复杂可视化任务的组件和函数。

WinCC采用标准MS SQL Server数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能［2］，可以让管理人员在办公室看到现场设备动态的运行画面，从而更好地调度指挥生产。

图1 控制系统结构框图
2.1 上位WinCC与下位PLC的通讯［3，4］
为了使WinCC与各种不同类型的PLC进行通讯，需要采用通讯驱动程序。

首先，在WinCC软件中建立工程文件“GuoZhi”然后，在PLC硬件配置中一定要在CPU中设置一个网络中唯一的Profibus地址。

其次，在“变量管理”中选择通讯驱动程序SIMATTC S7 Protocol Suite。

最后，在建立的S7－300 PLC连接新建变量以完成现场数据的接收，其中，变量的标签名、数据类型和地址，需要和
PLC中变量保持对应关系。

2.2 监控画面开发
在项目“GuoZhi”的图形编辑器中新建监控画面，利用WinCC提供的各种画面
图形和相关属性，模拟果汁厂五效降膜控制流程现场，具体过程为按下“启动按钮”，真空泵—一效进料泵(要求一效进料阀开启)—二效进料泵—二效出料泵—三效进料泵(要求三效进料阀开启)—三效出料泵—四效循环泵—四效出料泵—五效循
环泵—CIP液泵—与浓缩杀菌浓缩杀菌一效蒸汽阀打开 (当真空度达到一定数值)—一效生蒸汽冷凝水泵——二三效冷凝水泵—四五效冷凝水泵打开。

根据以上五效降膜控制过程，采用模块化设计思想，监控界面整体设计如图2所示。

图2 五效降膜控制监控界面设计图
2.2.1 登录界面
用于管理工艺界面。

登录界面通过对不同的操作员设置不同的权限，以确保操作的安全性。

只有在操作员正确登录后，才能进行相应的操作，并以此为依据，来对登录的操作员进行操作记录，便于明确故障或事故的责任。

2.2.2 工艺界面
工艺图主要设计了系统图、提香系统两个界面，各界面之间相互切换，用于实现主要控制工艺流程的模拟，运行流程监控，其中，在主界面中重点对系统主要设备器件运用小窗口进行显示，以便对系统设备器件工作状态进行详细的显示和控制。

如图3 所示［3］。

主要设备器件小画面切换动作程序如下:
Sub Click(ByVal Item)
Dim s001
Set s001=HMIRuntime.Screens("main")
s001.ScreenItems("画面窗口2").screenName="c1#1xjlbeng"//c1#1xjlbeng 为1号效进料泵详细画面名
End Sub
通过VBS脚本对系统画面中的原水泵点击后，将在主画面的右上角显示其详细信息。

从详细画面可以看出能对泵进行启动和停止操作。

对于系统设备操作动作程序，为了统一，针对设备设置启动、停止按钮，均用VBS脚本实现启动和停止控制。

具体如下:
图3 主要设备、器件运行窗口
启动按钮“按下左键”的脚本:
Sub X6309X94AE1X0000X0000_X6309X94AE1X0000X884C_On－LButtonDown(ByVal Item，ByVal Flags，ByVal x，ByVal y)
Dim aa
Set aa=HMIRuntime.Tags("EDXO1DQ1SDK") //EDXO1DQ1SDK为设备的变量名
aa.Read
aa.Value=1
aa.Write
End Sub
启动按钮“释放左键”的脚本:
Sub
X6309X94AE1X0000X0000_X6309X94AE1X0000X884C_OnLButtonUp(ByVal Item，ByVal Flags，ByVal x，ByVal y)
Dim aa
Set aa=HMIRuntime.Tags("EDXO1DQ1SDK")
aa.Read
aa.Value=0
aa.Write
End Sub
停止按钮脚本程序与上述启动按钮程序相反。

2.2.3 参数管理界面
如图4所示，该界面用于显示控制系统运行的工艺参数和仪表读数。

主要分为运
行参数和参数设定两部分。

运行参数显示当前运行系统的实际参数;参数设定，设定自动程序所需参数，设完参数要点击“确定”按钮，参数才能被写入程序之中。

参数设定要有权限的用户。

参数设定共有双泵运行真空泵设定，单泵运行真空泵设定，清洗排地时间设定，清洗循环设定，料顶水设定，料尾排地时间，底糖循环设定，进PC罐糖度设定，清洗排地时间，清洗循环时间，料头排地糖度和料尾排地糖渡。

2.2.4 压力—时间曲线
压力—时间曲线用于实时、历史显示五效压力，图5为一效压力曲线。

进入曲线图双击1对曲线进行刷新，就会显示当前曲线，当1显示Stop时可显示实时曲线(每隔1 s中刷新一次)，显示Go时显示历史趋势，按前进后退键可查看一周之内的历史趋势。

图4 参数界面
图5 一效压力曲线
另外，为了便于系统的整体操作，设计开发了总控按钮界面，根据需要设置了自动按钮和手动按钮两大类。

给系统主要包括22个按钮，启动按钮，蒸发器自动起机按钮;停机按钮，自动停机按钮;预浓缩自动按钮，蒸发器预浓缩自动启动按钮;预浓缩停机按钮，蒸发器预浓缩自动切除按钮;预浓缩清洗按钮，蒸发器预浓缩清洗启动按钮;预浓缩生产按钮，蒸发器预浓缩生产启动按钮;预浓缩水运按钮，蒸发器预浓缩水运启动按钮;预浓缩喷淋手动按钮，蒸发器预浓缩启喷淋手动按钮;预浓缩喷淋自动按钮，蒸发器预浓缩启喷淋自动按钮;预浓缩喷淋开始按钮，蒸发器预浓缩启喷淋开始按钮;预浓缩喷淋停止按钮，蒸发器预浓缩启喷淋停止按钮;浓缩系统按钮与预浓缩按钮作用类同。

2.3 用户权限［1］
为了实现安全管理和操作，针对不用用户，监控系统使用WinCC的用户管理器设
置了用户权限，实行分级保密功能。

根据实际要求，将用户权限分为三种，一是操作员(即普通用户)权限，只能进行界面，提供的操作，如画面切换、参数输入、历史数据查询，趋势图显示等，无权进行涉及系统参数的操作，也不能退出操作界面。

二是管理员权限，除了享有操作员的权限外，还允许对报警参数的报警限制控制器的PID参数进行修改，但进入参数修改画面前必须进行用户的注册，管理员权限
注册后，还允许从监控程序，退出。

三是程序员权限，该权限为超级权限，除享有管理员的所有权限外，还允许进入量程设定画面过程检测参数量程进行设定及修改，进入量程修改画面之前必须进行该用户的注册。

3 结束语
监控系统经过模拟和在线测试后已投入使用，由于其在硬件和软件控制思想方面都有一定的先进性，界面交互性和界面的形象直观，在很大程度上减轻了工人的劳动强度，同时由于它的高可靠性，使维护人员工作量减少了，保证了果汁生产的连续性，还可以根据生产情况及时快捷地修改工艺参数，大大提高了工作效率。

该控制系统运行情况可靠、稳定，监控系统己在海升大连果汁有限公司投入使用半年多，系统运行稳定，与控制系统配合良好，界面设计友好，大大降低了故障率、降低了劳动强度，提高了工作效率。

参考文献
【相关文献】
1 颜闽秀，何戡.Wincc在冶金行业的应用.微计算机信息，2006;
22(5－1):10—12
2 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WinCC V6.北京:北京航空航天人学出
版社，2004
3 WinCC Configuration Manual.SIEMENS AG，2004
4 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.化工自动化及仪表，2006;33(5):41—43。