基于WinCC的立体仓库监控系统的设计

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1 引言
    自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。
    由于立体仓库结构复杂，控制信息较多，监控实时性要求很强。为此，我们采用了PC 作为系统的上位机，西门子公司的WinCC组态软件编程，考虑到现场总线Profibus 的实时性，采用Profibus 总线与下位机PLC实现数据通讯，实现设备运行监控、操作和故障报警。
2 系统结构
    该立体仓库主体由堆垛机、四层十六个仓位库体及电气控制系统组成。堆垛机由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸缩机构由一台气缸实现，为实现零件的抓取和释放，在这里使用了一个气动手爪。
    整个监控系统实现对多台立体仓库的监视和控制，包括硬件和软件。该监控系统的硬件部分包括监控上位计算机PC、下位机主站S7-314C-2DP PLC以及所有立体仓库的控制系统。为实现通讯，在上位机PC中增加了通讯处理器SIMATICNETCP5611卡，该通讯处理器是一种即插即用的PCI 卡，它支持Profibus 和MPI两种网络，主站S7-314C-2DP PLC本身带有Profibus-DP接口，只须对其进行必要的组态，即可建立Profibus-DP网络。
    每一台立体仓库的控制系统采用可编程序控制器（PLC）来控制，主要包括PLC、PLC定位模块、PLC的。考虑到S7-200系列PLC的广泛的适用范围，极高的性能/价格比，在这里选用S7-214CN。定位模块的作用是通过向步进电机驱动电源模块发送一定数量的脉冲，驱动电机的运动，定位模块选用西门子公司EM253，EM253 定位模块是S7-200 的特殊功能模块，它能够产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环控制。它与S7-200通过扩展的I/O总线通讯。通讯模块采用西门子公司的EM 277 PROFIBUS-DP扩展从站模块，它可将S7-200 CPU连接到PROFIBUS-DP 网络，EM 277 经过串行I/O 总线连接到S7-200 CPU，作为DP从站，EM 277 模块接受从主站来的多种不同的I/O配置，向主站发送和接收不同数量的数据。这种特性使用户能修改所传输的数据量，以满足实际应用的需要。EM 277模块不仅仅是传输I/O数据，EM 277 还能读写S7-200 CPU中定义的变量数据块。首先通过将数据移到S7-200 CPU中的变量存储器，就可将输入、计数值、定时器值或其它计算值传送到主站。类似地，从主站来的数据存储在S7-200 CPU中的变量存储器内，并可移到其它数据区。从而，实现了用户能与主站交换任何类型的数据。
    监控系统的软件部分是一个WinCC单用户项目，上位机PC和下位机PLC通过Profibus总线实现通讯，从而监控整个系统的运行，上位机PC和下位机PLC 建立主从式访问方式，下位机PLC作为从站只是被动地响应监控系统的访问[3]，如图1所示。
   
    图1 立体仓库监控系统的系统结构
3 监控软件的设计
    3.1 WinCG组态软件的简介
    WinCC即Windows Control Center是西门子公司在过程自动化领域的先进技术和Microsoft软件技术相结合的功能强大的产品系列。它具有全面的开放性，提供了过程可视化和操作的全部基本功能。它是模块化系统，提供广泛的编辑功能，具有OLE、ActiveX、OPC等标准接口，支持所有连接SIMATIC S5/S7控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS_DP、DDE等非特定控制器的通讯通道。
    WinCC基本系统是很多应用程序的核心。它包括以下九个部件：变量管理器、图形编辑器、报警记录、变量归档、报表编辑器、全局脚本、文本库、用户管理器和交叉应用表。
    WinCC的图形编辑器提供了强大的图形编辑功能，利用图形编辑器可以方便地组态和编辑监控画面，将其中的对象与相应变量建立动态连接，就可以建立实时的监控画面。WinCC提供了丰富的图形库。图形库里有各种特殊的图形对象，可满足不同工程实践组态需要。同时，可以针对特殊情况自己生成图形对象存入图形库中，还可以以BMP、WMF、EMF、OLE等形式导入外部图形和文本数据。除了丰富的图库以外，可以在WinCC的画面中加入ActiveX 控件，这些ActiveX 控件既可以是WinCC 自带的常用控件，如:时钟控件、量表控件、按钮控件、报警控件等，也可以是第三方开发的或是用户自己开发的ActiveX控件。
    WinCC的对象包括标准对象、智能对象和Windows 对象，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：（1）直接与变量连接；（2）动态对话框；（3）脚本C语言或VBS的编程方式。

    3.2监控系统的功能需求分析
    我们所开发的立体仓库，其运行模式分为手动模式和自动模式两种方式，在手动模式下，由操作人员点动按键←、↓、→、↑、伸出、缩回、夹紧、松开，控制堆垛机水平方向、垂直方向移动，气缸的伸出和缩回以及气动手爪的夹紧合松开。在自动模式下，操作人员在发出从哪个仓位取工件或向哪个仓位存工件指令后，系统将自动完成工件的抓取、工件的移动定位和工件的释放一系列动作，并在上位机的监控界面中实时显示系统的运行状况，有关数据的统计分析等。
    3.3监控系统的实现方法

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    3.3.1监控系统与PLC之间的通讯
    上位机的监控系统为了采集监控对象的数据，必须与PLC之间建立通讯连接。WinCC 提供了一个称为SIMATIC S7 ProtocolSuite的通讯驱动程序，该通讯驱动程序支持多种网络协议和类型，如Industrial Ethernet、MPI、PROFIBUS 等，通过它的通道单元提供了与各种SIMATIC S7-300 和S7-400PLC 的通讯[4]，在本项目中，我们采用了PROFIBUS 协议。在建立了通讯连接后，在WinCC项目的变量管理器模块中定义一系列过程变量，通过改变过程变量的值，从而改变相对应PLC的输入输出位的值，读取过程变量的值，从而获得相对应PLC输入输出位的值，这样就实现了监控系统与PLC之间的通讯。
    3.3.2监控界面的设计
    WinCC的图形编辑器功能强大，为用户组态和编辑各种监控画面提高了极大的方便，对于比较简单的监控界面，可以直接利用WinCC的图形编辑器提供的窗口对象完成组态任务，通过WinCC自带的VBScript脚本语言编写有关事件的动作。而对于比较复杂的监控界面仅靠WinCC的图形编辑器提供的各种标准对象以及其图库中的元件很难完成系统的组态，需要组态的对象开发自己的ActiveX控件。
    在该项目中，我们用VB 开发了一个ActiveX 控件，该控件负责以动画形式实时显示整个系统的运行过程，如图2所示。该ActiveX 控件在WinCC 注册后，WinCC 的项目就可以调用了，通过属性的动态变化，从而完成实时显示整个系统的运行过程。
   
    图2 系统监控画面
    3.3.3系统保护
    WinCC的用户管理器可以分配、管理和监控用户对组态和运行系统的访问权限。为了实现安全管理和操作，同时使系统具有分级保密功能，我们使用WinCC的用户管理器定义了管理员级和操作员级两类用户，两类用户对系统具有不同的访问权限。通过对系统中所有对象和画面都分配一个权限，把相应的权限分配给不同的登录人员，使其只能操作特定的画面和对象，从而实现了操作区域和对象的安全性保护。
4 结束语
    WinCC具有很好的通用性，可以使用多种方法灵活地进行组态。这套基于WinCC的监控系统的使用，实现了对立体仓库的重要状态参数进行显示、记录、存档及报表打印，为进行实时故障诊断提供了依据。通过本监控系统的试运行，表明系统设计合理，工作稳定可靠，可以长时间运行，软件操作简单，便于升级。

tc

我来顶个

tc

先垫一块，再说鸟

奇

不会吧，太恐怖了

晃晃

不错哦,顶一下......

奇

呵呵,真得不错哦!!

菜刀吻电线

呵呵，很好，方便罗。

菜刀吻电线

谢谢楼主，真是太实用了