西门子基于WinCC的港口移动机械监控系统的设计与应用

基于WinCC的港口移动机械监控系统的设计与应用一、项目简介项目所在地位于某国际集装箱码头有限公司。其港口大型机械主要包括岸桥（岸边桥式集装箱起重机）和场桥（堆场桥式集装箱起重机），两种大型机械的控制系统主要由GE9030/9070、YASKAWACP317/CP316、FUJI70/120和ABBAC800M等四个系列的PLC组成，总计192台。由于现场监控设备的类型和数量很多，因此为了统一数据采集的接口，港口大型移动机械监控系统以工业实时以太网为基础，通过OPC的通讯方式采集各个类型PLC的数据。然后WinCC以OPC客户端的方式读取OPC服务器中的数据，并通过无线模式将数据发送到移动手持终端上，从而实现堆港口大型移动机械设备的实时数据采集和状态监控。二、系统介绍2.1系统需求基于国际集装箱码头现有的无线局域网络所覆盖的有效工作范围内，本系统需要满足和实现如下功能：（1）系统中所有的岸桥和场桥必须组网进入港口大型移动机械监控系统（以下简称MCMS（MobileCraneMonitoringSystem））；（2）所有岸桥和场桥的数据必须通过统一的通讯协议采集到同一监控平台上。（3）服务器通过WinCC的B/S模式，利用无线以太网络将项目发布到现场的移动手持终端（MPC）上。（4）工程人员能通过手持MPC（MobilePersonalComputer）利用YICT的无线局域络，从服务器上读取各岸桥和场桥的监控数据并进行必要的控制；2.2控制系统构成除以上所描述的系统需求外，现场逻辑控制和采集系统的硬件组成由下图加以说明：图1控制系统构成（1）系统中所有PLC均通过有线或无线的方式接入到现有的以太网络中；（2）1#、2#和3#为OPC服务器，在采集PLC数据的同时提供OPC服务；（3）4#、5#分别为WinCC报警和实时数据采集服务器从OPC服务器获取数据，同时还作为WinCCServer发送数据；（4）6#为WinCCClient&WEBServer服务器，负责将采集到的数据以WEB的方式发送出去；（5）最后，现场的手持移动终端作为WEBClient接收并显示来自WEB服务器上的数据；三、系统功能实现MCMS系统功能的实现主要由以下步骤组成：即首先现场不同型号的PLC数据会被采集到指定的OPC服务器中，其次WinCC报警采集服务器和WinCC实时数据采集服务器作为OPC客户端读取OPC服务器中的数据，再次WinCCC/S客户端在读取WinCCOPC客户端数据的同时将其以WEB的形式发送出去，最后手持移动终端作为WEB客户端读取并显示从WEB服务器发送过来的数据。3.1数据采集功能的实现3.1.1OPC方式采集现场PLC数据由于本系统涉及的PLC型号众多，因此采用目前比较成熟的OPC通讯技术实现对数据的采集。在OPC服务器中安装Citect、KEPServer和ABBOPCServer三种软件分别采集GE9030、YASKAWA、FUJI和ABB四种型号PLC中的数据。同时，WinCC作为OPCClient从OPC服务器中统一读取实时数据。3.1.2WinCC结构变量和画中画的方式处理数据本系统监控的港口机械主要由岸桥和场桥两种组成。同类机械的监控信息和画面布局基本一致，因此在组态时可以运用画面模版和结构变量的设计方法实现对同类机械的数据采集和监控。即在显示同类机械中不同编号的港口设备时，只需编辑一套画面和一段脚本程序，通过更改结构变量的前缀来完成对变量的采集和监控。以下是以17号岸桥为例按钮脚本程序：#includeapdefap.hvoidOnClick(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,TEXT4LIKE'QC17');}3.2WinCCC/S模式实现由于系统涉及的设备众多，监控数据十分庞大，因此为了保证系统的稳定运行，我们采用将WinCC的画面组态与数据采集相分离，且在数据采集中将报警数据与生产数据信息相分离，从而保证系统的稳定性和可靠性。3.2.1服务器端的设置首先服务器端需安装WinCCServer的授权，同时在项目中注册访问服务器的客户端名称，其次将计算机设置为WinCC多用户模式并配置远程管理权限1000和1001，最后点击ServerData生成服务器数据包，生成数据包完成后设置数据更新的方式，即完成服务器的组态。其过程如图2所示：图2C/S模式服务器设置3.2.2客户机端的设置将服务器的工程复制到客户机上，删除工程中所有的外部变量和报警，同时将工程设置成客户机工程，然后利用网上邻居的方式将服务器的的数据包导入到客户机工程中，这样完成客户机工程的组态。其过程如图3所示：图3C/S模式客户机设置3.3WinCCB/S模式实现3.3.1WinCCB/S网络的设置由于本系统建立在已有的国际网络系统之中，该网络主要有以下三个部分组成：公司的办公网络，港口机械设备网络和无线局域网网络。本系统主要涉及到的网络为港口机械设备网络和无线局域网络。而这两部分的网络具有如下特点：（1）港口机械设备网络与无线局域网之间有硬件防火墙的隔离连接，同时国际集装箱码头为了保证网络系统的安全在防火墙中禁用了网络邻居的协议；（2）无线局域网络主要应用于集装箱信息管理系统，本系统在无线端部分借用该网络进行数据传输；（3）港口机械设备网络与无线局域网不再同一网段内，分属于两个不同的网络系统；（4）无线局域网采用2.4GHz频段，传输的速率在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps和1Mbps中切换，一般在工作在2Mbps和1Mbps；（5）无线局域网中运行的设备已经达到800多台设备。由于防火墙禁用网络邻居协议因此MPC（MobilePersonalComputer）无法在无线局域网络内实现与港口机械设备网络内WinCC服务器之间的远程C/S模式，而WinCCB/S模式只需要开通通用的IE浏览器端口号（80）即可，而防火墙已经开通了该网络端口。因此，本系统采用WinCC的B/S传输模式实现对远程实时数据的显示和管理。由于港口机械设备网络和无线局域网络不在同一网段内，因此需要将港口机械设备网络内WinCCWeb服务器的IP地址映射到无线局域网的网段上，实现通讯连接。同时将MPC中的无线网卡按照无线局域网的相关配置设置连接网络名及登录用户密码，完成MPC进网配置。同时由于应用该网络的设备已经达到800多台，因此可用的网络资源十分有限。为了保证本系统的可靠性、稳定性和实时性，就需要获取相对稳定的网络带宽，而网络带宽的大小取决于无线信号的强度，强度越强，获取的带宽越大。因此本项目中将MPC的无线网卡设置外接天线，同时在装有MPC的小车外部安装车载天线，从而有效的解决了无线信号的稳定性和可靠性。3.3.2服务器端的设置要将WinCC项目以Web的形式发布到无线网络上，服务器端还需安装西门子的WebNavigator软件和授权，同时开启操作系统的IIS服务。在安装软件的过程中按照提示步骤需要设置Web服务器的IP地址和输出端口号，创建Web发布的站点，设置IIS服务生成动态网页浏览（ASP），最后配置客户端的用户访问权限即完成服务器端的组态。如图4所示。图4B/S模式服务器端设置图3.3.3客户机端的设置在客户机（MPC）上直接运行IE浏览器，输入在服务器上配置的用户名和密码后，系统会提示用户下载和安装用于WinCCWeb发布的客户端控件，然后设置IE的安全权限，即完成客户机端的组态。如图5所示。再次输入Web服务器的IP地址即实现WinCC的B/S浏览模式。图5B/S模式客户端设置四、结束语在本套数据采集与监控系统中，集中体现了WinCC的三大特点：其一，由于监控的数据量很大，而且具有一定的规律性，在变量处理上充分利用WinCC结构变量的功能；其二，由于监控画面具有一定的相似性，因此在画面组态上充分利用了画面模版和画中画的功能；其三，在监控结构层次的实现中不仅使用了WinCC的C/S架构和B/S架构，在集成第三方控制产品所使用的OPC技术方面也显示了较高的性能，且运行可靠，维护性高，将现场监控和数据分析两大功能很好的展示出来，在目前高度集成化的工业现成扮演了及其重要的角色。