11站实验型柔性制造系统监控技术的研究

摘要：引入WinCC对11 站式实验型柔性制造系统进行实时监控系统的开发，人机界面生动的模拟了现场工况，操作方便快捷，提高了系统的实验性。文章介绍了系统的网络结构形式和监控系统的开发过程；重点对实时画面控制技术和系统与MES 数据集成技术进行了研究。

关键词：WinCC；实验型；MES；实时监控

Research of 11-stop Experimental Flexible Manufacturing System of Monitoring Technology

Abstract: Real-time monitoring system was developed for the 11-stop experimental flexible manufacturing system by WinCC.The man-machine dialogue vividly simulated real operation scene,which make the the management faster and system more experimental. The article introduced the system's network structure and development process of the monitoring system; Emphasis on the studies of Real-time image control technology and data integration technology between the system and MES.

Keywords: WinCC；Experimental；MES；Real-time Monitoring

随着科学技术的迅猛发展，机电一体化技术的广泛应用，对生产制造系统的要求也越来越高，用户们希望得到友好的人机交互，提高工作效率，减少生产事故的发生，实时监控技术的应用很大程度上帮助用户们解决了这些问题。而在学校，学生们的学习已经不能局限于PLC 电控方面的实验，让他们更多的接触监控组态技术以及上位机系统的操作，对其将来的学习和工作会有很大帮助。

本系统正是一个集监控组态技术、MES和PLC电控与一体的系统，这里主要介绍WinCC监控组态技术在实时监控系统开发中的应用，以及其与MES 系统数据集成。

1 系统的基本架构及工作原理

图1 所示是11 站式实验型柔性制造系统的生产监控结构图，由11 站式实验型柔性制造系统、PLC 控制系统、生产监控系统（MES）和实时监控系统（WinCC）四部分组成，主要完成对11 站式实验平台的实时画面监控和生产数据监控。

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1.1 11站式实验型柔性制造系统

整个11 站式实验性柔性制造系统可以分为五大站，第一站是供料站，主要为系统提供原料，包括供料单元，供料检测单元，图像检测单元，搬运单元等4 个单元；第二站为加工站，主要是对原料进行加工，包括机械手上下料单元，数控铣床单元等2 个单元；第三站为装配站，主要是对加工好的工件进行装配，包括加工检测单元，机器人单元，成品分装单元等3 个单元；第四站为物流站，主要实现对工件在站站间的搬运及储存功能，包括环形传输系统，条形码识别单元，立体仓储单元等3 个单元。

1.2 PLC控制系统

PLC 控制系统是整个柔性制造系统的控制核心，柔性制造系统的所有单元的运作都是按照PLC 发出的信号和预先设定的程序进行运作。整个系统包含各种传感器，伺服电机，气缸、机器人等。

1.3 生产监控系统

用户可以完成生产任务下达，生产任务调度，并可以详细监视生产任务进度情况、加工质量情况，以及报表功能等。生产监控系统模块（MES）主要包括用户管理、库存管理、生产计划、过程监视、质量管理、统计分析、设备管理等7 个模块，该系统的数据采集功能都是在WinCC 中实现。

1.4 实时监控系统

实时监控系统使用西门子公司开发的WinCC 组态监控软件进行开发，上位机装有CP5611 数据采集卡，通过制作通讯电缆将上位机与S7-300 总站相连，进行通讯。实时监控系统主要给用户提供良好的人机交互界面，便于用户观察生产过程（生产动作画面、生产基本信息等），并提供报警功能等。

2 WinCC实时监控系统的设计与开发

实时监控系统主要完成动作画面监控和生产基本信息监控，以及报警等功能，这里功能模块设计为生产管理、联网监控、报警记录和关于程序四个模块，其中联网监控模块是实时监控系统的核心。

2.1设计原理

（1）建模

WinCC 中有自带的绘图功能，但由于功能较为简单，系统设计中选用Flash 进行建模，导入到WinCC 图形数据库中使用，方便快捷，且效果较佳。

（2）脚本

WinCC 中有丰富的脚本语言（VB、C）及控件等，而系统通过脚本提取外部变量的值，控制内部变量的值即控制帧的状态，来符合外部的实际状态。（如图2 所示）

（3）通讯

监控系统是以西门子PLC 为主控制器，上位采用WINCC 组态软件监控，中间采用S7-300PLC 负责通信功能，下位采用八个S7-200 PLC (CPU 224) 组成分站控制器，通过PROFIBUS-DP

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现场总线网络实现监控系统的通信，八个独立的执行机构共同组成一套完整的控制系统。WinCC 提供了一个称为SIMATIC S7 Protoco