WinCC 對 PCS OSx 監控系統升級應用

原來的控制系統采用SIMATIC S5-155U PLC，編程軟件為SIMATIC APT，通過PROFIBUS-DP現場總線與分布式I/O ET200M站相連，其上位機監控軟件采用SIMATIC PCS OSx V3.12A；操作員站的硬件平臺為基于Intel Pentium 133MHz的586工控機，已經沒有備件供應；軟件平臺為基于SCO UNIX的組態軟件，已于2004年6月宣告生命周期結束，不再提供技術支持，系統面臨著維護成本的增加以及系統崩潰帶來的停產風險，基于這種情況，我們決定對該系統進行升級。

為了不影響正常生產，保留原有正常運行的S5下位機系統，將原來的監控系統SIMATIC PCS OSx升級為WinCC 6.0，采用冗余客戶機服務器結構，WinCC服務器通過CP1613卡通過工業以太網和下位機CP1430卡進行通訊，客戶機通過普通以太網加載冗余服務器上的數據包Serverdata和下位機進行數據交換，冗余服務器可以在任意一臺服務器出現故障后實現自動切換，提高了系統的穩定性，系統結構如下：

圖1 改造系統結構圖

3．1．通訊建立

WinCC服務器采用CP1613卡和S5 155U PLC的CP1430進行通訊

首先在Step5中配置CP1430，增加和WinCC的連接

圖2 建立CP1430卡連接

然后在所建立的WinCC工程中添加“SIMATIC S5 Ehernet Layer4”通訊協議，建立連接。

圖3 建立WinCC連接

運行WinCC，使用WinCC的通道診斷工具（Channel Diagnosis）來檢查通訊是否正確。

圖4 WinCC通道診斷

3．2．畫面組態

應實際要求，在WinCC畫面組態時，盡量沿用原來 SIMATIC PCS OSx的操作風格，同時根據需要加入新的操作功能。

圖5 畫面組態

在SIMATIC PCS OSx監控系統中，對于下位機PLC的變量請求操作，系統自帶有“Request”功能能夠實現對下位機變量的自動賦值和選擇，在升級為WinCC后，該項功能只能通過其它方式完成，通過監控變量發現，SIMATIC PCS OSx中操作的變量實際為APT程序編譯產生的Install.tag中上傳的變量，我們利用WinCC的全局腳本實現這些功能，并且利用WinCC的Audit和Logon選件完成監控系統的操作記錄和用戶管理等其他要求。

3．3．變量的連接

SIMATIC PCS OSx系統加載S5下位機的變量表為APT程序編譯產生的Install.tag文件，利用記事本打開該文件發現，生成的變量為結構型變量，以閥門為例，一個閥門包含了諸如狀態（STATUS）、反饋監控時間（TIMEOUT）、強制命令（OVERRIDE）、開關命令（SETPOINT）、模式切換（MODE_CMD）等變量信息。

圖6 變量結構

WinCC在畫面狀態顯示中提供了直接連接、動態對話框，和C腳本語言等連接方式。直接連接可以將變量直接傳遞給對象屬性；動態對話框可以利用變量進行運算或通過運算改變對象屬性；當對象屬性比較復雜時可以采用C腳本語言來對對象的屬性進行操作，在本系統中，上傳上來的變量為一個16位的字，每一位都表示不同的信息，為此我們對于對象的屬性顯示采用C腳本進行操作。

3．4．程序的修改

原來的控制系統為四套采用CPU948的SIMATIC S5-155U PLC，編程軟件為SIMATIC APT 1.9，隨著工藝的改進和生產的要求，原有的程序不能滿足用戶的需要，在此基礎上，通過APT編程軟件編寫新制工藝的生產程序。

在系統的改造過程中，出現了WinCC監控畫面中對象的狀態顯示信息變化慢，不能及時反映現場設備的狀態的情況，即WinCC畫面信息和CPU信息不同步，明顯滯后。通過分析發現問題的原因是WinCC監控畫面涉及到的變量調用的數據塊太多（在APT程序編譯過程中，如果新Mark了上傳變量，每進行一次部分編譯上傳變量，這些新上傳變量在自動生成時就開辟一個新的數據塊，從而造成了變量調用的數據塊比較分散），WinCC系統每次請求S5 CPU的數據塊過多，相應的數據交換就會變慢甚至產生狀態信息丟失。

為了能夠及時的顯示現場設備的狀態信息，滿足生產的需要，我們通過在Step 5中編寫程序，將“Install.tag”中分散在零亂數據塊中的變量賦值到指定數據塊，大大減少WinCC調用的數據塊的數量，經過修改，將每個CPU中原來的幾十個數據塊中的變量集中到十個左右的數據塊，將數據塊合并的程序通過PG下載到CPU中，WinCC讀取的數據塊改為合并后的數據塊，提高了上下位機數據交換的速度，滿足了現場的操作要求。

圖7 數據塊合并示意圖

系統進行時，首先在保留原有SIMATIC PCS OSx監控系統的情況下，通過組態CP1430卡，加入WinCC的連接，觀察WinCC監控系統是否能正確運行和操作，待系統驗證正確后，將原有的SIMATIC PCS OSx監控系統去掉。升級后，現已投入正常生產。運行結果表明，利用WinCC對原SIMATIC PCS OSx監控系統升級后的系統能夠準確及時的反映現場生產設備的實際情況，滿足現場生產的工藝和操作人員的操作需求，效果良好。

本系統的正常投運證明了在原有的SIMATIC S5 PLC上采用CP1430通訊處理器與WinCC系統通訊的可行性，也證明了利用WinCC改造SIMATIC PCS OSx監控系統的可行性，為S5老系統的改造積累了一定的經驗。

上位機在改造成WinCC的過程中，遇到了監控反映速度變慢的情況，這是由于原有的APT是與PCS OSx的通訊是采用改變觸發方式，而上位機采用單獨的WinCC是自己主動對下位機變量進行掃描，加重了系統通訊的負擔，我們通過在S5中編寫數據塊合并程序來解決這個問題。

APT是西門子早期的針對S5，TI系列的結構化編程語言，將設備用Device來描述，然后在SFC和CFC中編寫程序通過保留字（open、close、start、stop等）對這些Device進行指令動作，從而對現場實際設備進行操作。

參考文獻：

[1] SIMATIC APT User Manual

[2] SIMATIC PCS System Administration Manual

[3] SIMATIC PCS Interface to S5 Controllers

[4] S5－155U 可編程控制器操作手冊

[5] 何雙梅等，WinCC對LSB COROS操作系統升級的應用實例，2003年