ПЛК

Simatic WinCC

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Основные сведения

Основные механизмы обеспечения открытости

Модульная структура WinCC         

Масштабируемость WinCC

Области использования     

Варианты WinCC как программного продукта

Системные предпосылки   

Общие выводы        

 

Введение

WinCC – это система визуализации, которая сводит вместе на платформе Windows NT ноу-хау фирмы Siemens, ведущего поставщика продуктов в области автоматизации процессов, и компетенцию компании Microsoft, ведущей на мировом рынке в области разработки программного обеспечения для персональных компьютеров.

WinCC – это сокращение от Windows Control Center [Центр управления Windows], он предоставляет пользователю все возможности для надежного управления процессом в стандартной среде Windows NT.

WinCC – первый в мире IHMI (Integrated Human Machine Interface [Интегрированный Человеко-Машинный Интерфейс]) – программная система, которая полностью интегрирует программное обеспечение пользователя для управления установкой в автоматизируемый процесс. Его удобные к использованию компоненты автоматизации предлагают беспроблемную интеграцию в новые или уже существующие установки.

WinCC комбинирует современную архитектуру приложений Windows NT с простотой использования графической разработки программ. Он предоставляет все необходимые функции для построения полного мониторинга процесса и решения задач управления.

В спектре продуктов для визуализации SIMATIC HMI (HMI – Human Machine Interface [человеко-машинный интерфейс]) WinCC представляет собой разбитую на уровни по цене и производительности систему управления и наблюдения класса SCADA с мощными функциями управления автоматизированными процессами. WinCC особенно отличается своей открытостью. Она легко взаимодействует со стандартными и пользовательскими программами, в результате чего возникают решения по визуализации, которые точно удовлетворяют практическим требованиям. Благодаря открытым интерфейсам системные интеграторы могут разрабатывать собственные приложения, целенаправленно надстраивая системные расширения на основе WinCC.

WinCC – это современная система с удобной панелью управления, открытая для мира делопроизводства и производства продукции, зрелая и надежная в работе, эффективно проектируемая, масштабируемая для простых и сложных задач и при этом легко встраиваемая в приложения для широкого класса предприятий вплоть до встраивания в MES- и ERP-решения. Кроме того, WinCC может применяться во всем мире и во всем мире поддерживается отделениями обслуживания и поддержки фирмы Siemens.

 

Основные сведения

·        Использование новаторских программных технологий

WinCC основывается на новейших разработках и методах в области программного обеспечения. Тесное сотрудничество с Microsoft гарантирует, что пользователь спокойно может ожидать нововведений и в будущем.

·        Встроены все функции мощной системы визуализации

Уже базовая система WinCC предоставляет все компоненты и функции, которые необходимы для решения также и сложных задач визуализации. Редакторы для создания изображений, сценариев, аварийных сообщений, графиков, отчетов являются фиксированной составной частью системы WinCC.

·        Масштабирование от простых до сложных задач

WinCC – это модульный и гибко расширяемый блок автоматизации для простых применений в машиностроении вплоть до сложных многопользовательских приложений или даже распределенных систем с несколькими серверами в сложных промышленных системах.

·        Расширяемость через специфические для отраслей и технологий опции и дополнения

На основе открытых программных интерфейсов уже разработаны различные дополнительные пакеты WinCC, которые покрывают многообразные отраслевые и специальные технологические потребности, например, для водного хозяйства.

·        Встроенная база данных ODBC / SQL

В WinCC встроена стандартная база данных Sybase SQL Anywhere, в которой хранятся все списковые данные проектирования и процесса. Доступ к базе данных WinCC возможен без всяких проблем с помощью языка структурированных запросов к базе данных SQL или через драйвер ODBC. Через эти способы доступа WinCC открывает свои данные, например, другим программам и базам данных Windows и полностью встраивается в концепцию завода или предприятия.

·        Высокопроизводительные стандартные интерфейсы, например, OLE, ActiveX, OPC

Такие стандартные интерфейсы, как DDE и OLE для обмена данными между программами Windows являются такими же обязательными составными частями WinCC, как и беспроблемное встраивание управляющих элементов ActiveX и функциональных возможностей среды клиент-сервер OPC.

·        Универсальный язык сценариев

Сценарии WinCC создаются с помощью стандартного языка программирования
ANSI-C.

·        Открытый прикладной программный интерфейс API с доступом к функциям и данным WinCC

Все модули WinCC снабжены открытым интерфейсом для программирования на языке С (C-API). Благодаря этому в программу пользователя могут быть встроены как функции проектирования WinCC, так и исполняемые функции.

·        Простое проектирование, поддерживаемое модулями оперативной помощи также и в режиме online

В среде WYSIWYG в распоряжении проектировщика наряду с простыми диалогами, ассистентами (мастерами) имеются также обширные библиотеки. При пуске в эксплуатацию изменения могут производиться также online!

·        Программное обеспечение для проектирования с возможностью переключения между несколькими языками

Программное обеспечение WinCC полностью рассчитано на многоязычное использование. Например, можно выбирать между немецким, английским и французским языком или же между различными азиатскими языками.

·        Возможность использования по всему миру благодаря переключению языков в режиме online

Для переключения языков в режиме online могут храниться тексты на любых языках, так как WinCC спроектирован для эксплуатации в странах с различными языками.

·        Каналы связи с контроллерами всех известных производителей

В объем поставки WinCC входят все существенные каналы связи для подключения к устройствам управления SIMATIC S5/ S7/ 505, а также такие каналы, как Profibus DP, DDE и OPC. Кроме того, имеется множество каналов связи, содержащихся в качестве опций или дополнений.

·        Согласованность с SIMATIC WinAC

Можно с уверенностью сказать, что комбинация ПЛК и системы визуализации на одном персональном компьютере является концепцией будущего. WinCC и WinAC образуют при этом мощное, основанное на ПК и полностью встроенное решение задач автоматизации фирмы Siemens.

·        Полностью интегрированная автоматизация (Totally Integrated Automation – T.I.A.)

T.I.A. – это интеграция различных продуктов фирмы Siemens, причем WinCC, как окно в процесс, образует центральный блок T.I.A. T.I.A. означает общность в проектировании и программировании, хранении данных и обмене данными.

Благодаря SIMATIC WinCC версии 5.0, идея об интегрированном решении задач автоматизации находит последовательное продолжение. При этом существенно расширяется связь мира Step 7 с WinCC. Отличительной чертой является интеграция таких характеристик, как:

ü      прямое использование символов STEP 7 в WinCC

ü      вызов блоков STEP 7 из WinCC

ü      переход в систему диагностики аппаратуры Step 7

·        Компоненты визуализации системы контроля и управления SIMATIC PCS7

SIMATIC PCS 7 – это система контроля и управления процессами в T.I.A. PCS 7 сочетает преимущества решений задач автоматизации, основанных на использовании контроллеров, для дискретного производства с преимуществами решений, основанных на использовании систем контроля и управления процессами для непрерывных производств. При этом PCS 7 использует стандартные компоненты SIMATIC для визуализации процессов, а именное станции оператора на основе WinCC.

·        Встраивание в MES- и ERP-решения

Благодаря стандартным интерфейсам SIMATIC WinCC становится встроенной составной частью информационно-технологического ландшафта на всем предприятии – от автоматизированного производственного процесса вплоть до оптимизации процессов на уровне управления предприятием и до подготовки административных данных для руководства предприятия (MES – Manufacturing Execution Systems [Производственные исполняющие системы] и ERP – Enterprise Resource Planning [Планирование ресурсов в масштабе предприятия]).

·        Поддержка и консультации для любых случаев применения

Разумеется, WinCC включен в контекстную онлайновую систему помощи. В трудных случаях в вашем распоряжении имеется, кроме того, (с понедельника по пятницу) круглосуточная служба поддержки клиентов (Customer Support). Регулярное обновление и расширение базы знаний WinCC предлагает вам служба WinCC/Comprehensive Support [Поддержка WinCC и всесторонняя поддержка]. И последнее по порядку, но не по важности: вы можете рассчитывать на профессиональную подстраховку и консультации через Центр компетентности WinCC (WinCC Competence Center) и WinCC Professionals.

Основные механизмы обеспечения открытости

Открытость WinCC поддерживается на всех уровнях работы этой системы за счёт использования открытых интерфейсов и доступности внутренних структур WinCC.

Рис. 1. Поддержка открытых интерфейсов в WinCC

 

Обмен данными с другими Windows-приложениями осуществляется при помощи механизмов DDE, OLE, ODBC/SQL (см. рисунок 1).

Поддержка интерфейса OLE 2.0 позволяет разработчику встраивать в
WinCC-приложение как OLE-документы, так и компоненты ActiveX.

Доступ к базам данных осуществляется через стандартный интерфейс ODBC и через WinCC API. Подсистема архивации базируется на известных реляционных базах данных. Существует возможность выбора между dBase и Sybase. Подсистема Global Scripts в WinCC включает в себя ANSI C интерпретатор для написания обработчиков событий и функций на языке С. Кроме стандартных С функций в основной пакет входит WinCC API. В обработчики событий можно включать свои DLL библиотеки, разработанные, например, на Visual C++.

WinCC придерживается открытых стандартов и в коммуникационных драйверах. Кроме наличия пакета коммуникационных драйверов для SIMATIC S5, S7, WinCC поддерживает также известные спецификации обмена данными, среди которых: Modbus Serial, Industrial Ethernet, Allen Bradley-DF1, Mitsubishi FX и другие. В WinCC также используются коммуникационные драйвера, которые не зависят от производителя. В состав этих драйверов входят DDE, OPC (OLE for Process Control), Profibus DP/FMS. В случае, если со стороны WinCC не окажется нужного драйвера для выбранного программируемого логического контроллера (ПЛК), разработчику предоставляется возможность разработать свой драйвер, используя Channel Development Kit (CDK).

WinCC предлагает максимум возможностей разработчику для написания своих дополнений. Разработчик получает доступ к внутренним структурам, процедурам и функциям компонентов системы. Описание этих функций поставляется специально отдельной опцией Open Development Kit (ODK).

Система WinCC может использоваться как в однопользовательском варианте, так и в клиент-серверном варианте. К WinCC-серверу (принимающему данные с ПЛК, например) может быть подключено до 16 WinCC-клиентов.

 

 Модульная структура WinCC

WinCC является модульной системой. Она включает в себя стандартный набор модулей (базовый пакет) и дополнительные опции, список которых постоянно увеличивается. Каждый модуль представляет собой редактор, который выполняет определённую функцию и состоит из системы исполнения и системы разработки.

Рис.2. Модульная структура WinCC

 

На рисунке 2 схематично изображена модульная структура WinCC. Ядром WinCC является приложение Control Center, которое позволяет легко ориентироваться по проекту и исполняет роль менеджера всех опций WinCC. В Control Center осуществляется объявление и настройка протокола передачи данных, а также объявление внутренних и внешних тегов. В объявление тегов входит нормирование, преобразование форматов, установка начальных значений и ряд других полезных функций.

 

 Масштабируемость WinCC

WinCC предназначена для работы в клиент-серверной архитектуре. До выхода
WinCC 5.0 система могла поддерживать 1 WinCC-сервер и до 8 WinCC-клиентов в рамках одного WinCC-проекта. В качестве операционной системы для WinCC-сервера используется Windows NT Server или Workstation 4.0. Для WinCC-клиентов могут использоваться Windows 95/98/NT. База данных проекта является централизованной и почти всегда располагается на WinCC-сервере. Есть также возможность расположения данных проекта на файловом сервере. Отдельные службы могут выполняться на WinCC-клиентах. Например, для того чтобы не нагружать сервер, принимающий данные с ПЛК и осуществляющий архивацию, служба визуализации может быть отключена на сервере и запускаться только на клиенте. Во многих случаях рекомендуется именно так и поступать, так как визуализация составляет примерно половину затрат на ресурсы. WinCC-клиент не ограничен взаимодействием только с одним сервером. Есть возможность переключения между серверами, но при этом изменяется текущий проект. Прямая связь между WinCC-клиентами невозможна, однако между WinCC-серверами связь возможна с помощью OPC.

Выбор протокола передачи данных (если такой выбор возможен) влияет на гибкость и на последующее усовершенствование системы. Промышленные сетевые спецификации, которые позволяют создавать общую шину и работают на высокой скорости (например, Profibus), всегда предпочтительнее, чем более простые спецификации (например, Modbus Serial).

Типовая структура сети АСУТП выполненная с применением WinCC показана на рисунке 3. Здесь приём данных и визуализация разделены. Накапливаемые данные в архивах Sybase или dBase могут просматриваться и анализироваться с помощью WinCC-клиентов или других приложений, созданных пользователем с использованием открытых интерфейсов. Выделение компьютера для сервера оперативного архива связано со стремлением разделить приём данных и обработку запросов пользователей к БД. В этом случае, оперативные данные, накапливаемые на WinCC-серверах, копируются через приемлемое время на выделенный сервер. Там же могут формироваться и статистические данные. В случае аварийных ситуаций более свежая информация может просматриваться на WinCC-клиентах. Как частный случай, в качестве оперативного сервера может выступать ещё один WinCC-сервер, принимающий данные с другого WinCC-сервера по OPC.

Рис.3. Пример структуры сети АСУТП с применением WinCC 4.0

 

Рис.4. Структура сети с применением WinCC и опции Redundancy

Пятая версия WinCC предлагает уже качественно новый инструментарий для создания распределённых систем. Теперь WinCC поддерживает до 6 WinCC-серверов в одном проекте и позволяет обслуживать до 16 мульти-клиентов WinCC (multi-clients). Термин мульти-клиент означает, что доступ может быть одновременным ко многим серверам (в данном случае до 6 серверов). Использование ресурсов и служб WinCC может оптимально распределяться между WinCC-серверами. Каждый из серверов может быть подключен к ПЛК и принимать данные. В этом случае общая схема, представленная на рисунке 3, сохраняется, но система становится более гибкой и позволяет распределять затраты на ресурсы между серверами. Архивация параметров также может быть распределена. Например, если количество параметров составляет несколько тысяч, имеет смысл распределить архивацию параметров между серверами. Во-первых, это снизит общую загрузку системы, а во-вторых, при большом количестве параметров временные пропуски в архивах неизбежны и, следовательно, такое распределение только улучшит эффективность.

Подводя итоги, отметим следующие возможности создания распределённых приложений с помощью WinCC 5.0:

Ø      Распределение служб (Alram Logging, Tag Logging и т.д.) и ресурсов (теги, мнемосхемы и т.д.) WinCC;

Ø      Поддержка распределённой БД в рамках одного проекта;

Ø      Поддержка мульти-клиента, обеспечивающая одновременный доступ ко всем серверам, участвующим в проекте.

В WinCC 5.0 обеспечение отказоустойчивости системы осталось на высоком уровне, так как можно создавать дублирующие сервера (опция Redundancy). На обоих серверах должна быть установлена ОС Windows NT.

Если один из серверов выходит из строя (например, нарушилась связь с WinCC-клиентом), то WinCC-клиент автоматически переключается на другой работающий сервер. Конфигурирование клиента для работы с дублирующими серверами происходит с помощью программы Project Switcher (в этом случае клиенты также должны быть реализованы на базе ОС Windows NT). При работе с опцией Redundancy предполагается следующее:

Ø      Опция Redundancy установлена на обоих серверах;

Ø      WinCC cервера одинаково сконфигурированы;

Ø      Сервера синхронизированы по времени. Это можно отследить с помощью Lifebeat Monitoring из опции BPC. Можно, например, воспользоваться стандартными программами, например, TimeSync, либо Time Synchronization включённая в пакет WinCC;

Ø      Сообщения содержат временную метку;

Ø      Сообщения и измеряемые значения параллельно посылаются обоим серверам;

Ø      В процессе работы один из серверов исполняет роль ведомого, другой ведущего. Через определённый промежуток времени (по умолчанию 10 секунд) сервера обмениваются сообщениями, чтобы выяснить есть ли ошибка в связи. Если сервер, на котором произошла ошибка, через некоторое время начинает функционировать, то на другой работающий сервер посылается сообщение с последней меткой времени тех данных, которые имелись на момент возникновения неисправности (см. рис.4). После этого данные с рабочего сервера заполняют пробел в базе данных сервера, который некоторое время не работал.

Популярность глобальной сети Internet и Internet/Intranet технологий отразилась и на опциях WinCC. В WinCC 5.0 реализована возможность просмотра состояния объекта через Web с помощью WinCC Web Navigator Server. На WinCC Web Client требуется Web-броузер и минимальная инсталляция, которая может осуществляться по сети. Возможность использования глобальной сети позволяет создавать дополнительные клиентские станции, которые могут быть разнесены территориально на большие расстояния.

 Области использования

WinCC – это открытая система визуализации процессов, которая находит применение почти во всех отраслях. WinCC состоит из модулей, может гибко расширяться и делает возможными как простые однопользовательские применения в машиностроении, так и сложные многопользовательские решения и даже распределенные системы с несколькими серверами и мультиклиентами в сложных промышленных системах.

WinCC поддерживает многообразие способов проектирования и при этом открыт так, что ничто не препятствует индивидуальной разработке проектов и изображений. Благодаря этому проекты и изображения, которые могут быть разработаны на основе WinCC, очень разнообразны и могут быть использованы для непосредственного изображения машин путем визуализации установки и вплоть до очень сложных технологических процессов с соответствующими изображениями.

С помощью WinCC имеется возможность проектировать визуализацию нейтрально не только по отношению к технологии, но и по отношению к отрасли, т.е. объединить в одной системе автоматизацию производства и процессов.

WinCC доказывает это, ссылаясь на свои применения в следующих отраслях:

§         резиновая и каучуковая промышленность

§         автомобилестроение

§         производство продуктов питания, молочная промышленность

§         производство и переработка бумаги

§         производство энергии

§         очистка сточных вод

§         химическая и фармацевтическая промышленность

§         производство стали

§         машиностроение и производство комплектного промышленного оборудования

 SIMATIC WinCC принадлежит к трем самым успешным в мире системам SCADA и, несомненно, является № 1 в Европе. Этот факт подтверждает следующий неполный перечень предприятий, успешно сотрудничающих с SIMATIC и использующих WinCC:

 

·         ATOGLAS Groupe ATOCHEM

·        AV Murg Kläranlage Rastatt

·        BASF

·        BK Guilini Chemie GmbH & Co. OHG

·        CREATON AG

·        Credit Suisse

·        Daimler Benz AG

·        EDEKA

·        Elektrizitätswerk Wesertal GmbH

·        Harry Brot GmbH

·        Heinrich Georg Maschinenfabrik GmbH

·        ILV/Frauenhofer Institut

·        KME AG

·        Küttner Trier GmbH

·        Mannesmann Präzisrohr GmbH

·        MAST Jägermeister AG

·        Odenwald Faserplatten GmbH

·        OSRAM GmbH

·        Österreichische Draukraftwerke AG

·        Otto Versand Hamburg

·        Phoenix AG

·        Rivella AG

·        Schuller GmbH

·        Steag Hamatech GmbH

·        Steirische Ferngas AG

·        TEL Mineralwolle AG

·        Transportgummi GmbH

·        Trink- und Abwasserzweckverband Lukau

·        Zwischenlager Würenlingen AG

 

 Варианты WinCC как программного продукта

SIMATIC WinCC предлагается как пакет программного обеспечения и как готовая к применению система, состоящая из различных аппаратных вариантов РС и программного пакета.

WinCC в виде пакета программного обеспечения позволяет работать на выбранном пользователем персональном компьютере. Напротив, система, готовая к применению, дает то преимущество, что пользователь получает проверенные, оптимизированные для конкретного применения персональные компьютеры, которые нужно только включить („plug and play“). Работы по установке полностью отпадают. По желанию могут быть встроены и необходимые коммуникационные модули для SIMATIC NET, или, в многопользовательской системе, для терминальной шины.

Для области обслуживания существуют станции управления и серверы на основе офисных персональных компьютеров фирмы Siemens. Для использования на месте имеются персональные компьютеры SIMATIC для установки на панели с мембранной передней панелью IP65, а также с сенсорным экраном.

В случае системного программного обеспечения WinCC можно выбирать из следующих основных вариантов:

WinCC полный пакет (RC: лицензия на использование и проектирование)

WinCC пакет Runtime (RT: лицензия на использование)

В каждом случае для выбора предоставляются пакеты на 128, 256, 1024 или 64 000 PowerTag’ов. Под PowerTag’ами понимаются исключительно процессные переменные, которые связаны с процессом для управления. При этом одна процессная переменная может порождать до 32 сообщений. Кроме того, в распоряжении имеются внутренние переменные, не связанные с процессом, в качестве дополнительной системной услуги.

Пакеты Powerpack позволяют увеличить количество используемых PowerTag’ов. Когда растет приложение, вместе с ним растет и WinCC. Так что можно спокойно начинать работу с самым маленьким вариантом, а затем, по мере необходимости, наращивать мощность с помощью пакетов Pawerpack.

 

Системные предпосылки

Аппаратные предпосылки для WinCC

·      PC с процессором Pentium Pro, тактовая частота > 200 МГц

·      Оперативная память: 128 Мбайт

·      Емкость жесткого диска > 1 Гбайт

·      Графический адаптер VGA, рекомендуется SVGA (видеопамять
4 Мбайта)

·      Привод CD-ROM для установки;

·      рекомендуется: устройство для защиты данных (проекты)

 

Программные предпосылки для WinCC

·      Рабочая станция Windows NT V4.0 WS для однопользовательских систем или клиентов WinCC

·      Сервер Windows NT 4.0 Server для сервер-станции  WinCC

·      Текущие Пакеты обновления (Service Packs) Microsoft

 

Предпосылки для подключения к системе управления

Для подключения к контроллерам SIMATIC, наряду с соответствующим каналом связи, который принадлежит базовому пакету или должен быть заказан как опция, дополнительно еще нужен подходящий драйвер аппаратуры (частично зависящий от операционной системы) и, в случае необходимости, соответствующий коммуникационный модуль (напр., плата MPI для подключения к MPI, CP5611 или CP5412(A2) для подключения к шине Profibus или CP1411, CP1413 или CP1613 для обмена данными через Industrial Ethernet).

 

 Общие выводы

WinCC является открытой и масштабируемой SCADA системой, поддерживающей наиболее распространённые интерфейсы и позволяющей создавать приложения различной сложности.

Система SIMATIC WinCC разработана для решения задач визуализации и оперативного управления. Система оснащена мощным интерфейсом для связи с процессом, пригодна для работы со всем спектром изделий SIMATIC, обеспечивает парольный доступ к управлению процессом, обладает высокой производительностью. Базовая конфигурация системы обладает высокой универсальностью и может быть использована для построения систем управления самого разнообразного назначения.

В ядре системы для хранения архивов и конфигурации проекта используется стандартная база данных Sybase SQL Anywhere. Лицензия на использование этой базы данных и утилит к ней входит в комплект поставки WinCC.

Базовая конфигурация системы включает в свой состав набор функций, позволяющих выполнять событийно управляемую сигнализацию, архивирование результатов измерений, регистрировать технологические данные и параметры настройки конфигурации, функции управления и визуализации.

Использование системы WinCC на практике показало её удобство как инструментария для создания систем мониторинга технологических процессов. Фирмой “СМС” в 1998-1999 годах выполнено три различных по масштабу проекта на базе WinCC. Опыт внедрения системы WinCC показывает, что предлагаемый инструментарий не зависит от отрасли промышленности и позволяет создавать АСУТП различной сложности.

Автор реферата имеет непосредственный опыт работы с данной SCADA-системой. Мной было выполнено 2 WinCC-проекта, один из которых создавался на основе внедрённого на заводе «Пемос» проекта автоматизации парового котла. В ходе проектирования было выявлено больше преимуществ, нежели недостатков. В виду своей гибкости и открытости, WinCC представляет собой довольно сложную в проектировании SCADA-систему: многое приходится делать самому, вручную, вплоть до прописывания скриптов. Поэтому неподготовленному проектировщику не просто сразу научиться в ней работать. В частности, для более гибкого и детального проектирования требуется навык программирования на языке C/C++. Но этот недостаток спорный, ведь у него есть и положительная сторона: проектирование в WinCC способствует развитию знаний начинающего проектировщика и расширению круга его навыков.