基于WinCC的港口移動機械監(jiān)控系統(tǒng)的設計及應用

-.z西門子基于WinCC的港口移動機械監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用一、工程簡介工程所在地位于*國際集裝箱碼頭**。其港口大型機械主要包括岸橋〔岸邊橋式集裝箱起重機〕和場橋〔堆場橋式集裝箱起重機〕，兩種大型機械的控制系統(tǒng)主要由GE9030/9070、YASKAWACP317/CP316、FUJI70/120和ABBAC800M等四個系列的PLC組成，總計192臺。由于現(xiàn)場監(jiān)控設備的類型和數(shù)量很多，因此為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集的接口，港口大型移動機械監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)實時以太網(wǎng)為根底，通過OPC的通訊方式采集各個類型PLC的數(shù)據(jù)。然后WinCC以OPC客戶端的方式讀取OPC效勞器中的數(shù)據(jù)，并通過無線模式將數(shù)據(jù)發(fā)送到移動手持終端上，從而實現(xiàn)堆港口大型移動機械設備的實時數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控。二、系統(tǒng)介紹2.1系統(tǒng)需求基于國際集裝箱碼頭現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)絡所覆蓋的有效工作*圍內(nèi)，本系統(tǒng)需要滿足和實現(xiàn)如下功能：〔1〕系統(tǒng)中所有的岸橋和場橋必須組網(wǎng)進入港口大型移動機械監(jiān)控系統(tǒng)〔以下簡稱MCMS〔MobileCraneMonitoringSystem〕〕；〔2〕所有岸橋和場橋的數(shù)據(jù)必須通過統(tǒng)一的通訊協(xié)議采集到同一監(jiān)控平臺上。〔3〕效勞器通過WinCC的B/S模式，利用無線以太網(wǎng)絡將工程發(fā)布到現(xiàn)場的移動手持終端〔MPC〕上?！?〕工程人員能通過手持MPC〔MobilePersonalputer〕利用YICT的無線局域絡，從效勞器上讀取各岸橋和場橋的監(jiān)控數(shù)據(jù)并進展必要的控制；2.2控制系統(tǒng)構成除以上所描述的系統(tǒng)需求外，現(xiàn)場邏輯控制和采集系統(tǒng)的硬件組成由下列圖加以說明：

圖1控制系統(tǒng)構成〔1〕系統(tǒng)中所有PLC均通過有線或無線的方式接入到現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡中；〔2〕1*、2*和3*為OPC效勞器，在采集PLC數(shù)據(jù)的同時提供OPC效勞；〔3〕4*、5*分別為WinCC報警和實時數(shù)據(jù)采集效勞器從OPC效勞器獲取數(shù)據(jù)，同時還作為WinCCServer發(fā)送數(shù)據(jù)；〔4〕6*為WinCCClient&WEBServer效勞器，負責將采集到的數(shù)據(jù)以WEB的方式發(fā)送出去；〔5〕最后，現(xiàn)場的手持移動終端作為WEBClient接收并顯示來自WEB效勞器上的數(shù)據(jù)；三、系統(tǒng)功能實現(xiàn)MCMS系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要由以下步驟組成：即首先現(xiàn)場不同型號的PLC數(shù)據(jù)會被采集到指定的OPC效勞器中，其次WinCC報警采集效勞器和WinCC實時數(shù)據(jù)采集效勞器作為OPC客戶端讀取OPC效勞器中的數(shù)據(jù)，再次WinCCC/S客戶端在讀取WinCCOPC客戶端數(shù)據(jù)的同時將其以WEB的形式發(fā)送出去，最后手持移動終端作為WEB客戶端讀取并顯示從WEB效勞器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。3.1數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)3.1.1OPC方式采集現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)由于本系統(tǒng)涉及的PLC型號眾多，因此采用目前比擬成熟的OPC通訊技術實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。在OPC效勞器中安裝Citect、KEPServer和ABBOPCServer三種軟件分別采集GE9030、YASKAWA、FUJI和ABB四種型號PLC中的數(shù)據(jù)。同時，WinCC作為OPCClient從OPC效勞器中統(tǒng)一讀取實時數(shù)據(jù)。3.1.2WinCC構造變量和畫中畫的方式處理數(shù)據(jù)本系統(tǒng)監(jiān)控的港口機械主要由岸橋和場橋兩種組成。同類機械的監(jiān)控信息和畫面布局根本一致，因此在組態(tài)時可以運用畫面模版和構造變量的設計方法實現(xiàn)對同類機械的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。即在顯示同類機械中不同編號的港口設備時，只需編輯一套畫面和一段腳本程序，通過更改構造變量的前綴來完成對變量的采集和監(jiān)控。以下是以17號岸橋為例按鈕腳本程序：3.2WinCCC/S模式實現(xiàn)由于系統(tǒng)涉及的設備眾多，監(jiān)控數(shù)據(jù)十分龐大，因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，我們采用將WinCC的畫面組態(tài)與數(shù)據(jù)采集相別離，且在數(shù)據(jù)采集中將報警數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息相別離，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3.2.1效勞器端的設置首先效勞器端需安裝WinCCServer的授權，同時在工程中注冊效勞器的客戶端名稱，其次將計算機設置為WinCC多用戶模式并配置遠程管理權限1000和1001，最后點擊ServerData生成效勞器數(shù)據(jù)包，生成數(shù)據(jù)包完成后設置數(shù)據(jù)更新的方式，即完成效勞器的組態(tài)。其過程如圖2所示：

圖2C/S模式效勞器設置3.2.2客戶機端的設置將效勞器的工程復制到客戶機上，刪除工程中所有的外部變量和報警，同時將工程設置成客戶機工程，然后利用網(wǎng)上鄰居的方式將效勞器的的數(shù)據(jù)包導入到客戶機工程中，這樣完成客戶機工程的組態(tài)。其過程如圖3所示：

圖3C/S模式客戶機設置3.3WinCCB/S模式實現(xiàn)3.3.1WinCCB/S網(wǎng)絡的設置由于本系統(tǒng)建立在已有的國際網(wǎng)絡系統(tǒng)之中，該網(wǎng)絡主要有以下三個局部組成：公司的辦公網(wǎng)絡，港口機械設備網(wǎng)絡和無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡。本系統(tǒng)主要涉及到的網(wǎng)絡為港口機械設備網(wǎng)絡和無線局域網(wǎng)絡。而這兩局部的網(wǎng)絡具有如下特點：〔1〕港口機械設備網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)之間有硬件防火墻的隔離連接，同時國際集裝箱碼頭為了保證網(wǎng)絡系統(tǒng)的平安在防火墻中禁用了網(wǎng)絡鄰居的協(xié)議；〔2〕無線局域網(wǎng)絡主要應用于集裝箱信息管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)在無線端局部借用該網(wǎng)絡進展數(shù)據(jù)傳輸；〔3〕港口機械設備網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)不再同一網(wǎng)段內(nèi)，分屬于兩個不同的網(wǎng)絡系統(tǒng)；〔4〕無線局域網(wǎng)采用2.4GHz頻段，傳輸?shù)乃俾试?1Mbps、5.5Mbps、2Mbps和1Mbps中切換，一般在工作在2Mbps和1Mbps；〔5〕無線局域網(wǎng)中運行的設備已經(jīng)到達800多臺設備。由于防火墻禁用網(wǎng)絡鄰居協(xié)議因此MPC〔MobilePersonalputer〕無法在無線局域網(wǎng)絡內(nèi)實現(xiàn)與港口機械設備網(wǎng)絡內(nèi)WinCC效勞器之間的遠程C/S模式，而WinCCB/S模式只需要開通通用的IE瀏覽器端口號〔80〕即可，而防火墻已經(jīng)開通了該網(wǎng)絡端口。因此，本系統(tǒng)采用WinCC的B/S傳輸模式實現(xiàn)對遠程實時數(shù)據(jù)的顯示和管理。由于港口機械設備網(wǎng)絡和無線局域網(wǎng)絡不在同一網(wǎng)段內(nèi)，因此需要將港口機械設備網(wǎng)絡內(nèi)WinCCWeb效勞器的IP地址映射到無線局域網(wǎng)的網(wǎng)段上，實現(xiàn)通訊連接。同時將MPC中的無線網(wǎng)卡按照無線局域網(wǎng)的相關配置設置連接網(wǎng)絡名及登錄用戶密碼，完成MPC進網(wǎng)配置。同時由于應用該網(wǎng)絡的設備已經(jīng)到達800多臺，因此可用的網(wǎng)絡資源十分有限。為了保證本系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實時性，就需要獲取相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡帶寬，而網(wǎng)絡帶寬的大小取決于無線信號的強度，強度越強，獲取的帶寬越大。因此本工程中將MPC的無線網(wǎng)卡設置外接天線，同時在裝有MPC的小車外部安裝車載天線，從而有效的解決了無線信號的穩(wěn)定性和可靠性。3.3.2效勞器端的設置要將WinCC工程以Web的形式發(fā)布到無線網(wǎng)絡上，效勞器端還需安裝西門子的WebNavigator軟件和授權，同時開啟操作系統(tǒng)的IIS效勞。在安裝軟件的過程中按照提示步驟需要設置Web效勞器的IP地址和輸出端口號，創(chuàng)立Web發(fā)布的站點，設置IIS效勞生成動態(tài)網(wǎng)頁瀏覽〔ASP〕，最后配置客戶端的用戶權限即完成效勞器端的組態(tài)。如圖4所示。

圖4B/S模式效勞器端設置圖3.3.3客戶機端的設置在客戶機〔MPC〕上直接運行IE瀏覽器，輸入在效勞器上配置的用戶名和密碼后，系統(tǒng)會提示用戶下載和安裝用于WinCCWeb發(fā)布的客戶端控件，然后設置IE的平安權限，即完成客戶機端的組態(tài)。如圖5所示。再次輸入Web效勞器的IP地址即實現(xiàn)WinCC的B/S瀏覽模式。

B/S模式客戶端設置四、完畢語在本套數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中，集中表達了WinCC的三大特點：其一，由于監(jiān)控的數(shù)據(jù)量很大，而且具有一定的規(guī)律性，在變量處理上充分利用Wi