基于 TIA Portal的 SCADA系统在乳制品生产工厂 的应用

基于 TIA Portal的 SCADA系统在乳制品生产工厂 的应用

王新明 金永生 周晓龙 李希峰 郝哲

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司 内蒙古呼和浩特市 010200

摘要：本文将使用目前最新的TIA Portal V15作为上位机软件，介绍基于TIA Portal的SCADA系统在乳品生产工厂的应用。

关键词：Intouch Wincc SCADA PLC 工厂

1、SCADA系统简介

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。它是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以实现对现场运行的设备进行监视和控制。

1.1数据采集技术

乳品生产工厂数据的采集是基于PLC实现的。PLC系统是一种专用的工业计算机系统，广泛应用于工业生产过程控制中，PLC系统采用模块化设计，模块丰富、扩展能力强，能完成各种自控及计量仪器仪表输出的数字信号、模拟信号和脉冲信号的采集。通过自带通信接口或扩展通信模块以统一的通信协议上传工控机进行显示，也可以给PLC系统设置独立IP地址，通过自带网络接口经以太网上传至实时和历史服务器，完成生产数据的发布。

1.2通信技术

为了将分布相对较远乳品生产工厂联网，需使用光纤作为传输媒介接入专线网络，实现“光纤到厂”。使用光纤构成的专线网络传输现场生产数据具有抗干扰能力强、传输速度快和传输距离远的特点。

1.3数据管理技术

由于不同乳品生产工厂多路生产数据上传，容易导致服务器端的数据采集和存储量越来越大，再加上服务器对数据的集中处理，服务器任务繁重，必将会影响数据处理结果的发布。因此，由PLC系统对现场数据进行预处理，通过以太网上传服务器后经过解析直接得到生产数据。

服务器对生产数据的管理主要是对上传的数据进行缓存和数据库存储，经过批量数据处理后进行发布。所以，对生产数据的管理分为两类：1.数据采集系统在从数据缓存区批量读取数据经过运算处理后以数据方式和图形方式实时输出，即实时数据和实时曲线；2.数据采集系统从数据库中批量读取数据经过运算处理后以图形方式和报表方式输出，即历史曲线和数据报表。

2、基于TIA Portal Wincc的上位机系统组态

该部分将乳制品生产工厂预处理为背景，使用TIA Portal Wincc对上位机进行组态。

2.1 TIA Portal Wincc简介

TIA Portal中文翻译为博途，博途软件是西门子高度集成的自动化系统软件，它是西门子工业自动化集团截止目前最为先进的、集成度最高的工业自动化系统组态平台。也是目前自动化行业内第一个使用的统一化的、集工程组态和软件项目环境的于一体的自动化软件平台，TIA portal软件几乎可以应用于所有的自动化行业。TIA portal与行业内传统软件相比较，极大的降低了成本，工程师无需为一个自控系统而花费大量时间精力去安装各种的软件及选件包。TIA portal还具有高度的兼容性、易用性和高效性，可以适用于所有新老用户。

TIA PORTAL WinCC是西门子工业自动化集团的高度可视化的组态软件，TIA PORTAL WinCC现有四种版本，本文将使用 WinCC Professional作为上位机开发平台，该系统主要用于SCADA系统和可视化PC系统的组态。

2.2 TIA Portal Wincc与PLC通信

2.2.1常规PC station的建立

TIA 博途Wincc是以子站的身份与PLC进行通讯，在建立画面之前首先要建立PC station，然后添加常规IE网卡，通过PC机网卡与PLC所在的局域网进行数据交互，从而实现生产工厂的数据采集和监控的任务。

2.2.2 PC station组态

进入添加新设备，选择PC系统，打开常规PC station，点击确定便可建立西门子针对常规子站的PC系统。进入PC station，在右侧硬件目录中打开SIMATIC HMI应用软件，添加PC station。

2.2.3建立通讯

双击进入PC station，然后添加常规IE网卡并配置PG/PC接口参数，首先在右侧硬件目录中打开通信模块，将常规IE网卡拖拽到PC子站，分别建立工业以太网连接和HMI连接。在PC机控制面板里将PG/PC接口参数改为：Realtek PCIe FE Family Controller.TCPIP.Auto.1，最后在网络连接中将本地网卡IP地址修改为：10.33.8.6并建立通讯连接。

2.3乳制品生产工厂监控系统组态

本次组态的画面由主画面、主监控流程、历史数据、参数、报表、报警画面、趋势图。通过上位机监控画面可以实现对整个生产数据采集与监控、历史数据存档、报警事件显示及存档、上位机对各个工艺功能的远控操作、上位机账户安全管理、实时曲线图、报表打印等功能。

2.3.1主画面组态

主画面主要功能为登录系统、退出系统、登录系统权限管理。工厂人员根据不同的级别可以针对监控系统有不同的操作权限，防止因误操作、越权操作造成的不良后果。

2.3.2主监控流程组态

主监控流程图是基于工艺的数据采集、监视和功能操作的集中控制区，操作员可以通过主监控流程图查看各个关键数据的值、重要阀门的状态、启闭重要阀门及执行机构、查看工艺区系统运行状态。

2.3.5历史数据组态

通过配置历史数据库的物理位置和空间的大小，然后将需要记录的数据变量组态到历史数据库里，配置好相应的采样时间、采集模式等便可以实现历史数据记录，数据库空间记录满后，系统会自动从记录时间最早的数据开始删除。

2.3.6 参数组态

值班人员可以通过参数一览表直观的对工艺区重要数据进行监视，数据一览表所列的主要为进出站参数、计量参数和调压参数。

2.3.7报表组态

报表主要用于对生产过程数据的统计、汇总、计算和显示打印，通过配置报表缓存区的空间大小，可以设定生产报表的存放时间，值班人员可以通过报表查看流量、温度、压力等重要参数。

2.3.8报警画面组态

报警画面用于显示报警事件的相关信息，当出现报警事件时，系统能够发出声光报警，对报警的数据进行规档和存储便于以后查看和诊断。主要组态了温度、压力、流量、阀门等数据的报警，这些被设定报警的数据出于低限、低低限、高限、高高限的时候就会开始记录报警变量信息和显示报警窗口。

2.3.9趋势图组态

值班人员可以通过实时显示数据趋势图查看生产过程数据在一定时间内的变化趋势，并可以更改显示的时间长度和数据类型。

2.4系统调试及仿真

2.4.1系统整体调试

一般系统调试主要为硬件接线检测、通讯链路调试、系统拓扑调试、PLC与Wincc的调试、程序块逻辑调试、整机测试等

2.4.2 工艺功能逻辑仿真调试

将PLC程序下载到SIM仿真器中，启动上位机监控画面，通过仿真器模拟现场输入信号状态，上位机发布指令，检测SIM仿真器能否按照正确的逻辑输出控制信号，分别对上位机的所有工艺功能进行仿真调试。

2.4.3 PLC与Wincc联调

首先给PLC系统上电，观察PLC启动后的运行指示灯是否正常，确定远程I/O模块全部启动，连接好测试温变，启动STEP7软件，编译PLC程序进行下载，下载完成后启动在线状态，编译Wincc，启动Wincc运行状态，查看Wincc显示的温度值是否与温变采集的数值相同，如果相同则证明Wincc与PLC之间的通信正常，然后依次对远程I/O的端口进行类似测试。

3、总结与展望

3.1总结

近年来应用于自动化领域的PLC控制技术及上位机组态技术得到快速发展，人机交互、编程组态随着工控软件的不断升级而变得更加简单和人性化。Siemens的TIA系统均已经推出多个新的版本，新版本的系统支持全中文界面、组态简单、易维护。

本文通过最新的TIA Portal V15作为上位机软件，通过自己亲自对工厂系统进行组态、仿真、调试，对于自己的编程组态能力有了一定提高。

3.2展望

对于应用于乳制品生产行业的SCADA系统做如下展望：

1、上位机Wincc的使用范围会越来越广，SCADA系统的智能化、信息化水平逐渐提高。

2、系统集成将成为大趋势，数据采集与监控SCADA系统在未来将会根据不同的行业出现不同的专业组件和应用包。

3、成套集成的自动化系统开发环境将成为未来的发展趋势，现以西门子TIA博途最为成熟。

4、组态软件的简单化、人机界面交互能力、硬件的稳定性都将越来越好。

5、高速度、大容量的数据传输，即工业的大数据时代已经到来。

参考文献

1. 《基于PLC的工业控制系统的设计与实现》谭威 2007 华中科技大学

2. 《PLC编程及应用》廖常初 2007 《北京：机械工业出版社》