基于PLC和WinCC技术的自动化系统设计与实现探究

基于PLC和WinCC技术的自动化系统设计与实现探究

赵寅齐金虎

(天津钢管集团股份有限公司天津300301)

摘要：信息技术的发展实现了工业生产的自动化，技术人员需要根据工业生产的不同场景和要求，合理设计自动化控制系统。基于此，本文提出一种基于PLC和WinCC技术的自动化系统设计方案，并阐述了该方案的具体实现内容，以期为技术人员开展自动化系统的研发与实践工作提供帮助。

关键词：PLC；WinCC技术；自动化

前言：在传统的自动化系统中，如果其控制对象出现了变化，技术人员需要对自动化系统的整个源程序进行调整，而这一过程需要花费较多的时间，在很大程度上降低了工业生产的效率。因此，技术人员需要研发一种可以根据用户需求，有效调节参数的一种自动化系统，避免自动化系统受到外界因素的影响，提升工业生产的自动化水平。

1.基于PLC和WinCC技术的自动化系统设计方案

为了明确自动化系统的设计方案和设计要点，本文选择天津钢管集团有限公司（下文简称“TPCO”）的自动控制系统作为研究对象，该企业的传统自动化系统在应用中存在运行参数的控制不完善等问题，难以保障生产设备的安全稳定运行。技术人员引进PLC技术和WinCC技术，对传统自动化系统进行创新。具体而言，技术人员在自动化系统中应用PLC控制器负责生产设备运行参数的控制，应用WinCC组态软件负责上位机的监控，实现自动化系统中各项参数和现场总线等内容的全面控制。与此同时，为了实现TPCO生产设备的精准控制，设计人员在企业的每台生产设备中安装了PLC控制器。在实际的自动化系统运行期间，PLC控制器主要负责相关参数信号的采集与处理，并通过以太网协议实现自动化系统各个模块间的通信[1]。

在基于PLC和WinCC技术的自动化系统设计与实现中，PLC控制器和WinCC上位机间的连接是设计难度相对较大，且对系统控制效果产生影响较大的因素。在TPCO的控制系统中，设计人员利用工业以太网实现两者的有效连接，该连接方式具有应用范围广及通信可靠性高等优势。在实际的设计中，设计人员需要通过工业以太网进行PLC控制器和WinCC上位机间的物理连接，并在上位机的变量管理中应用组态通道驱动程序，并在程序中的“TCP/IP”以及“NamedConnection”实现通信连接，保障自动化系统中各项数据信息的有效传输。需要注意的是，在工业以太网连接中，标准网卡仅支持指定CPU连接，而生产设备自动化系统中的连接需要CP1613或者CP1623型网卡，保障物理连接及通信连接的有效性。

2.基于PLC和WinCC技术的自动化系统实现内容

基于上述设计方案，技术人员需要从自动化系统的功能入手，分模块地实现自动化系统的设计方案，实现PLC技术与WinCC技术的有效融合，提升生产设备的控制水平。

2.1PLC控制程序的实现

为了保障PLC控制器的有效控制，TPCO通过西门子STEP7软件开展PLC控制器的编程工作。在PLC控制器编程中，STEP7软件具有用户开发界面优异，涵盖多样化开发逻辑等优势。具体而言，STEP7软件可以为PLC控制器编程提供所有组态项目所需的设备工具，可以实现PLC控制器的结构化编程，利用多个子程序的设计，实现自动化系统的多项控制功能。在实际的生产设备控制中，自动化系统首先向主程序传输相应的指令，主程序会控制子程序完成相应的控制操作，实现生产设备的高效控制，如生产设备的开启、生产设备的故障报警等自动化控制功能。

2.2上位机程序的实现

在生产设备的自动化控制系统中，TPCO通过西门子组态软件WinCC6.0进行采集数据的管理，负责数据的集中展示及远程控制。在实际生产过程中，如果生产设备出现异常状况或者故障，WinCC可以自动监测生产设备的运行参数，并发出相应的报警，为生产人员和值班人员提供警示，保障生产设备的可靠稳定运行。与此同时，WinCC可以自动存储生产设备的运行参数，并绘制历史数据变化曲线，为生产设备的运维管理提供可靠的参考资料。在进行上位机程序的实现时，技术人员需要合理设计自动化系统的各个界面，为TPCO生产人员的设备监控和数据管理提供便利。因此，技术人员需要根据TPCO的实际生产需求，合理设计自动化系统的功能画面，保障钢管生产的有序性。

2.3用户登录及监控界面的实现

在自动化系统运行期间，TPCO的工作人员需要在用户登录界面输入相应的用户账号名和密码，登录成功后跳转到主界面。以全线台架为例，为了实现生产设备的集中管理，主界面包括5个分界面分别为工艺、设定、诊断、报警、监控，工作人员点击分界面的图标，了解不同生产设备台架的各项参数。在工艺界面显示不同生产设备台架的工作原理和工作流程等内容并显示该生产设备台架的运行信息。设定界面可以修改不同设备台架电机运行速度来调节生产节奏来保证产品质量。诊断界面可以看到PLC对全线液压设备的输出信号发生故障时减少故障处理时间。报警界面看到全线台架的报警信息，在TPCO的钢管生产过程中，为了工作人员方便观察把报警信息做到了界面页面的上部并用红字显示，确保生产设备台架的故障可以及时被发现。监控界面可以看到不同生产设备台架电机的电机零速、无报警、已合闸、运行、无故障等状态，绿色指示灯为非故障，红色指示灯为故障，并在监控界面的左下角模式中标注生产控制柜的控制状态，如自动控制或者手动控制等状态。为TPCO生产人员进行自动化生产提供便利，有助于钢管生产效率和生产质量的提升。

2.4历史数据显示界面的实现

在自动化控制系统中，技术人员需要设计历史数据查询功能，通过该功能图标的点击，顺利进入历史数据显示界面，根据不同的数据统计需求，生产人员选择曲线图体现生产设备历史运行数据的统计，从而明确某一段时间内生产设备的运行状况，使生产设备的管理更为全面。因此，在TPCO的自动化控制系统中，技术人员不仅设计了历史运行参数统计功能，还设计了历史数据拖拽查询、某一时间段的数据锁定等功能，可以为生产人员对生产设备运行参数进行拟合提供便利，有助于生产设备运行参数的改进，从而提升钢管生产的效率和质量[2]。

结论：综上所述，PLC技术和WinCC技术的应用可以有效提升自动化系统的控制效果，保障工业生产的效率和质量。通过本文的分析可知，技术人员在开展自动化系统设计中，需要注重PLC控制程序和上位机程序的实现，保障PLC技术和WinCC技术的融入，并做好用户登录界面、监控界面和历史数据显示界面的设计，为企业用户应用自动化系统提供便利。

参考文献：

[1]华俊良.PLC控制技术在工业自动化中的优化应用策略[J/OL].电子技术与软件工程,2019(04):114-115.

[2]刘跃志.基于西门子PLC技术的冶金企业自动化控制技术研究[J/OL].世界有色金属,2018(22):25-26.