XML在WinCC系统开发中的应用

摘   要   随着经济的迅猛发展，越来越多的新技术应用于工业生产中。WinCC 作为监控软件，在酸洗线广泛使用。但是在实际工作中作者发现由于现场设备众多，部分设备厂家为了保证其核心技术不被泄露，往往采用自身的监控平台，而只给全线监控提供相关接口。在这种的情况下，对平台之间数据传输的安全性、有效性及数据转换效率都有一定的影响。作者在试图解决这些影响的过程中发现，XML是一个不错的载体，因为它的功能性决定了它是在解决多平台之间数据交互问题的不二之选。而本文主要研究的就是XML在酸洗线 WinCC 监控系统中的应用以及这些应用的实际意义。

1  引言

1.1   课题研究背景

在金融危机影响力已逐渐削弱的今天，各行各业已经开始新的经济复苏的脚步。为了在新的竞争中取得先机，国内诸多大型钢铁企业都开展了一轮又一轮的技术改造，引进了各项新技术，而唯一的目的就是要在这场技术改革的竞争中取得先机[1]。于是，WinCC 、XML等致力于提高效率的新技术就越来越多的出现在生产实践当中。

1.2   课题研究实际意义

从冷轧工序来看，酸洗线具有十分重要的作用。因为它是冷轧工序的首道工序，对整个冷轧工序来说都是至关重要的，该线的效率直接影响到了后序产线的效率。基于此每次新技术的应用基本都是率先在酸洗线进行实验与改革的。

本文的目的就是通过将 XML技术引入到 WinCC 监控系统中去，在多平台的数据交互中发挥 XML的优势，提高多平台之间的数据交互效率，进而提高生产效率。

2  基于XML的WinCC监控系统模型

现如今，酸洗现场监控采用的是最新版本的WinCC V7.0，其采用的数据库是标准 Microsoft SQL Server 2000 ，而在 WinCC V6.0及以前的版本中采用的却是 Sybase 数据库[2-4]。那为什么在研发 WinCC V7.0时设计方要用 Microsoft SQL Server 2000替换 Sybase 呢？作者相信这是由于两者的功能决定的（两种数据库的功能比较请见表 1），而数据库的性能也将决定了新 WinCC的性能。

从下表 1 我们可以看出，由于 Sybase 数据库具有多数据库、多设备、多用户等特点，在使Sybase 数据库变强大的同时也导致其数据库变得十分复杂，不便于管理。于是，设计人员在最新研发中用更利于管理的SQL Server 取代了 Sybase 。通过 SQL Server 数据库，用户不仅可以用它来归档生产数据，同时它也具有 Web浏览器功能，可使各级管理人员在办公室内就能看到生产线的画面，从而以便能够更好地指挥调度生产。

可是我们也要看到 SQL Server 不利于在多服务器的环境中使用，为了尽量避免影响其性能，我们就需要提高服务器与服务器、服务器与客户机以及客户机与客户机之间的访问效率。提高这一效率的有效途径就是提高平台之间的数据处理能力，这也就为 XML的引入提供了前提条件。因为 XML的功能性决定了不论使用任何平台，XML都能够实现在不同的用户或程序之间数据交换[5]。

表1  Sybase 与SQL Server 分析比较

基于此，下面我们就来介绍 XML在WinCC中的应用与实现。

2.1   XML在WinCC中的应用

做为 WinCC 设计方的西门子与 Microsoft,在所属领域一直处于技术改革的最前沿，就更加不会忽视被誉为“正在接管整个世界”的 XML[6]。于是，西门子与 Microsoft 的产品或多或少的已经使用 XML或者至少提供能够使用 XML的接口。 就酸洗线而言，设计人员采用 WinCC 监控系统进行现场设备状态的实时监控[7-8]。在 PLC 中，西门子的研发人员设计开发大量的控制模块以满足生产中的各种实际要求[9-10]。在这些模块中，就不乏为 XML提供接口的模块。我们可以通过这些模块，将相应的 XML文档应用于需要改进的功能当中。

在酸洗线，不妨假设创建一个用户自己定义的XML文档。在这个文档中保存本生产线线上设备的状态信息，这些信息中就包含设备的启动条件、运行条件等。首先，我们将该文档上传到WinCC 监控系统的服务器中，服务器中的解析器把数据读取出来，然后放到服务器的数据库中，最后用户从服务器的数据库中提取信息并形成 XML文档下发到各条生产线的 WinCC 客户机中。这种方式可以更加简洁有效的存储交换设备的状态信息，实现不同平台之间的数据交互，这种传输速度是比较快的，因为以XML格式进行数据交换可以轻而易举地合并来自不同数据源的数据。

与此同时，我们也可以将存储有设备状态信息的 XML文档用于现场设备状态的显示。对于 WinCC 监控系统来说，XML需要做的就是通过 XML文档在 WinCC 画面中进行现场设备状态的实时显示。例如，在设备有故障的时候，通过对话框使用XML显示出该设备的报警信息。这样不仅方便现场人员及时了解设备运行的当前状态，而且还能在故障发生的第一时间及时了解故障原因并作相关处理，极大地提高了劳动效率。

2.2   XML在WinCC中的实现

本课题所采用的 Faceplate 。Faceplate 是西门子自主研发的小软件，主要用于在WinCC 画面上为每个单体设备分配一个画面，并在该画面上显示模块的面板，模块的状态（Auto 、Man、Standby）、参数（PV、SP）、棒状图等。

在faceplate 画面中，第一页显示当前设备的状态，例如送电状态等。于是，我们将报警信息做在了第二面。由于每个设备运行的条件有多有少，但是为了保证统一的格式，我们将显示条目设置为最大值：16条。由于每个设置的起始条件及起始方向，运行方向的不同，所以为每一个设备都设置了5 张画面，分别用于显示设备起始，起始方向的正与反，运行方向的正与反。

不过在编写 XML文档之前，我们还应该了解设备运行的不同前提条件。这些条件都是与现场实践密不可分的。此外，WinCC 可支撑例如英文、德文、日文、中文等多种文字，故为了与开发软件语言环境一致，我们在 XML代码的开发中也必须保持语言的一致性。在本设计中，英语的代码为 1033 ，德语的代码为 1031。

图1  圆盘剪传动侧 B 刀面的 Gap 电机 RUN<状态下的信息画面

不妨以圆盘剪传动侧 B 刀面的 Gap 电机为例，将一部分 XML代码设计为：

<Status Id="C_RUN1_Bit02_Text1">

<StatusText LanguageId="1033" Text="Head pivoting stopped" />

从该代码中我们可以了解到该电机的相关信息是用英语描述的，其中电机正转有一个运行条件为Head pivoting stopped ，该条件在对应画面的第三条显示。在该条件没有满足的时候，该条件状态灯将呈现红色（如上图 1 所示）。让现场人员第一时间就可以判断出该电机当前状态。

但是需要注意的是，有的设备的相关条件数量远不够16 条，这样对于空余的内容我们也要为其安排。还是以圆盘剪传动侧 B 刀面的 Gap 电机为例，该电机正转只需要 3 个条件，对于从 bit03到bit15条件为空的内容，将代码设计为：

<Status Id="C_RUN1_Bit03_Text1">

<StatusText LanguageId="1033" Text="" />

这是因为如果不为其分配地址的话会破坏faceplate 的结构，导致相应的信息没有显示在指定的画面上。这样就极容易混淆设备的相关运行条件，造成一定的隐患。

3  模型分析

3.1   模型功能分析

图2  基于 XML的WinCC数据流程图

为了提高平台之间数据的数据交互效率，作者在 WinCC 监控系统中引入了不受格式限制的 XML（基于XML的WinCC 数据流程图如图 2 所示），相比于现有的 WinCC 数据流程图（如图 3 所示），引入 XML的主要功能就是用于报警信息的显示，以便能够在故障发生的第一时间通知相关人员进行处理，提高生产率。

对于数据库而言，在基于 XML的WinCC 监控系统中，我们并没有完全放弃使用SQL 数据库。只是在报警信息这一块，我们用 XML数据库代替了原有的数据库。不过，这个“XML数据库”只是一个用于存储XML文档的文件夹。这个文件夹不仅存在于服务器，而且客户机中也有，这是为了保证全线所有 WinCC监控系统在报警信息上实时都保持一致，防止同一个设备的画面在不同监控画面中显示的内容不一致。不然，服务器与客户机里的显示内容状态不一致就会导致矛盾，让操作人员无法确定设备的实际状态，埋下了安全隐患。

3.2   模型安全分析

既然我们所要研究对象是基于 XML的酸洗线 WinCC 监控系统应用模型，对于这个新模型，我们也不得不讨论其系统的安全性。

虽然结合现代安全技术能较好地解决数据传输的安全问题，但是针对面向 XML的数据传输的安全需求，需要 WinCC 监控系统能保证 XML数据在传输过程中的数据机密性、身份验证性、访问控制性、数据完整性以及不可否认性。

图3  现有的 WinCC数据流程图

众所周知 WinCC 画面是需要授权进行登录的，在登录系统时 WinCC 系统又设置了各级管理权限。为确保系统顺利运行，避免越权操作，监控系统对访问权限进行了严格的管理与限制。WinCC 实时监控系统运行时，监控图像通过全屏方式显示。此时除了最高级的管理员账户，其他账户都不能退出实时监控画面，也不能够在进入别的窗口。

WinCC 软件自身强大的安全性能只能保证系统外部数据运行时的安全性，那么怎么保证系统内部的数据安全性呢？众所周知，XML加密和 XML签名是保证 XML安全的两个最主要的技术。通过XML加密技术可以保证传输状态中的 XML文档的安全性，这就意味着任何未经运行的用户不能访问该状态下的XML文档内容。同时，XML加密技术还可以对文档内部进行有选择性的加密，这样就可以满足用户对数据安全性的不同需求。而 XML签名技术的用途也十分广泛，它可以用来保证XML文档甚至内容的不被撰写。只有当成功解密之后，才能保证用户的正常访问。在引入XML签名技术之后，用户可以根据需要不仅在已经签名后的文档内继续添加签名，而且还可以对文档进行有选择性的签名。这样，在同时采用XML加密技术与签名技术之后，就可以保证运输数据的安全性，并保证数据在发送与接收时的一致性了。

4  结论

实践证明，XML在WinCC 监控系统开发中最主要的功能在于实时显示当前设备的状态，这样能够很大程度上为现场人员提供便捷。但是 XML还没有渗入到酸洗线的各个层次，导致其应用存在着一定的局限性。但是作者已经迈出了第一步的同时，也相信随着XML技术发展的越来越广泛，应用的领域也越来越多，在不久的将来越来越多的开发商将在自己的产品中引入XML。到那时，整个系统不同平台之间的数据交互速率将会发生明显的变化。

参考文献

[1]   中国钢铁工业协会 2010 年理事会议[EB].工业和信息化部网站. http://www.gov.cn/gzdt/ 2010－02/10/content_1532166. html. 2010 年2 月

[2]   梁锦鑫.WinCC  基础及应用开发指南[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

[3]   刘华波.组态软件 WinCC及其应用[M]. 北京：机械工业出版社,2009.

[4]   胡凡,胡鸣.武钢冷轧厂酸洗区域控制系统中的 WinCC 监控方案[J].软件导刊，2010.2 ：75

[5]  XML 简介[EB].http://baike.baidu.com/view/275429.htm?fr=ala0_1.

[6]  [EB].http://www.enet.com.cn/.2007.10.12

[7]  Siemens.WinCC Training.Industrial Solutions and Services[M].2005.

[8]    Lu Jianhua.Using Wincc to Monitor Process[J].Journal of Wuhan Yejin University of Science and Technology.2001

[9]   项晓菲,高阳,郭强.  现代钢铁企业中的 WinCC 监控方案[J].  中国计量协会冶金分会 2007 年年会

[10]   许战军,马福舟. WinCC 在酸洗线监控系统中的应用[J].  冶金自动化.2006(S2).