摘要：本文針對Profibus總線控制的制動器試驗臺控制系統(tǒng)的設計中需要對數(shù)據(jù)進行高速采集，而WinCC變量更新周期較長的問題，提出了一種首先利用 S7-300 PLC進行高速數(shù)據(jù)采集，然后采用WinCC支持的原始數(shù)據(jù)類型進行數(shù)據(jù)打包，接收并歸檔的方法。此方法中將獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后存儲到自定義的數(shù)據(jù)庫中，并實現(xiàn)了測試過程中的數(shù)據(jù)實時顯示。

關鍵詞：WinCC，原始數(shù)據(jù)類型，高速數(shù)據(jù)采集，歸檔

引言
Siemens 的監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC（Windows Control Center）在生產(chǎn)和過程自動化中對控制任務編程并支持可視化，它提供了高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)處理，因此具有高度的適用性。WinCC提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板，可以通過ODBC和SQL方式訪問歸檔數(shù)據(jù)，并通過OLE2.0和ActiveX控件的對象和文檔鏈接，這使得WinCC廣泛地應用于復雜自動控制的集成方案成為可能。

1 系統(tǒng)簡介
本系統(tǒng)是為某公司研制的制動器臺架試驗臺，試驗臺如圖1所示

主要完成制動器磨合試驗、效能試驗、熱衰退恢復等一系列試驗。其控制系統(tǒng)采用了研華工控機、西門子公司的S7-300系列PLC、ProfiBus通訊處理卡CP5611和監(jiān)控軟件WinCC V6，組成了PROFIBUS總線控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)連接如圖2所示。

2 問題的提出
在本試驗臺架上根據(jù)國標，制動器臺架試驗臺需要對制動期間的制動力矩進行采集，同時對采集的數(shù)據(jù)進行歸檔，以便對數(shù)據(jù)進行實時分析和以后對試驗數(shù)據(jù)進行分析。一般一個制動周期為2-6s，采樣周期至少為50ms才不至于使數(shù)據(jù)丟失。
WinCC可以通過MPI、PRrofibus、工業(yè)以太網(wǎng)等與下位機PLC進行通訊，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行收集，歸檔，并顯示在界面上。但是 WinCC的最小刷新周期（250ms）不能滿足試驗中對快速信號的采樣要求，不能保證試驗數(shù)據(jù)的可信度。這一刷新周期遠遠大于PLC可能達到的采樣周期（1ms），不能充分利用PLC的采樣速度。因為常規(guī)WinCC組態(tài)不能滿足特殊高速數(shù)據(jù)采集的要求，會導致數(shù)據(jù)的丟失，因此有必要尋找更好的途徑來實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集的目的。

3 設計思想
存儲過程數(shù)據(jù)，并方便快捷的處理數(shù)據(jù)是上位機基于WinCC的過程監(jiān)控系統(tǒng)的目標。WinCC對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集的過程可通過WinCC外部變量按一定周期訪問PLC對應地址的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，但是這種數(shù)據(jù)采集的周期完全是由WinCC定義的更新周期來決定的。如前所述，WinCC的最小刷新周期（250ms）不能滿足試驗中對快速信號的采樣要求。S7-400系列PLC的SFB37（AR_Send）塊具有將所采集到的過程值傳給WinCC歸檔的功能，但是本系統(tǒng)中采用的S7-300系列沒有這個功能，因此本文的出發(fā)點就是利用S7-300系列有限的資源實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采集。
本方案中在WinCC中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集的方法可歸納如下：
?PLC每個循環(huán)周期所采集到的過程值可以以一定的順序存放在具有一定格式的DB塊中；
?WinCC可以定義一種原始數(shù)據(jù)類型變量，可以對PLC里的DB塊直接讀取。
?WinCC的以數(shù)據(jù)包的形式一次從PLC接收一批數(shù)據(jù)，所以這樣就可以獲取完整的高速數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對原始高速數(shù)據(jù)的直接處理。
WinCC的歷史歸檔數(shù)據(jù)對于工業(yè)生產(chǎn)過程也極為重要，WinCC在實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集后還必須對數(shù)據(jù)進行歸檔。WinCC V6的底層數(shù)據(jù)庫是 Microsoft SQL 2000，由于WinCC自帶的歸檔數(shù)據(jù)采集周期滿足不了系統(tǒng)性能要求，所以本系統(tǒng)中基于上面介紹的方法是對過程值進行采集，并通過編寫腳本使WinCC過程值數(shù)據(jù)存放在一個已經(jīng)建立過的數(shù)據(jù)庫表格中，然后應用軟件可通過查詢數(shù)據(jù)庫表格對歸檔數(shù)據(jù)進行訪問。

4 WinCC高速數(shù)據(jù)采集歸檔的實現(xiàn)
由于篇幅問題，本文只介紹一個制動周期的高速數(shù)據(jù)采集歸檔，不涉及WinCC是如何實現(xiàn)對制動器臺架試驗臺一個完整試驗的數(shù)據(jù)的接收。
下位機PLC的一個制動周期的高速數(shù)據(jù)采集的流程如下所示
1）一個新的制動周期開始；
2）PLC置位信號BrkFlag=1（BrkFlag為WinCC定義的一個二進制外部變量），同時PLC開始采集數(shù)據(jù)，此時PLC將采集到的過程值以一定的順序存放在具有一定格式的DB塊中；
3）制動周期完畢，同時PLC 置位信號BrkFlag=0。
上位機WinCC的一個制動周期的高速數(shù)據(jù)采集通過編輯一個動作腳本來實現(xiàn)，此時動作設置一個觸發(fā)器，此觸發(fā)器為位信號BrkFlag，位信號 BrkFlag一旦改變就會觸發(fā)這個動作，只有位信號BrkFlag=0時WinCC才會對PLC發(fā)送的過程值進行拆包處理，并做一個制動周期的曲線圖同行對拆包數(shù)據(jù)存入一個已經(jīng)預先建立好的數(shù)據(jù)庫表格中。上述過程具體設計如下：
1）定義原始數(shù)據(jù)變量ActualStress,長度為240個字節(jié)
WinCC提供了消息幀變量，多個過程值可以被寫入連續(xù)的數(shù)據(jù)塊并以幀形式發(fā)送到WinCC，存儲在WinCC的原始數(shù)據(jù)變量中，原始數(shù)據(jù)變量的格式和長度都是固定不變的。
2）用C Script編寫數(shù)據(jù)采集全局動作
WinCC不能直接對原始數(shù)據(jù)變量進行處理，但提供了C腳本功能可用于編寫處理數(shù)據(jù)變量的全局動作。在本系統(tǒng)中編寫了項目函數(shù) SendStressVar（），此項目函數(shù)通過調(diào)用內(nèi)部函數(shù)GetTagRaw（）來實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)變量的更新，并對其中的消息幀內(nèi)容進行拆包處理。 GetTagRaw（）定義如下：
#define DATA_SIZE 120
WORD byData[DATA_SIZE];
GetTagRaw（"ActualStress",byData,DATA_SIZE）;
其中ActualStress為指定的原始數(shù)據(jù)變量的名字，參數(shù)byData是一個指針，只用來接收原始數(shù)據(jù)變量內(nèi)容的字數(shù)組，參數(shù)DATA_SIZE是字型數(shù)組的長度，函數(shù)返回結(jié)果為TRUE，表明函數(shù)正確的執(zhí)行了，否則為異常，需進行相應處理。
3）對采集數(shù)據(jù)進行實時顯示并對采集數(shù)據(jù)進行歸檔
一個制動周期內(nèi)對制動力矩的分析是十分重要的，通過制動力矩數(shù)據(jù)的采集可以計算出一個制動周期內(nèi)的最大制動力矩、最小制動力矩和平均制動力矩。本系統(tǒng)要求對每個周期的制動力矩進行顯示。
本系統(tǒng)還同時要求對采集的數(shù)據(jù)進行歸檔，因為采集周期的限制必須編寫全局腳本實現(xiàn)把采集到的數(shù)據(jù)庫寫入已經(jīng)建立好數(shù)據(jù)表格中，流程如圖3所示。

5 試驗與結(jié)論
利用本系統(tǒng)對制動器進行了試驗，制動過程如圖4 所示，試驗過程記錄數(shù)據(jù)較多，本文只給出了通過記錄數(shù)據(jù)得到的制動力矩和制動溫度。

目前大多數(shù)組態(tài)軟件都存在采集歸檔周期長的問題，本文針對將WinCC從PLC采集過來的原始類型數(shù)據(jù)進行處理，成功的將WinCC 的采集周期縮短至50ms甚至更小（最小可達10ms），滿足了數(shù)據(jù)高速采集的要求。該方法已經(jīng)在實際的工程項目中應用，運行狀況穩(wěn)定。該方法具有一定的通用性

參考文獻：
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