1、第6章 数据记录与趋势视图6.1 数据记录 6.1.1 组态数据记录组态数据记录 1数据记录的基本概念 数据记录也被翻译为数据日志。数据记录用来收集、处理和记录来自现场设备的过程数据。数据是指在生产过程中采集的、保存在某一自动化设备（例如PLC）的存储器中的过程变量。这些数据反映了设备的状态。可以为每个变量指定一个数据记录，将变量的值保存在数据记录中。HMI可使用的数据记录个数和每个数据记录的最大条目数与型号有关。在运行时，可以将记录的变量值用趋势图的方式输出。2变量的记录属性 打开项目“数据记录”，HMI_1为KTP400 Comfort。它最多可以组态10个数据记录，每个数据记录的最大条目
2、数为10000。打开HMI的默认变量表，变量有3种采集模式可供选择。1）必要时：通过脚本或调用系统函数“更新变量”时才更新变量。2）循环操作：当变量在画面中显示或记录变量时，在运行系统中更新变量。采集周期是在HMI设备上更新变量值的周期。3）循环连续：即使变量不在当前打开的画面中，也以固定的时间间隔连续更新变量。这将增加了通信的负担，建议仅用于必须的变量。3创建数据记录 首先应生成一个数据记录，然后将数据记录分配给需要记录的变量。双击项目树中的“历史数据”，打开历史数据编辑器。双击编辑器的第1行，生成一个名为“温度记录”的数据记录。选中“温度记录”，在“记录变量”表中组态与“温度记录”连接的P
3、LC变量“温度”（MW10）的属性。与“1号电机记录”连接的PLC变量为“1号电机”（Q0.0）。也可以在HMI变量表中给选中的变量分配数据记录。记录变量有3种“采集模式”：1）循环：根据设置的记录周期记录变量值。2）变化时：HMI设备检测到数值改变时，才对变量值进行记录。3）必要时：通过调用系统函数“日志变量”（LogTag）记录变量值。选中“温度记录”，再选中巡视窗口的“常规”。“每个记录的数据记录数”指可以存储在数据记录中的数据条目的最大数目。数据记录的存储位置可能的选项有RDB（关系数据库）文件、CSV文件和TXT（文本）文件。CSV是微软的Excel文件。TXT文件格式支持可用于Wi
4、nCC的所有字符（包括中文）。物理存储位置有U盘（USB端口）、SD存储卡和网络驱动器。可选的存储位置与HMI设备的类型有关。设置“存储位置”域中的“路径”为“Storage Card USB”。成功地编译HMI设备和启动运行系统后，在计算机的C盘自动生成文件夹“Storage Card USB”，和其中的Excel文件“温度记录0.csv”。5组态记录方法 选中某个数据记录，再选中巡视窗口的“记录方法”，有4种记录方法。1）“循环记录”：记录中保存的数据采用先入先出的存储方式，记录记满时，将删除大约20%的最早的条目。2）“分段的循环记录”：连续填充相同大小的多个日志段。均被完全填满时，最早
5、的日志将被覆盖。日志段的最大编号默认值为2，最小编号为0。3）“在此位置显示系统事件”：当循环日志达到定义的填充比例时，将发送系统报警消息。当日志100%填满时，不再记录新的变量值。4）“触发器事件”：循环日志一旦填满，将触发“溢出”事件，执行组态的系统函数。达到组态的日志大小时，不再记录新的变量值。6组态重新起动的特性 选中巡视窗口的“重启行为”，可激活“运行系统启动时启用记录”。可用单选框选中“重置记录”（将记录清零），或“向现有记录追加数据”。6.1.2 数据记录的仿真数据记录的仿真 1循环记录 设置数据记录“温度记录”的记录方法为“循环记录”，记录周期为1s。运行系统启动时启用记录。启
6、动“使用变量仿真器”的仿真，仿真器的设置见下图。单击“开始”列中的复选框，“温度”的当前值开始变化。单击工具栏上的 按钮，将仿真器的参数设置保存在名为“温度”的仿真器文件中。因为是仿真，设置的数据记录的路径“Storage Card USB”实际上在计算机的C盘上，该文件夹和其中的记录文件是运行系统自动生成的。启动变量仿真器一段时间之后关闭仿真器，双击Excel文件“温度记录0.csv”，在最上面一行用鼠标调节各列的宽度。“VarName”为变量的名称，“TimeString”为字符串格式的时间标记，“VarValue”为变量的值，有效性（Validity）为1表示数值有效，0为表示出错。“T
7、ime_ms”是以ms为单位的时间标志，表格最后一行的“VarName”列中的“$RT_OFF$”表示退出运行系统。组态时设置的重新起动特性为“重置记录”（将记录清零），退出运行系统后又重新起动它，在变量仿真器中打开仿真器文件“温度”，恢复先前的仿真器设置。运行一段时间后打开“温度记录0.csv”，将会看到重新起动之前记录的数值被清除。将重新起动特性改为“向现有记录追加数据”，退出变量仿真器后又重新起动它，打开仿真器文件“温度”，恢复先前的仿真器设置。运行一段时间后打开“温度记录0.csv”，将会看到新的记录数据放置在前一次运行时记录的数据后面。2自动创建分段循环记录 选中历史数据编辑器中的“
8、温度记录”，再选中巡视窗口的“常规”，将每个记录的记录条目数改为10。选中巡视窗口的“记录方法”，选择“分段的循环记录”，温度记录文件的最大编号为默认值2，最小编号为0。启动“使用变量仿真器”仿真，在变量仿真器中打开仿真器文件“温度”，30s之后退出运行系统。打开文件夹C:Storage Card USB，可以看到3个文件，每个文件最多记录10个数据。3个记录文件组成一个“环形”，每个记录文件记满后，将新数据存储在下一个文件中。3显示系统事件 选中历史数据编辑器中的“温度记录”，再选中巡视窗口的“常规”，设置每个记录的记录条目数为30，重启时清空记录。选中巡视窗口的“记录方法”，选择“在此位置
9、显示系统事件：”，设置在默认值90时显示系统事件。在根画面中组态一个报警视图，选中它以后再选中巡视窗口的“常规”，设置显示报警缓冲区，启用报警类别“System”。启动变量仿真器仿真，打开仿真器文件“温度”，记录了27个数据后，报警视图中出现系统消息“记录 温度记录已达百分之90，必须部分清空”。打开文件“温度记录0.csv”，可以看到该文件记录了30个数据。4触发器事件 选中历史数据编辑器中的“温度记录”，再选中巡视窗口的“常规”，设置每个记录的记录条目数为10。选中巡视窗口的“记录方法”，选择“触发器事件”。选中巡视窗口的“溢出”，设置有溢出事件时执行系统函数“激活屏幕”，切换到“画面1”
10、。此外在有溢出事件时用系统函数将内部Bool变量“溢出标志”置位，点亮根画面中的溢出指示灯。启动变量仿真器仿真，打开仿真器文件“温度”，恢复先前的仿真器设置。在温度记录记满设置的10个数据时，出现溢出，从初始画面自动切换到画面1。返回根画面，可以看到“溢出”指示灯亮，可以用按钮关闭它。打开“温度记录0.csv”，该文件记录了10个数据。5变化时记录 数据记录“1号电机记录”连接的PLC变量为“1号电机”，记录方式为“触发器事件”，启动时启用数据记录，重新启动时将记录清零。选中“温度记录”，设置为运行系统启动时不启用记录。启动变量仿真器仿真，设置变量为“1号电机”，其他参数为默认值。在“设置数值
11、”列，每隔一定时间将该变量的值取反，修改后按回车键生效。变化4次后关闭变量仿真器。打开文件“1号电机记录0.csv”，可以看到“1号电机”状态变化的情况。6必要时记录数据 选中历史数据编辑器中的温度记录，记录方式为“循环记录”，运行系统启动时启动数据记录，重新启动时将记录清零。将变量“温度”的采集模式改为“必要时”。单击选中HMI默认的变量表中的变量“采集开关”（M2.0），选中巡视窗口的“数值更改”，在变量“采集开关”的数值变化时，调用系统函数“日志变量”，将变量“温度”的值添加到数据记录“温度记录”。启动变量仿真器仿真，打开仿真器文件“温度”，恢复先前的仿真器设置。在仿真器中添加变量“采集
12、开关”，每隔一定时间改变一次该变量的“设置数值”列的值，修改后按回车键生效。变化4次后关闭变量仿真器。打开文件“温度记录0.csv”，可以看到该文件在变量“采集开关”的状态变化时记录了变量“温度”的值。6.2 报警记录 1报警记录的基本原理 报警用来指示系统的运行状态和故障。WinCC还允许用户在一个报警记录中记录多个报警类别的报警。某些HMI设备不能使用报警记录。可以根据报警类别进行过滤，记录的数据可以保存在文件或数据库中。2创建报警记录 打开项目“报警记录”，再打开“历史数据”编辑器的“报警记录”选项卡。生成一个名为“报警记录”的报警记录。系统自动指定其默认值，用户可以对它进行修改。3组态
13、报警记录 报警记录的组态方法与数据记录基本上相同，应在“记录方法”属性中勾选复选框“记录事件文本和出错位置”。4组态报警类别 打开“HMI报警”编辑器，在“报警类别”选项卡的“日志”列，组态用生成的“报警记录”来记录“事故”类别的报警。5组态离散量报警 在变量编辑器中创建变量“事故信息”（MW12），数据类型为Word。打开HMI报警编辑器中的“离散量报警”选项卡，生成发电机的机组过速、机组过流、机组过压这3种报警，它们分别用变量“事故信息”（MW12）的第0位第2位来触发，报警类别均为Errors。6组态报警视图 将工具箱中的报警视图拖拽到根画面中，用鼠标调节它的位置和大小。选中巡视窗口的“
14、常规”，选择显示“报警缓冲区”，和要显示的报警类别。在运行期间，可以用根画面的报警视图显示记录的报警消息。在该过程中，将从报警缓冲区下载记录的报警消息，然后在报警视图中显示。7报警记录的模拟运行 启动“使用变量仿真器”仿真。在仿真器中生成变量“事故信息”。在“设置数值”列写入数值1，将“事故信息”MW12的最低位M13.0置位为1，事故“机组过速”被触发，报警视图显示出报警消息“到达 机组过速”。单击“确认”按钮，出现消息“（到达）已确认 机组过速”。在“设置数值”列写入数值0，事故“机组过速”消失，出现报警消息“（到达已确认）离开 机组过速”。先后将2和0写入“设置数值”列，将出现报警消息“
15、到达 机组过流”和“（到达）离开 机组过流”。单击报警视图的“确认”按钮，出现报警消息“（到达离开）已确认 机组过流”。打开C盘的文件夹Storage Card USB中的文件“报警记录0.csv”，可以看到各条报警被记录在该文件中。文件中的“Time_ms”是以ms为单位的时间标志，“MsgProc”是报警过程的属性，2为报警位处理（操作报警）。“StateAfter”为报警事件的状态，1为到达，3为到达/已确认，2为到达/已确认/离开，0为到达/离开，6为到达/离开/已确认。“MsgClass”为报警类别，1为“错误”。“MsgNumber”为报警编号，本例中的1、2分别为机组过速和机组过
16、流。Var1至Var8为String（字符串）格式的触发变量的值，“TimeString”为时间标志，“MsgText”为报警文本，“PLC”为与报警有关的HMI设备连接的PLC。6.3 趋势视图 趋势是变量在运行时的值的图形表示，在画面中用曲线形式的趋势视图来连续显示趋势。一个趋势视图可以同时显示多个不同的趋势。趋势视图分为以时间 t 为自变量的f(t)趋势视图，和以任意变量x为自变量的f(x)趋势视图。6.3.1 趋势视图的组态趋势视图的组态 1趋势的分类 趋势有下列4种类型：1）数据记录：用于显示数据记录中的变量的历史值，在运行时，操作员可以移动时间窗口，以查看期望的时间段内记录的数据。
17、2）触发的实时循环：要显示的值由固定的、可组态的时间间隔从PLC读取数据，并在趋势视图中显示。在组态变量时选择“采集模式”为“循环连续”。这种趋势适合于表示连续的过程。3）实时位触发：启用缓冲方式的数据记录，实时数据保存在缓冲区内。通过设置的一个位来触发要显示的值。常用来显示短暂的快速变化的值。4）缓冲区位触发：用于带有缓冲数据采集的事件触发趋势视图显示。2位触发趋势的通信区 在PLC中组态开关缓冲区，以便在读取趋势缓冲区时连续写入新值。开关缓冲区确保在HMI设备读取趋势值时，PLC不会将记录的值覆盖。变量“趋势传送1”分配给趋势的位为1时（见图6-20b)，从趋势缓冲区读取值，并在HMI设备
18、上以趋势的形式显示。此时PLC将新的变量值写入开关缓冲区。读取结束后，“趋势传送1”中的位被复位为0（见图6-20a)。“趋势传送2”变量中分配给趋势的位为1时(见图6-20c)，从开关缓冲区读取所有的趋势值并用HMI设备显示。HMI设备读取开关缓冲区期间，PLC将数据写入趋势缓冲区。3生成趋势视图 打开项目“f(t)趋势视图”，选中根画面中的“趋势视图”，再选中巡视窗口的“趋势”，名为“趋势_1”的趋势用于显示内部变量“递增变量”的值。设置它的样式为黑色实心线，趋势值个数为200。趋势的样式为“线”。在“侧”列设置“趋势_1”和“趋势_2”分别使用左边和右边的坐标轴。用同样的方法创建一个名为
19、“趋势_2”的趋势，样式为蓝色实心线，用于显示内部变量“正弦变量”的值。4标尺 趋势视图中有一根称为标尺的垂直线，趋势视图下面的数值表动态地显示趋势曲线与标尺交点处的变量值和时间值。可以用趋势视图中的按钮显示或隐藏标尺。5外观属性的组态 单击趋势视图，选中巡视窗口的“外观”，可以设置趋势视图的轴和网格线的颜色和背景色，以及是否显示网格。“方向”如果设置为“从右侧”，在运行时趋势曲线从右向左移动。选中巡视窗口的“表格”，用复选框选择是否显示下面的数值表和表中的网格，运行时是否可以移动列。可以设置表格和标题的颜色，和可见行数。6坐标轴的组态 选中巡视窗口的“时间轴”，可以设置是否显示时间轴。“轴模
20、式”为“时间”。X轴的右端显示当前的时间值，左端显示的是由“时间间隔”设置的100s之前的时间值。在组态3条轴时，如果不勾选“标签”复选框，刻度线和刻度值将会消失。如果不勾选“刻度”，刻度线和中间的刻度值将会消失。“增量”是指坐标轴上两条相邻的最小刻度线之间的部分对应的时间值。“刻度”数为4，是指将时间轴等分为4段。趋势视图中的垂直坐标轴的刻度按变量的实际值设置。选中巡视窗口的“右侧值轴”，可以设置轴的起始端（下端点）和末端（上端点）的值。要想在运行时显示水平的辅助线，勾选“显示帮助行位置”复选框，设置“辅助线的值”为20，将会出现右侧纵坐标为20的水平线。“标签长度”是指轴标签所占的字符数。
21、“增量”是每个小刻度对应的数值。“刻度”是每个大刻度划分的小刻度数。左侧值轴的组态方法与右侧值轴的基本上相同。选中巡视窗口的“工具栏”，可以设置是否显示工具栏。其他参数一般采用默认值。6.3.2 趋势视图的仿真运行趋势视图的仿真运行 1用趋势视图显示实时数据 在HMI变量表中生成Int内部变量“正弦变量”和“递增变量”，它们的记录采集模式为“循环连续”，记录周期为1s。启动使用变量仿真器仿真，变量仿真器的设置见下图。用“开始”列的复选框启动这两个变量，用名为“趋势”的仿真器文件保存上述设置。运行一段时间后得到的趋势曲线见图6-22。2显示数据记录中的历史数据 将本节的项目“f(t)趋势视图”另
22、存为项目“使用记录数据的f(t)趋势视图”。在HMI默认的变量表中，生成Int内部变量“温度”。在HMI的历史数据编辑器中创建名为“温度记录”的数据记录，连接的变量为“温度”，它也是记录变量。存储位置设置为“TXT文件”。选中根画面中的趋势视图，再选中巡视窗口的“趋势”，删除原来的趋势，生成一个趋势，设置趋势类型为“数据记录”，“源设置”为“温度记录”。该趋势使用右边的坐标轴，该轴的范围为0100。启动使用变量仿真器仿真，在变量仿真器中设置变量“温度”按正弦规律在0100之间变化，周期为50s，用名为“温度2”的仿真器文件保存上述设置。用“开始”列的复选框启动变量。在运行时趋势曲线不会自动从右
23、往左移动，需要用鼠标左键按住趋势画面，将曲线往左边拖拽。运行一段时间后，关闭变量仿真器，打开文件夹C:Storage Card SD中的文件“温度记录0.txt”,可以看到其中保存的变量值。打开历史数据编辑器，去掉“温度记录”的“运行系统启动时启用记录”复选框的勾，设置“重启时记录处理方法”为“向现有记录追加数据”。下次启动运行系统时，温度记录中的数据保持不变。用“在线”菜单中的命令打开仿真面板。用按钮减小显示的时间值，将时间调节到记录数据的时间段，就可以看到数据记录中的数据显示出来的曲线。6.3.3 f(x)趋势视图趋势视图 1函数f(x)的描述 f(x)趋势视图用于将一个变量的值表示为另一
24、个变量的函数。例如可以将温度表示为压力的函数。本节使用的的函数式为y=sin(x)，x的取值范围为090，每3计算一次。PLC的三角函数的角度单位为弧度，以度为单位的角度值x乘以0.0174533，得到弧度值，y=sin(0.0174533*x)。打开项目“f(x)趋势视图”HMI_1为TP700 Comfort。2创建PLC的程序 在PLC的变量表中生成数据类型为DInt（双整数）的变量DEG（以度为单位的角度值x），和数据类型为Real的变量OUT（正弦函数输出值y）。循环中断组织块OB32的循环执行周期为1000ms，其程序计算出角度值DEG由0增大到90时，每3度正弦函数OUT的实数值
25、。正弦值等于1.0时，禁止OB32中断，停止计算。PLC首次扫描时调用初始化组织块OB100，将变量DEG和OUT清零。3组态f(x)趋势视图 选中根画面中的“f(x)趋势视图”，再选中巡视窗口的“常规”，勾选各复选框，“在线”指连续更新数据。设置趋势从右侧进入。选中巡视窗口的“外观”，去掉复选框“在轴上显示标尺”的勾。选中巡视窗口左边的“窗口”，将滚动条的显示方式改为“必要时”。选中巡视窗口的“X轴”，设置显示名称为“角度”，“取值范围”为0到90，“格式”为默认的“自动套用格式”。“轴样式”用于设置轴的颜色、对齐方式和位置，X轴、Y轴默认的位置分别在趋势图的下面和左边。选中巡视窗口的“Y轴
26、”，设置显示名称为“正弦”，“取值范围”为0到1，单击“格式”列右边的按钮，去掉“格式”对话框的复选框“自动套用格式”的勾，设置小数位数为两位，趋势图中Y轴的刻度值为0.00到1.00。选中巡视窗口的“趋势”，单击“数据源”列右边的按钮，打开“数据源”对话框。设置“源类型”为“变量”，X轴和Y轴的变量分别为DEG和OUT，“更新周期”与OB32的循环周期相同，均为1s。选中巡视窗口的“文本格式”，将“粗体”改为“正常”。4f(x)实时趋势视图的仿真运行 启动S7-PLCSIM，将程序下载到仿真PLC。选中项目树中的“HMI_1”，单击工具栏上的“启动仿真”按钮，编译成功后，出现仿真面板。将S7-PLCSIM切换到RUN-P模式，从坐标原点开始，逐点出现曲线的各线段，画出f(x)趋势曲线。
