《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于WinCC的港口移動(dòng)機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
鐘 時(shí) 別永輝
摘要: 本文介紹了如何利用WinCC V6.0通過 OPC 通道與多種類型的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,并以其標(biāo)準(zhǔn)的C/S和B/S兩種結(jié)構(gòu),通過無線以太網(wǎng)的通訊方式將項(xiàng)目發(fā)布到移動(dòng)手持終端上,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)港口大型移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)控。
Abstract:
Key words :

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目所在地位于深圳市鹽田區(qū)鹽田國(guó)際集裝箱碼頭有限公司(YICT)。其港口大型機(jī)械主要包括岸橋(岸邊橋式集裝箱起重機(jī))和場(chǎng)橋(堆場(chǎng)橋式集裝箱起重機(jī)),兩種大型機(jī)械的控制系統(tǒng)主要由GE9030/9070、YASKAWA CP317/CP316、FUJI70/120ABB AC800M等四個(gè)系列的PLC組成,總計(jì)192臺(tái)。由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的類型和數(shù)量很多,因此為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集的接口,港口大型移動(dòng)機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)為基礎(chǔ),通過OPC的通訊方式采集各個(gè)類型PLC的數(shù)據(jù)。然后WinCCOPC客戶端的方式讀取OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù),并通過無線模式將數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)手持終端上,從而實(shí)現(xiàn)堆港口大型移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控。

二、系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)需求

        基于鹽田國(guó)際集裝箱碼頭現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的有效工作范圍內(nèi),本系統(tǒng)需要滿足和實(shí)現(xiàn)如下功能:

1)系統(tǒng)中所有的岸橋和場(chǎng)橋必須組網(wǎng)進(jìn)入港口大型移動(dòng)機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)MCMSMobile Crane Monitoring System));

2所有岸橋和場(chǎng)橋的數(shù)據(jù)必須通過統(tǒng)一的通訊協(xié)議采集到同一監(jiān)控平臺(tái)上。

3)服務(wù)器通過WinCCB/S模式,利用無線以太網(wǎng)絡(luò)將項(xiàng)目發(fā)布到現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)手持終端(MPC)上。

4)工程人員能通過手持MPCMobile Personal Computer)利用YICT的無線局域絡(luò),從服務(wù)器上讀取各岸橋和場(chǎng)橋的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并進(jìn)行必要的控制;

2.2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

除以上所描述的系統(tǒng)需求外,現(xiàn)場(chǎng)邏輯控制和采集系統(tǒng)的硬件組成由下圖加以說明:

 圖 1  控制系統(tǒng)構(gòu)成

  1  控制系統(tǒng)構(gòu)成

1)系統(tǒng)中所有PLC均通過有線或無線的方式接入到現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡(luò)中;

21#2#3# OPC服務(wù)器,在采集PLC數(shù)據(jù)的同時(shí)提供OPC服務(wù);

34# 、5# 分別為WinCC報(bào)警和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器從OPC服務(wù)器獲取數(shù)據(jù),同時(shí)還作為WinCC Server發(fā)送數(shù)據(jù);

46# WinCC Client & WEB Server服務(wù)器,負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)以WEB的方式發(fā)送出去;

5)最后,現(xiàn)場(chǎng)的手持移動(dòng)終端作為WEB Client接收并顯示來自WEB服務(wù)器上的數(shù)據(jù);

三、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

MCMS系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要由以下步驟組成:即首先現(xiàn)場(chǎng)不同型號(hào)的PLC數(shù)據(jù)會(huì)被采集到指定的OPC服務(wù)器中,其次WinCC 報(bào)警采集服務(wù)器和WinCC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器作為OPC客戶端讀取OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù),再次WinCC C/S客戶端在讀取WinCC OPC客戶端數(shù)據(jù)的同時(shí)將其以WEB的形式發(fā)送出去,最后手持移動(dòng)終端作為WEB客戶端讀取并顯示從WEB服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

3.1 數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)

3.1.1  OPC方式采集現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)據(jù)

由于本系統(tǒng)涉及的PLC型號(hào)眾多,因此采用目前比較成熟的OPC通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集。在OPC服務(wù)器中安裝CitectKEP ServerABB OPC Server三種軟件分別采集GE9030、YASKAWAFUJIABB四種型號(hào)PLC中的數(shù)據(jù)。同時(shí),WinCC作為OPC ClientOPC服務(wù)器中統(tǒng)一讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.1.2  WinCC結(jié)構(gòu)變量和畫中畫的方式處理數(shù)據(jù)

本系統(tǒng)監(jiān)控的港口機(jī)械主要由岸橋和場(chǎng)橋兩種組成。同類機(jī)械的監(jiān)控信息和畫面布局基本一致,因此在組態(tài)時(shí)可以運(yùn)用畫面模版和結(jié)構(gòu)變量的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)同類機(jī)械的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。即在顯示同類機(jī)械中不同編號(hào)的港口設(shè)備時(shí),只需編輯一套畫面和一段腳本程序,通過更改結(jié)構(gòu)變量的前綴來完成對(duì)變量的采集和監(jiān)控。以下是以17號(hào)岸橋?yàn)槔粹o腳本程序:

#include "apdefap.h"

void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName)

{

SetTagByte("QC_num",17);

OpenPicture("QCstart.Pdl");

SetPropChar("QCstart.Pdl","PW","TagPrefix","QC17.");

SetPropChar("QCstart.Pdl","PW","PictureName","QC_GE_View.Pdl");

SetPropChar("QCstart.Pdl","ButtonPic","TagPrefix","QC17.");

SetPropChar("QCstart.Pdl","ButtonPic","PictureName","QC_GE_Button.Pdl");

SetPropChar("QCstart.Pdl","Alarm","MsgFilterSQL","TEXT4 LIKE 'QC17'");

}

3.2  WinCC C/S模式實(shí)現(xiàn)

由于系統(tǒng)涉及的設(shè)備眾多,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)十分龐大,因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,我們采用將WinCC的畫面組態(tài)與數(shù)據(jù)采集相分離,且在數(shù)據(jù)采集中將報(bào)警數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息相分離,從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2.1 服務(wù)器端的設(shè)置

首先服務(wù)器端需安裝WinCC Server的授權(quán),同時(shí)在項(xiàng)目中注冊(cè)訪問服務(wù)器的客戶端名稱,其次將計(jì)算機(jī)設(shè)置為WinCC多用戶模式并配置遠(yuǎn)程管理權(quán)限10001001,最后點(diǎn)擊Server Data生成服務(wù)器數(shù)據(jù)包,生成數(shù)據(jù)包完成后設(shè)置數(shù)據(jù)更新的方式,即完成服務(wù)器的組態(tài)。其過程如圖2所示:

 圖2   C/S模式服務(wù)器設(shè)置

 

 

2   C/S模式服務(wù)器設(shè)置

3.2.2  客戶機(jī)端的設(shè)置

將服務(wù)器的工程復(fù)制到客戶機(jī)上,刪除工程中所有的外部變量和報(bào)警,同時(shí)將工程設(shè)置成客戶機(jī)工程,然后利用網(wǎng)上鄰居的方式將服務(wù)器的的數(shù)據(jù)包導(dǎo)入到客戶機(jī)工程中,這樣完成客戶機(jī)工程的組態(tài)。其過程如圖3所示:

 圖 3  C/S模式客戶機(jī)設(shè)置

3  C/S模式客戶機(jī)設(shè)置

3.3  WinCC B/S模式實(shí)現(xiàn)

3.3.1  WinCC B/S網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

由于本系統(tǒng)建立在已有的鹽田國(guó)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中,該網(wǎng)絡(luò)主要有以下三個(gè)部分組成:公司的辦公網(wǎng)絡(luò),港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)主要涉及到的網(wǎng)絡(luò)為港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)絡(luò)。而這兩部分的網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn):

1)港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)之間有硬件防火墻的隔離連接,同時(shí)鹽田國(guó)際集裝箱碼頭為了保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全在防火墻中禁用了網(wǎng)絡(luò)鄰居的協(xié)議;

2)無線局域網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于集裝箱信息管理系統(tǒng),本系統(tǒng)在無線端部分借用該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;

3)港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)不再同一網(wǎng)段內(nèi),分屬于兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);

4)無線局域網(wǎng)采用2.4GHz頻段,傳輸?shù)乃俾试?/span>11Mbps5.5Mbps、2Mbps1Mbps中切換,一般在工作在2Mbps1Mbps;

5)無線局域網(wǎng)中運(yùn)行的設(shè)備已經(jīng)達(dá)到800多臺(tái)設(shè)備。

由于防火墻禁用網(wǎng)絡(luò)鄰居協(xié)議因此MPCMobile Personal Computer)無法在無線局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)與港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)內(nèi)WinCC服務(wù)器之間的遠(yuǎn)程C/S模式,而WinCC B/S模式只需要開通通用的IE瀏覽器端口號(hào)(80)即可,而鹽田國(guó)際的防火墻已經(jīng)開通了該網(wǎng)絡(luò)端口。因此,本系統(tǒng)采用WinCCB/S傳輸模式實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示和管理。

由于港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)絡(luò)不在同一網(wǎng)段內(nèi),因此需要將港口機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)內(nèi)WinCC Web服務(wù)器的IP地址映射到無線局域網(wǎng)的網(wǎng)段上,實(shí)現(xiàn)通訊連接。同時(shí)將MPC中的無線網(wǎng)卡按照無線局域網(wǎng)的相關(guān)配置設(shè)置連接網(wǎng)絡(luò)名及登錄用戶密碼,完成MPC進(jìn)網(wǎng)配置。

同時(shí)由于應(yīng)用該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備已經(jīng)達(dá)到800多臺(tái),因此可用的網(wǎng)絡(luò)資源十分有限。為了保證本系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性,就需要獲取相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)帶寬,而網(wǎng)絡(luò)帶寬的大小取決于無線信號(hào)的強(qiáng)度,強(qiáng)度越強(qiáng),獲取的帶寬越大。因此本項(xiàng)目中將MPC的無線網(wǎng)卡設(shè)置外接天線,同時(shí)在裝有MPC的小車外部安裝車載天線,從而有效的解決了無線信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.3.2  服務(wù)器端的設(shè)置

要將WinCC項(xiàng)目以Web的形式發(fā)布到無線網(wǎng)絡(luò)上,服務(wù)器端還需安裝西門子Web Navigator軟件和授權(quán),同時(shí)開啟操作系統(tǒng)的IIS服務(wù)。在安裝軟件的過程中按照提示步驟需要設(shè)置Web服務(wù)器的IP地址和輸出端口號(hào),創(chuàng)建Web發(fā)布的站點(diǎn),設(shè)置IIS服務(wù)生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁瀏覽(ASP),最后配置客戶端的用戶訪問權(quán)限即完成服務(wù)器端的組態(tài)。如圖4所示。

 圖 4   B/S模式服務(wù)器端設(shè)置圖

4   B/S模式服務(wù)器端設(shè)置圖

3.3.3  客戶機(jī)端的設(shè)置

在客戶機(jī)(MPC)上直接運(yùn)行IE瀏覽器,輸入在服務(wù)器上配置的用戶名和密碼后,系統(tǒng)會(huì)提示用戶下載和安裝用于WinCC Web發(fā)布的客戶端控件,然后設(shè)置IE的安全權(quán)限,即完成客戶機(jī)端的組態(tài)。如圖5所示。再次輸入Web服務(wù)器的IP地址即實(shí)現(xiàn)WinCCB/S瀏覽模式。

 圖5  B/S模式客戶端設(shè)置

5  B/S模式客戶端設(shè)置

 

四、結(jié)束語

在本套數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中,集中體現(xiàn)了WinCC的三大特點(diǎn):其一,由于監(jiān)控的數(shù)據(jù)量很大,而且具有一定的規(guī)律性,在變量處理上充分利用WinCC結(jié)構(gòu)變量的功能;其二,由于監(jiān)控畫面具有一定的相似性,因此在畫面組態(tài)上充分利用了畫面模版和畫中畫的功能;其三,在監(jiān)控結(jié)構(gòu)層次的實(shí)現(xiàn)中不僅使用了WinCCC/S架構(gòu)和B/S架構(gòu),在集成第三方控制產(chǎn)品所使用的OPC技術(shù)方面也顯示了較高的性能,且運(yùn)行可靠,維護(hù)性高,將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析兩大功能很好的展示出來,在目前高度集成化的工業(yè)現(xiàn)成扮演了及其重要的角色。

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