基于西門子S7-200與WinCC的加熱器測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

　　為了達(dá)到自動(dòng)化控制系統(tǒng)的靈活性和高效率性，許多plc廠商都開發(fā)出了opc通訊方式。西門子公司為s7-200系列plc開發(fā)了專用的opc服務(wù)器pc access，本項(xiàng)目選用opc方式實(shí)現(xiàn)wincc和plc之間的通信，實(shí)驗(yàn)證明該方式使用方便、實(shí)時(shí)性高。借助可視化編程軟件visual basic方便快捷的數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室加熱器各項(xiàng)參數(shù)的記錄歸檔和曲線繪制。目前，該系統(tǒng)已成功投入運(yùn)行使用。項(xiàng)目的開發(fā)背景是為能源動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室解決人工抄表和數(shù)據(jù)歸檔的繁瑣性、低效率性問題。

2 系統(tǒng)組成和原理

　　加熱器測試系統(tǒng)以西門子s7-200系列cpu224cn為主控制器，配合3個(gè)模擬量采集模塊，采集實(shí)驗(yàn)室加熱設(shè)備各個(gè)傳感器和儀表數(shù)據(jù)，plc以自由口通訊方式和油耗儀進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)采集和控制功能。wincc以opc通訊方式和plc建立通信，為了實(shí)現(xiàn)更方便的數(shù)據(jù)歸檔、多個(gè)數(shù)據(jù)庫操作，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用visual basic進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與可編程控制器的控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　轉(zhuǎn)速表輸出經(jīng)簡易運(yùn)算放大電路板后接至cpu224的高速計(jì)數(shù)輸入端i0.0，經(jīng)程序處理后可采集到轉(zhuǎn)速表的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速值。pc/ppi電纜連接plc和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝有s7-200編程軟件、pc access通訊軟件、上位監(jiān)控軟件wincc和數(shù)據(jù)處理編程軟件visual basic。最終的數(shù)據(jù)采集和處理都集中在visual basic中進(jìn)行，在其開發(fā)環(huán)境下加入dmc控件，調(diào)用dmc控件的屬性和方法即可讀寫wincc中的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)visual basic和s7-200的通信。借助visual basic方便且強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫處理功能，實(shí)現(xiàn)能源動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室加熱器的自動(dòng)化控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 plc程序設(shè)計(jì)

　　（1）plc與油耗儀的自由口通訊：采用自由口通信方式時(shí)，s7-200上的自由口完全由用戶控制，可以與任意協(xié)議已知的設(shè)備進(jìn)行通信。s7-200用于自由口通訊模式定義的特殊標(biāo)志字節(jié)有smb30和smb130，對應(yīng)的接受信息狀態(tài)有smb86和smb186，接受信息的控制字節(jié)有smb87和smb187。plc自由口通訊初始化子程序如圖2所示。

　　（2）熱電偶溫度采集子程序（見圖3）

　　（3）采集風(fēng)扇轉(zhuǎn)速子程序：對高速計(jì)數(shù)器編程的步驟有定義計(jì)數(shù)器和模式、設(shè)置控制字節(jié)、設(shè)置初始值、設(shè)置預(yù)置值、指定并使能中斷服務(wù)程序和激活高速計(jì)數(shù)器。本程序配置高數(shù)計(jì)數(shù)器0，模式0，控制字節(jié)16#f8存于smb37中，初始值0存于smd38中，預(yù)置值10000000存于smd42中。循環(huán)自動(dòng)計(jì)時(shí)周期性觸發(fā)中斷0，在中斷事件號(hào)10中讀取hc0的值，則轉(zhuǎn)速=hc0*240。如圖4所示。

3.2 通過pc access建立plc和wincc通信

　　pc access是西門子s7-200專用的opc服務(wù)器軟件，可以于任何標(biāo)準(zhǔn)的opc客戶端通信并提供數(shù)據(jù)信息。pc access軟件自帶opc客戶機(jī)測試端，用戶可以方便的檢測其項(xiàng)目的通信質(zhì)量及配置的正確性。在pc access中創(chuàng)建變量，注意地址一定要與plc中的變量一一對應(yīng)。將創(chuàng)建好的變量拖拽到pc access集成客戶測試端，當(dāng)質(zhì)量為“好”時(shí)，表示通信成功，再將變量導(dǎo)入到wincc中即可建立opc連接。

　　3.3 visual basic數(shù)據(jù)處理程序

　　安裝完wincc之后，會(huì)在visual basic部件庫中添加wincc dmc control控件，調(diào)用此控件即可建立visual basic和wincc通信。首先建立wincc對象，調(diào)用dmc控件的connect事件屬性建立和wincc的通信，然后調(diào)用read事件周期性讀取wincc中變量的值（如圖5所示）。進(jìn)入加熱器實(shí)時(shí)測試中心（見圖5），成功建立與采集中心連接，待油耗儀充滿油之后，便可開始采集。系統(tǒng)將按照設(shè)定的采樣周期采集各個(gè)檢測量，并能自動(dòng)啟動(dòng)油耗儀的測量程序。實(shí)時(shí)值可以顯示在文本框中，也可繪制在監(jiān)督圖（見圖6）上，同時(shí)數(shù)據(jù)將保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，從而避免了手工抄表所帶的一系列麻煩。

4 結(jié)束語

　　加熱器測試系統(tǒng)經(jīng)反復(fù)調(diào)試之后投入到能源與動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行使用，大大減低了實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)監(jiān)控的勞動(dòng)量，方便了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理，同時(shí)為學(xué)院自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)起了個(gè)帶頭作用。