随着世界工业自动化的日益发达和工业生产要 求的逐渐提高，人们对自动化监控系统的人性化互 动与系统定义的要求也越来越高，对监视和控制生 产过程以及对生产数据进行归档和进一步处理的要 求在急剧增加，不仅要实现人机对话，还要易于操 作，实时性好，开发周期短，便于修改、扩充和升 级等。工控组态软件的发展正适应这一要求，成为 工业自动化及其系统的一件有力武器，使得对系统 运行过程进行的实时监控迅速发展。

本控制系统采用分级分布式多处理器智能化体 系结构（图1）：硬件具有模块化、智能化、冗余化、 全隔离等特点；上位机采用WinCC 组态软件，具有 标准化、通用化等特点；系统开放化，控制站和采 集站构成现场控制级，进行数据采集和分散控制； 监控操作站通过冗余化工业局域网与之相连，完成 工业过程的集中监测管理，并可进一步实现全厂的 优化控制、能源管理、生产调度、故障诊断和质量 预报等高级功能，再经管理网连接管理站，可构成 一个集生产、管理、经营于一体的全厂生产综合自 动化系统；具有高可靠性、构成灵活、界面友好、 功能强大、安装维修简便的性能特点。

组态软件WinCC 是一个集成的人机界面 （HMI）系统和监控管理系统，它是结合过程自动 化领域中的先进技术和Microsoft PC 软件技术的强 大功能的产物^[1]。WinCC 是视窗控制中心（Windows Control Center）的简称，它提供了适用于工业的图 形显示、消息报警、过程值归档以及报表打印等模 块，具有高性能的过程耦合、快速的画面更新以及 可靠的数据管理功能。其特性之一是全面开放，各 系统集成商可用WinCC 作为其系统扩展的基础，通 过开放接口开发自己的应用软件。另外，WinCC 中 的ANSI - C 语言脚本（Script）及其提供的与数据 库之间的接口更增加了其应用功能，充分满足用户 的复杂要求。

3.1 上位机监控系统功能

根据生产过程的工艺流程、工艺参数和监控要 求，设计开发了上位机监控系统，并将画面分为总 流程画面、澄清工段流程画面、蒸发工段流程画面、 历史曲线查询画面、历史数据查询画面、控制参数 设置画面、仪表参数设置画面。在监控系统总流程 画面上可以显示整个生产过程宏观运行情况，除此 外还能够对蒸发罐液位、6 个蒸发罐锤度、混合汁 加热、中和汁加热、清汁加热、滤汁加热、中和汁 流量、清汁流量、滤汁流量、糖浆流量进行控制。 另外，系统还包括完善的报警和报表系统。 监控系统主画面如图2 所示。

图2(Figure 2)

图2 蒸发工段监控系统主画面

3.2 监控系统画面组态

上位机（工程师站）安装WinCC 开发运行版， 操作员站安装运行版。它提供适用于工业应用的图 形显示、消息、归档以及报表等功能模板，能方便 地生成全图形化人机界面。上位机工程师站同时装 有PG5 Standard 编程软件及Merz OPC SAIA S-Bus 软件，采用以太网方式与现场控制器连接，可以实 现在中控室内监控和修改程序。

3.2.1 建立变量标签

在控制器与WinCC 通信握手建立之后，在 WinCC 中对PLC 程序中的变量建立相应的标签。

3.2.2 绘制组态画面

在WinCC 图形编辑器画面中，根据澄清、蒸发 过程的设备布置和监控要求，利用WinCC 绘图工具 或兼容绘图软件，设计完成所有能实时反映现场状 态的监控画面以及其它操作画面。操作界面和设备 的位置与现场保持一致，并要充分兼顾用户的操作 习惯，使画面简单、友好和易于操作。

3.2.3 设备的动态连接

能够动态地反映现场设备的运行状态，对所绘 制的元件的颜色、样式、闪烁、几何等属性进行变 量连接和设置。当设备状态发生改变时，元件的属 性发生相应改变，从而实现对设备工作状态的监控， 并能直观显示。

3.3 报警系统组态

在工业生产中，安全无疑是最重要的，应该采 取措施防止故障的发生。当操作人员有操作不当或 重要参数超出要求范围时，系统通过文字提示、颜 色变化、声音报警、闪烁等手段及时通知操作人员， 可避免安全问题的发生，提高生产安全率。因此， 报警消息系统对于整个系统的正常运行有着重要意 义，它是人机界面应用系统中的重要组成部分。

3.3.1 组态报警画面

利用WinCC 提供的WinCC alarm control 报警 控件可以完成对各种报警的触发条件、显示颜色和 描述的配置，并能实现实时和历史数据的显示确认。

历史纪录可以设为短期和长期2 种，采用先入先出 的方式进行实时刷新。通过修改相关设置，可以对 报警信息进行存储，存储周期可以按照客户要求来 设定，而且可以根据输入的时间段来抽取报警信息 并通过报表形式打印出来。

3.3.2 报表系统的设计实现

WinCC 报表系统功能比较强大，并提供过程归 档可选功能，它的作用是以用户自定义的结构将WinCC 中的数据保存在内置的WinCC 数据库中。 这些数据可通过表格的方式由Active x 控件显示。

在本系统中根据客户实际需要设计了混合汁加热温 度、中和汁加热温度、清汁加热温度、减温减压器 出口温度、减温减压器出口压力、末效锤度、中和 pH、1 号蒸发罐汽鼓温度、1 号蒸发罐汽鼓压力、2 号蒸发罐汽鼓温度、2 号蒸发罐汽鼓压力、5 号蒸发 罐汽鼓温度、5 号蒸发罐汽鼓压力、6 号蒸发罐汽鼓 温度、6 号蒸发罐汽鼓压力等重要参数的小时和分 钟数据统计报表，如图3 所示。

图3(Figure 3)

图3 系统报表

3.4 通讯组态

为了使WinCC 系统与各种不同类型的控制系 统进行通讯，需要使用通讯驱动程序。在本系统中， WinCC 通过OPC 驱动程序与控制系统通讯，它们 之间的过程通讯结构如图4 所示。

图4(Figure 4)

图4 WinCC 和PLC 过程通讯结构图

WinCC 的应用程序（主要指图形运行系统、变 量记录运行系统和报警记录运行系统）从数据管理 器中请求数据。数据管理器处理WinCC 产生的数据 和存储在SQLAnywhere 系统数据库中的数据，在运 行期间，它管理WinCC 变量，任务是从过程中取出 请求的变量值。根据连接的控制系统，通讯驱动程 序包含一个或多个通道单元，通讯驱动程序利用其 通道单元构成WinCC 和过程处理之间的接口，它使 用通讯处理器向控制器发送请求消息，通讯处理器 将相应回答消息中请求的过程值返回给WinCC。通过操作系统接口和硬件驱动程序，通道单元可以支 持通讯所需要的硬件组件（通讯端口或PC 模块）^[2]。