摘要：本文針對Profibus總線控制的制動器試驗臺控制系統的設計中需要對數據進行高速采集，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進行高速數據采集，然后采用WinCC支持的原始數據類型進行數據打包，接收并歸檔的方法。此方法中將獲取的數據經過處理后存儲到自定義的數據庫中，并實現了測試過程中的數據實時顯示。
關鍵詞：WinCC，原始數據類型，高速數據采集，歸檔
引言
Siemens 的監控組態軟件WinCC（Windows Control Center）在生產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、以及可靠的數據處理，因此具有高度的適用性。WinCC提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板，可以通過ODBC和SQL方式訪問歸檔數據，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 系統簡介
本系統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和監控軟件WinCC V6，組成了PROFIBUS總線控制系統。
系統連接如圖2所示。
2 問題的提出
在本試驗臺架上根據國標，制動器臺架試驗臺需要對制動期間的制動力矩進行采集，同時對采集的數據進行歸檔，以便對數據進行實時分析和以后對試驗數據進行分析。一般一個制動周期為2-6s，采樣周期至少為50ms才不至于使數據丟失。
WinCC可以通過MPI、PRrofibus、工業以太網等與下位機PLC進行通訊，將現場數據進行收集，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，不能保證試驗數據的可信度。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WinCC組態不能滿足特殊高速數據采集的要求，會導致數據的丟失，因此有必要尋找更好的途徑來實現高速數據采集的目的。
3 設計思想
存儲過程數據，并方便快捷的處理數據是上位機基于WinCC的過程監控系統的目標。WinCC對現場數據進行數據采集的過程可通過WinCC外部變量按一定周期訪問PLC對應地址的數據來實現，但是這種數據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，但是本系統中采用的S7-300系列沒有這個功能，因此本文的出發點就是利用S7-300系列有限的資源實現數據的高速采集。
本方案中在WinCC中實現高速數據采集的方法可歸納如下：
?PLC每個循環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據類型變量，可以對PLC里的DB塊直接讀取。
?WinCC的以數據包的形式一次從PLC接收一批數據，所以這樣就可以獲取完整的高速數據，實現對原始高速數據的直接處理。
WinCC的歷史歸檔數據對于工業生產過程也極為重要，WinCC在實現高速數據采集后還必須對數據進行歸檔。WinCC V6的底層數據庫是 Microsoft SQL 2000，由于WinCC自帶的歸檔數據采集周期滿足不了系統性能要求，所以本系統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過程值數據存放在一個已經建立過的數據庫表格中，然后應用軟件可通過查詢數據庫表格對歸檔數據進行訪問。
4 WinCC高速數據采集歸檔的實現
由于篇幅問題，本文只介紹一個制動周期的高速數據采集歸檔，不涉及WinCC是如何實現對制動器臺架試驗臺一個完整試驗的數據的接收。
下位機PLC的一個制動周期的高速數據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開始采集數據，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據采集通過編輯一個動作腳本來實現，此時動作設置一個觸發器，此觸發器為位信號BrkFlag，位信號 BrkFlag一旦改變就會觸發這個動作，只有位信號BrkFlag=0時WinCC才會對PLC發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據存入一個已經預先建立好的數據庫表格中。上述過程具體設計如下：
1）定義原始數據變量ActualStress,長度為240個字節
WinCC提供了消息幀變量，多個過程值可以被寫入連續的數據塊并以幀形式發送到WinCC，存儲在WinCC的原始數據變量中，原始數據變量的格式和長度都是固定不變的。
2）用C Script編寫數據采集全局動作
WinCC不能直接對原始數據變量進行處理，但提供了C腳本功能可用于編寫處理數據變量的全局動作。在本系統中編寫了項目函數 SendStressVar（），此項目函數通過調用內部函數GetTagRaw（）來實現原始數據變量的更新，并對其中的消息幀內容進行拆包處理。 GetTagRaw（）定義如下：
#define DATA_SIZE 120
WORD byData[DATA_SIZE];
GetTagRaw（"ActualStress",byData,DATA_SIZE）;
其中ActualStress為指定的原始數據變量的名字，參數byData是一個指針，只用來接收原始數據變量內容的字數組，參數DATA_SIZE是字型數組的長度，函數返回結果為TRUE，表明函數正確的執行了，否則為異常，需進行相應處理。
3）對采集數據進行實時顯示并對采集數據進行歸檔
一個制動周期內對制動力矩的分析是十分重要的，通過制動力矩數據的采集可以計算出一個制動周期內的最大制動力矩、最小制動力矩和平均制動力矩。本系統要求對每個周期的制動力矩進行顯示。
本系統還同時要求對采集的數據進行歸檔，因為采集周期的限制必須編寫全局腳本實現把采集到的數據庫寫入已經建立好數據表格中，流程如圖3所示。
5 試驗與結論
利用本系統對制動器進行了試驗，制動過程如圖4 所示，試驗過程記錄數據較多，本文只給出了通過記錄數據得到的制動力矩和制動溫度。
目前大多數組態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據進行處理，成功的將WinCC 的采集周期縮短至50ms甚至更小（最小可達10ms），滿足了數據高速采集的要求。該方法已經在實際的工程項目中應用，運行狀況穩定。該方法具有一定的通用性
參考文獻：
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4 西門子S7-300/400PLC編程軟件使用手冊