CN110147071A - 基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法 - Google Patents

基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法 Download PDF

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邢宝山
唐茜
刘锐
张国金
刘路明
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Abstract

本申请提供的一种基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法，系统包括：客户机、服务器、与所述服务器一一对应的冗余服务器、及下位机。本申请所提供的监控系统及其搭建方法，能够使所述系统中多套服务器共同采集多个PLC数据，并且每台服务器都采用冗余的设计方案，同时客户机能够访问功多个服务器，实现项目任务分配在多个服务器中，减少了每台服务器上的负载，大大提高了工作效率，提高了系统的安全性、稳定性和不间断性，增加了系统的可扩展性。

Description

基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法
技术领域
本发明涉及工业自动化领域，特别是涉及一种基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法。
背景技术
随着计算机、通讯技术和自动化技术的深入发展，现代工业对数据采集与监控系统的控制越来越高度集中，也对系统的安全性、容错性和不间断性提出了更高的要求。通过WinCC可实现对生产工艺的监视控制功能。目前集中式服务器架构的监控系统，服务器的负荷量大使用效率低，各服务器之间耦合度要求高，系统扩展性差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于WinCC的分布式服务器架构监控系统搭建方法，应用于以工控机为架构的服务器，所述方法包括：获取SIMATICWinCC管理权限以进行安装和使用；组态项目数据以形成服务器数据包；创建多用户端口，依据获取的一或多个客户机的信息向各所述客户机远程分配操作权限，以供各所述客户机通过所述多用户端口获取任意一所述服务器对应的服务器数据包；选取一服务器进行冗余配置以建立冗余关系；通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网，以供与所述客户机、下位机、及其他所述服务器之间通信连接。
于本申请的一实施例中，所述冗余配置的方法包括：激活所述SIMATIC WinCC的冗余功能；获取拟建立冗余关系的两所述服务器的信息以配置冗余识别连接方式，以确定缺省服务器与冗余服务器；令所述缺省服务器与所述冗余服务器的时间同步，并生成冗余数据包以完成冗余配置。
于本申请的一实施例中，所述冗余配置的方法还包括：当所述缺省服务器故障时，所述冗余服务器被激活以继续执行所述缺省服务器的工作。
于本申请的一实施例中，与所述下位机建立通信连接的方法包括：将IP地址设置为与所述下位机的IP地址在同一网段；在所述SIMATIC WinCC中添加通信驱动程序；将PG/PC接口改为TCP/IP；依据所述下位机对应的IP地址、机架号、及槽位号进行绑定。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于WinCC的分布式客户机架构监控系统搭建方法，应用于以计算机为架构的客户机，所述方法包括：获取SIMATICWinCC管理权限以进行安装和使用；组态项目数据以形成客户数据包；创建客户端口，依据从服务器接收到的操作权限以获取所述服务器组通过态项目数据形成的服务数据包，据以组态首选的所述服务器。通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网，以供与所述服务器、及其他所述客户机之间通信连接。
于本申请的一实施例中，与所述服务器通信连接的方法包括：将IP地址设置为与所述服务器的IP地址在同一网段；在所述SIMATIC WinCC中添加通信驱动程序；将PG/PC接口改为TCP/IP；依据所述服务器对应的IP地址、机架号、及槽位号进行绑定。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于WinCC的分布式下位机架构监控系统方法，应用于以PLC模块为架构的下位机，所述方法包括：通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网与以太子网，以供与所述服务器、及其他所述下位机之间通信连接。
于本申请的一实施例中，所述以太子网供通信连接于传感器、电机、气动元件、及电感元件中任意一种或多种组合。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种服务器，所述服务器以工控机为架构，所述服务器包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机指令，以实现如上所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于客户机、下位机、及其他所述服务器通信连接。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种客户机，其特征在于，所述客户机以计算机为架构，所述客户机包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机指令，以实现如上所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于与如上所述的服务器、及其他所述客户机通信连接。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种下位机，所述下位机以PLC模块为架构，所述下位机包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机指令，以实现如上所述的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于与如上所述的服务器、及其他所述下位机通信连接；所述通信器还包括以太子网，用于通信连接于传感器、电机、气动元件、及电感元件中任意一种或多种组合。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于WinCC的分布式集群架构监控系统，所述系统包括：一或多个如上所述的客户机、一或多个如上所述的服务器、与所述服务器一一对应的冗余服务器、及一或多个如上所述的下位机；所述下位机以PLC模块为架构，用于采集关联设备的运行参数信息并形成PLC数据；所述客户机以装载有SIMATICWinCC的计算机为架构，用于监控所述下位机采集的所述PLC数据；所述服务器与所述冗余服务器以装载有SIMATIC WinCC的工控机为架构，用于获取所述下位机采集的所述PLC数据和/或提供本地服务。
于本申请的一实施例中，一或多个所述客户机能够对同一所述PLC数据进行监视；各所述客户机能够访问一或多个所述服务器或冗余服务器。
于本申请的一实施例中，当所述冗余服务器处于工作状态时，仅由其获取一所述PLC数据。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种非暂时的计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如上所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统系统搭建方法；或者，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如上所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；或者，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如上所述的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统系统搭建方法。
综上所述，本申请的提供的基于WinCC的分布式集群架构监控系统及其搭建方法，具有以下有益效果：
1)基于WinCC的分布式服务器集群架构监控系统可以采用多套服务器共同采集多个PLC数据，通过此设计系统实现多客户机对同一PLC数据的监视控制功能，同时客户机能够访问功多个服务器，实现项目任务分配在多个服务器中，减少了加载到每台服务器上的负载，从而大大提高了工作效率，提高了系统的稳定性；
2)其中每台服务器都采用冗余的设计方案，在系统运行期间，主服务器故障，冗余伙伴服务器会立即激活，继续完成系统分配的任务，提高了系统的安全性和稳定性，实现了对系统监控的不间断性；
3)通过配置协议和组态接口数据增加了控制系统的可扩展性。
附图说明
图1显示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统的架构示意图。
图2显示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统搭建方法的流程示意图。
图3显示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统搭建方法的流程示意图。
图4显示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统搭建方法的流程示意图。
图5显示为本申请于一实施例中的服务器的结构示意图。
图6显示为本申请于一实施例中的客户机的结构示意图。
图7显示为本申请于一实施例中的下位机的结构示意图。
图8显示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式架构监控系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。
为了明确说明本申请，省略与说明无关的部件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。
在通篇说明书中，当说某部件与另一部件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
当说某部件在另一部件“之上”时，这可以是直接在另一部件之上，但也可以在其之间伴随着其它部件。当对照地说某部件“直接”在另一部件“之上”时，其之间不伴随其它部件。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等描述。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。
表示“下”、“上”等相对空间的术语可以为了更容易地说明在附图中图示的一部件相对于另一部件的关系而使用。这种术语是指，不仅是在附图中所指的意义，还包括使用中的装置的其它意义或作业。例如，如果翻转附图中的装置，曾说明为在其它部件“下”的某部件则说明为在其它部件“上”。因此，所谓“下”的示例性术语，全部包括上与下方。装置可以旋转90°或其它角度，代表相对空间的术语也据此来解释。
虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。
本申请中所涉及的WinCC为SIMATIC WinCC(Windows Control Center)视窗控制中心，它是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，是西门子在自动化领域中的先进技术和Microsoft相结合的产物，其性能全面、系统开放，具有良好的开放性和灵活性。
于本申请中，所述系统主要基于西门子SIMATIC S7PLC硬件和SIMATIC WINCC软件平台。
如图1所示，展示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式集群架构监控系统的架构示意图。于本申请所述系统中包含有一或多个客户机、一或多个服务器、与所述服务器一一对应的冗余服务器、及一或多个下位机，他们之间通过以太网进行通信。所述下位机包括PLC以及如电机、传感器、气动元件等模拟信号采集元件组件，如图所示，他们之间通过以太子网进行通信。
具体来说，所述客户机用于监控控制所述下位机对应的PLC数据。所述服务器或冗余伙伴服务器用于获取所述下位机对应的PLC数据和/或提供本地服务。所述下位机用于采集关联设备的运行参数信息并形成PLC数据。从而实现，对分布式服务器集群架构的数据采集与监控。
需要说明的是，本申请所述监控系统适用于中大型监控系统，因复杂的大中型系统工艺工作量大，因此需要更好效率的协作方式，以及多个PLC相互协同共同完成。常见现有技术中，往往由需要多个多服务器共同采集同一PLC数据，大中型系统数据处理工作量大，若采用多服务器共同采集同一PLC数据，势必回拖垮PLC。而本申请所提供的监控系统及其搭建方法，能够使所述系统中多套服务器共同采集多个PLC数据，并且每台服务器都采用冗余的设计方案，同时客户机能够访问功多个服务器，实现项目任务分配在多个服务器中，减少了每台服务器上的负载，大大提高了工作效率，提高了系统的安全性、稳定性和不间断性，增加了系统的可扩展性。
PLC控制系统(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。
在西门子plc程序中，为了进行数学运算、设定定时器时间、设定计数器计数值等，需要使用各种数据。程序中的各种数据(如常数、十六进制数、浮点数、时间、数组等)都必须是PLC所允许的类型与可识别的格式，即：PLC对数据有“类型”与“格式”两方面的要求。西门子S7系列PLC根据数据的字长，允许使用的类型有基本数据、复合数据、参数三大类。
下面将分别针对客户机、服务器(包括冗余服务器)、及下位机的搭建方法与结构进行详细说明。
如图2所示，展示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统搭建方法的流程示意图。所述方法应用于以工控机为架构的服务器，即将工控机作为本申请所述系统架构中的服务器。如图所示，所述方法包括：
步骤S201：获取SIMATIC WinCC管理权限以进行安装和使用。
所述SIMATIC WinCC软件为视窗控制中心，它是西门子最经典的过程监视系统。WinCC能为工业领域提供完备的监控与数据采集(SCADA)功能，涵盖单用户系统直到支持冗余服务器和远程Web服务器解决方案的多用户系统。SIMATIC WinCC是公司垂直集成交换信息的基础，具有良好的开放性和灵活性，它采用了工厂智能，助力用户实现更大程度的生产过程透明化。
WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括：汽车工业、化工和制药行业、印刷行业、能源供应和分配、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。
于本实施例中，应用于所述服务器上的所述搭建方法，其前提是该所述服务器(工控机)存储有SIMATIC WinCC软件或安装有SIMATIC WinCC软件。
工控机(Industrial Personal Computer，IPC)即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机主板、CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供稳定、可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
于本实施例中，所述SIMATIC WinCC软件可能由企业购买并管理该软件的安装或使用权限，因此，首先令划入本申请中所述监控系统的服务器(工控机)获取安装或使用的管理权限以进行安装或使用。
步骤S202：组态项目数据以形成服务器数据包。
所述组态(Configure)具有“配置”、“设定”、“设置”等含义，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。
另外，所述监控(Supervisory Control)，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。
简单地说，组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制。它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送到相关人员，对信息执行必要分析处理和存储，发出控制指令等等。
于本实施例中，所述项目数据为与监控项目中与服务器间接或直接相关的数据，例如，服务器信息，服务器获取权限，服务器功能，服务器分布信息等。
步骤S203：创建多用户端口，依据获取的一或多个客户机的信息向各所述客户机远程分配操作权限，以供各所述客户机通过所述多用户端口获取任意一所述服务器对应的服务器数据包。
举例来说，所述服务器先创建“Multi-User Project”的多用户端口的新项目，组态项目数据以形成服务器数据包，获取一或多个目标客户机的信息，并在服务器的计算列表中注册客户机名称，以供给客户机分配启用远程组态的操作权限，以供各所述客户机通过所述多用户端口获取任意一所述服务器对应的服务器数据包。
步骤S204：选取一服务器进行冗余配置以建立冗余关系。
于本实施例中，基于SIMATIC WinCC的冗余功能，为服务器建立冗余设置，即对应配置一服务器以作为冗余服务器(备选服务器)，以在缺省服务器(主服务器)发生故障时，冗余服务器能够继续工作。
冗余技术简答来说就是增加多于的设备，以保证系统可靠地工作。它是利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。冗余技术分为工作冗余和后备冗余。备用冗余，也可以称之为后备冗余，是指一组在正常情况下不工作，只在正在使用的设备不工作的时候才工作的设备。
于本申请一实施例中，所述冗余配置的方法包括：
A、激活所述SIMATIC WinCC的冗余功能；
B、获取拟建立冗余关系的两所述服务器的信息以配置冗余识别连接方式，以确定缺省服务器与冗余服务器；
C、令所述缺省服务器与所述冗余服务器的时间同步，并生成冗余数据包以完成冗余配置。
例如，选择激活冗余功能，设置冗余识别连接方式，设置服务器伙伴之间的时间同步，生成冗余系统服务器数据包，设置缺省主服务器和冗余伙伴服务器。
于本实施例中，所述冗余配置还包括软件和硬件的冗余配置。举例来说，将项目从缺省主服务器复制到冗余伙伴服务器：从“开始”菜单中，打开“SIMATIC/WINCC/TOOLS”中的“Project Duplicator”，在“选择要复制的源项目”域中，选择源项目；在“为冗余计算机保存复制项目在”域中，可指定带有目标计算机以及目标项目的文件夹，然后启动复制过程，将在目标计算机上创建已完全组态的冗余项目。
于本申请一实施例中，当所述缺省服务器故障时，所述冗余服务器被激活以继续执行所述缺省服务器的工作。
需要说明的是，本申请提出的冗余方式其本质是服务器冗余，当一台服务器死机另一台服务器可以迅速切换，这里常见现有技术中PLC冗余存在较大区别，这是两个不同的系统，并且在成本上服务器比PLC更便宜。
还需要说明的是，常见现有技术中一般采用多服务器共同采集同一个PLC，导致多服务器共同占用PLC通讯资源，增加PLC的内存开销，增大PLC的扫描时间，随着服务器数量的增加容易拖垮PLC。而本申请所提出的的冗余服务器，当其被激活处于工作状态时，只是一个由服务器采集PLC数据，其他服务器和客户机不占用PLC资源，服务器和客户机的数量不会影响PLC的运行效率。
步骤S205：通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网，以供与所述客户机、下位机、及其他所述服务器之间通信连接。
下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的，两机如何通讯，一般取决于下位机。TCP/IP一般是支持的。但是下位机一般具有更可靠的独有通讯协议。
PG/PC Interface(PG/PC接口)是PG/PC和PLC之间进行通信连接的接口。PG/PC支持多种类型的接口，每种接口都需要进行相应的参数设置(如通信的波特率等)。因此，要实现PG/PC和PLC之间的通信连接，必须正确地设置PG/PC接口。
于本实施例中，所述服务器与所述客户机、下位机、及其他所述服务器之间通信连接所配置以太网步的步骤相似，故在本申请中并全部进行说明，下面将通过服务器与下位机的通信连接进行举例说明。
于本申请一实施例中，与所述下位机建立通信连接的方法包括：
A、将IP地址设置为与所述下位机的IP地址在同一网段；
B、在所述SIMATIC WinCC中添加通信驱动程序；
C、将PG/PC接口改为TCP/IP；
D、依据所述下位机对应的IP地址、机架号、及槽位号进行绑定。
举例来说，在服务器工控机中插入以太网卡，在工控机的控制面板中选择“SetPG/PC Interface”，在“Access Point of the Application”中添加“CP-TCPIP”应用程序访问点，然后在"Interface Parameter Assignment Used"中选择所使用的以太网卡。将服务器工控机的IP地址设置成和PLC以太网通信模块的IP地址在一个网段。在服务器工控机的WinCC在添加“SIMATIC S7Protocol Suite”通信驱动程序，选择“TCP/IP”通道单元，在“logical device name”中选择“CP-TCP/IP”，然后在“Connection Parameter-TCP/IP”中输入以太网通信模块的IP地址，输入下位机CPU的机架号和槽位号。
如图3所示，展示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统搭建方法的流程示意图。所述方法应用于以计算机为架构的客户机，即将计算机作为本申请所述系统架构中的客户机。如图所示，所述方法包括：
步骤S301：获取SIMATIC WinCC管理权限以进行安装和使用。
于本实施例中，应用于所述客户机上的所述搭建方法，其前提是该所述服务器(工控机)存储有SIMATIC WinCC软件或安装有SIMATIC WinCC软件。
于本实施例中，所述计算机优选为个人电脑：包括台式机、电脑一体机、笔记本电脑、掌上电脑和平板电脑等。
另外，所述计算机还可以为嵌入式系统：是一种以应用为中心、以微处理器为基础，软硬件可裁剪的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成。
或者，所述计算机为网络计算机：包括服务器、工作站、集线器、交换机和路由器等。
于本实施例中，所述SIMATIC WinCC软件可能由企业购买并管理该软件的安装或使用权限，因此，首先令划入本申请中所述监控系统的客户机(计算机)获取安装或使用的管理权限以进行安装或使用。
步骤S302：组态项目数据以形成客户数据包。
于本实施例中，所述项目数据为与监控项目中与客户机间接或直接相关的数据，例如，客户机信息，客户机获取权限，客户机功能，客户机分布信息等。
步骤S303：创建客户端口，依据从服务器接收到的操作权限以获取所述服务器组通过态项目数据形成的服务数据包，据以组态首选的所述服务器。
参照图2中步骤S203，先将客户机的信息提供给服务器并进行注册，那么客户机就可以获取由服务器发送过来的操作权限，并且还获取所述服务器通过组态项目数据形成的服务数据包，在所述服务器数据包中还包含有一或多个服务器的相关信息，基于这些信息，客户机可以组态(设置)一服务器为首选工作的服务器。
步骤S304：通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网，以供与所述服务器、及其他所述客户机之间通信连接。
于本申请一实施例中，与所述服务器通信连接的方法包括：
A、将IP地址设置为与所述服务器的IP地址在同一网段；
B、在所述SIMATIC WinCC中添加通信驱动程序；
C、将PG/PC接口改为TCP/IP；
D、依据所述服务器对应的IP地址、机架号、及槽位号进行绑定。
这里以太网的配置方法与图2中步骤S204类似，故不再举例说明。
如图4所示，展示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统搭建方法的流程示意图。所述方法应用于以PLC模块为架构的下位机。
PLC控制系统(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。
在西门子plc程序中，为了进行数学运算、设定定时器时间、设定计数器计数值等，需要使用各种数据。程序中的各种数据(如常数、十六进制数、浮点数、时间、数组等)都必须是PLC所允许的类型与可识别的格式，即：PLC对数据有“类型”与“格式”两方面的要求。西门子S7系列PLC根据数据的字长，允许使用的类型有基本数据、复合数据、参数三大类。
如图所示，所述方法包括：
步骤S401：通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网与以太子网，以供与所述服务器、及其他所述下位机之间通信连接。
举例来说，由SIMATIC Manage打开的西门子STEP7软件中配置通讯参数，设置PG/PC接口为TCP/IP，设置以太网通信模块的IP地址和服务器IP地址在一个网段，编译下载硬件组态和程序。
于本申请一实施例中，所述以太子网供通信连接于传感器、电机、气动元件、及电感元件中任意一种或多种组合。
于本实施例中，为下位机生成通信子网，即可以通过PLC模块的CPU生成PROFINET或者PROFIBUS-DP子网，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。通过硬件配置系统设置IP地址或者DP地址，此网络可以是由多个PROFINET或者PROFIBUS-DP子网组成，一方面用于CPU与硬件系统内部进行通讯，另一方面用于多个CPU之间进行通讯。
综合来说，所述下位机以PLC模块为架构，用于采集关联设备的运行参数信息并形成PLC数据。所述客户机以装载有SIMATIC WinCC的计算机为架构，用于监控所述下位机采集的所述PLC数据；所述服务器与所述冗余服务器以装载有SIMATIC WinCC的工控机为架构，用于获取所述下位机采集的所述PLC数据和/或提供本地服务。
综上，本申请通过在工控机中安装SIMATIC WinCC；组态服务器项目数据；组态客户机项目数据；建立服务器与下位机连接的驱动程序，并进行硬件配置；建立服务器冗余配置系统，并进行硬件和软件冗余配置；为硬件服务器冗余系统配置以太网；为下位机配置以太网和以太子网；为客户机配置以太网；为服务器配置以太网，实现与下位机、客户机和冗余伙伴服务器之间的通信。
本申请采用多套服务器共同采集多个PLC数据，每台服务器都采用冗余的设计方案，同时客户机能够访问功多个服务器，实现项目任务分配在多个服务器中，减少了每台服务器上的负载，大大提高了工作效率，提高了系统的安全性、稳定性和不间断性，增加了系统的可扩展性。
如图5所示，展示为本申请于一实施例中的服务器的结构示意图。如图所示，所述服务器500包括：存储器501、处理器502、及通信器503。
具体来说，所述存储器501用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器502运行计算机指令实现如图2所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于客户机、下位机、及其他所述服务器500通信连接。
于本实施例中，所述服务器500为工控机。
工控机(Industrial Personal Computer，IPC)即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机主板、CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供稳定、可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
在一些实施例中，上位机500中的所述存储器501的数量均可以是一或多个，所述处理器502的数量均可以是一或多个，所述通信器503的数量均可以是一或多个，而图5中均以一个为例。
于本申请一实施例中，所述服务器500中的处理器502会按照如图2所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器501中，并由处理器502来运行存储在存储器502中的应用程序，从而实现如图2所述的方法。
所述存储器501可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器501存储有操作系统和操作指令、可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集，其中，操作指令可包括各种操作指令，用于实现各种操作。操作系统可包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。
所述处理器502可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在一些具体的应用中，所述服务器500的各个组件通过总线系统耦合在一起，其中总线系统除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图5中将各种总线都成为总线系统。
如图6所示，展示为本申请于一实施例中的客户机的结构示意图。如图所示，所述客户机600包括：存储器601、处理器602、及通信器603。
具体来说，所述存储器601用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器602运行计算机指令实现如图3所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于与如图5所述的服务器、及其他所述客户机600通信连接。
于本实施例中，所述客户机600为计算机。所述计算机优选为个人电脑：包括台式机、电脑一体机、笔记本电脑、掌上电脑和平板电脑等；另外，所述计算机还可以为嵌入式系统：是一种以应用为中心、以微处理器为基础，软硬件可裁剪的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成。
在一些实施例中，客户机600中的所述存储器601的数量均可以是一或多个，所述处理器602的数量均可以是一或多个，所述通信器603的数量均可以是一或多个，而图6中均以一个为例。
于本申请一实施例中，所述客户机600中的处理器602会按照如图3所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器601中，并由处理器602来运行存储在存储器502中的应用程序，从而实现如图3所述的方法。
由于所述服务器600的结构与本申请图5中所述的客户机相关实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请方法实施例相同，具体内容可参见图5所示实施例中的叙述，此处不再赘述。
如图7所示，展示为本申请于一实施例中的客户机的结构示意图。如图所示，所述下位机700包括：存储器701、处理器702、及通信器703。
具体来说，所述存储器701用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器702运行计算机指令实现如图4所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器703为以太网通信器，用于与如图5所述的服务器、及其他所述下位机700通信连接；所述通信器703还包括以太子网，用于通信连接于传感器、电机、气动元件、及电感元件中任意一种或多种组合。
于本实施例中，所述下位机700包含一个或者多个PLC模块，每个PLC模块包括电源模块、CPU模块、通讯模块、输入输出模块。
于本实施例中，为下位机700生成以太子网，每个CPU模块还可以配置以太网通信模块，为CPU生成的PROFINET(以太网)或者PROFIBUS-DP子网。
在一些实施例中，客户机700中的所述存储器701的数量均可以是一或多个，所述处理器702的数量均可以是一或多个，所述通信器703的数量均可以是一或多个，而图7中均以一个为例。
于本申请一实施例中，所述客户机700中的处理器702会按照如图4所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器701中，并由处理器702来运行存储在存储器702中的应用程序，从而实现如图4所述的方法。
由于所述服务器700的结构与本申请图5中所述的客户机相关实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请方法实施例相同，具体内容可参见图5所示实施例中的叙述，此处不再赘述。
如图8所示，展示为本申请于一实施例中的基于WinCC的分布式服务器集群架构监控系统的结构示意图。如图所示，所述系统800包括：一或多个如图5所述的客户机810、一或多个如图6所述的服务器820、与所述服务器820一一对应的冗余服务器830、及一或多个如图7所述的下位机840。
所述下位机840以PLC模块为架构，用于采集关联设备的运行参数信息并形成PLC数据。
所述客户机810以装载有SIMATIC WinCC的计算机为架构，用于监控所述下位机840采集的所述PLC数据。
所述服务器820与所述冗余服务器830以装载有SIMATIC WinCC的工控机为架构，用于获取所述下位机840采集的所述PLC数据和/或提供本地服务。
于本申请一实施例中，一或多个所述客户机810能够对同一所述PLC数据进行监视；各所述客户机810能够访问一或多个所述服务器820或冗余服务器830。
于本申请一实施例中，所述冗余服务器830与对应的所述服务器820采用硬件与软件的冗余配置，用于当对应的所述服务器820故障时被激活以继续执行所述服务器的工作。当所述冗余服务器830处于工作状态时，仅由其获取一所述PLC数据。其他服务器820和客户机810不占用PLC资源，服务器820和客户机810的数量不会影响PLC的运行效率。
于本申请的一实施例中，本申请提供一种非暂时的计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如图2所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统系统搭建方法；或者，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如图3所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；或者，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如图4所述的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统系统搭建方法。
所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种基于WinCC的分布式服务器架构监控系统搭建方法，其特征在于，应用于以工控机为架构的服务器，所述方法包括：
获取SIMATIC WinCC管理权限以进行安装和使用；
组态项目数据以形成服务器数据包；
创建多用户端口，依据获取的一或多个客户机的信息向各所述客户机远程分配操作权限，以供各所述客户机通过所述多用户端口获取任意一所述服务器对应的服务器数据包；
选取一服务器进行冗余配置以建立冗余关系；
通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网，以供与所述客户机、下位机、及其他所述服务器之间通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统搭建方法，其特征在于，所述冗余配置的方法包括：
激活所述SIMATIC WinCC的冗余功能；
获取拟建立冗余关系的两所述服务器的信息以配置冗余识别连接方式，以确定缺省服务器与冗余服务器；
令所述缺省服务器与所述冗余服务器的时间同步，并生成冗余数据包以完成冗余配置。
3.根据权利要求2所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统搭建方法，其特征在于，所述冗余配置的方法还包括：当所述缺省服务器故障时，所述冗余服务器被激活以继续执行所述缺省服务器的工作。
4.根据权利要求1所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统系统搭建方法，其特征在于，与所述下位机建立通信连接的方法包括：
将IP地址设置为与所述下位机的IP地址在同一网段；
在所述SIMATIC WinCC中添加通信驱动程序；
将PG/PC接口改为TCP/IP；
依据所述下位机对应的IP地址、机架号、及槽位号进行绑定。
5.一种基于WinCC的分布式客户机架构监控系统搭建方法，其特征在于，应用于以计算机为架构的客户机，所述方法包括：
获取SIMATIC WinCC管理权限以进行安装和使用；
组态项目数据以形成客户数据包；
创建客户端口，依据从服务器接收到的操作权限以获取所述服务器组通过态项目数据形成的服务数据包，据以组态首选的所述服务器。
通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网，以供与所述服务器、及其他所述客户机之间通信连接。
6.根据权利要求5所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统搭建方法，其特征在于，与所述服务器通信连接的方法包括：
将IP地址设置为与所述服务器的IP地址在同一网段；
在所述SIMATIC WinCC中添加通信驱动程序；
将PG/PC接口改为TCP/IP；
依据所述服务器对应的IP地址、机架号、及槽位号进行绑定。
7.一种基于WinCC的分布式下位机架构监控系统方法，其特征在于，应用于以PLC模块为架构的下位机，所述方法包括：
通过将PG/PC接口改为TCP/IP并绑定目标IP地址以配置以太网与以太子网，以供与所述服务器、及其他所述下位机之间通信连接。
8.根据权利要求7所述的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统搭建方法，其特征在于，所述以太子网供通信连接于传感器、电机、气动元件、及电感元件中任意一种或多种组合。
9.一种服务器，其特征在于，所述服务器以工控机为架构，所述服务器包括：存储器、处理器、及通信器；
所述存储器用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机指令，以实现如权利要求1至4中任意一项所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于客户机、下位机、及其他所述服务器通信连接。
10.一种客户机，其特征在于，所述客户机以计算机为架构，所述客户机包括：存储器、处理器、及通信器；
所述存储器用于存储SIMATIC WinCC软件及计算机指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机指令，以实现如权利要求5或6所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于与如权利要求9所述的服务器、及其他所述客户机通信连接。
11.一种下位机，其特征在于，所述下位机以PLC模块为架构，所述下位机包括：存储器、处理器、及通信器；
所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机指令，以实现如权利要求7或8所述的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统系统搭建方法；所述通信器为以太网通信器，用于与如权利要求9所述的服务器、及其他所述下位机通信连接；所述通信器还包括以太子网，用于通信连接于传感器、电机、气动元件、及电感元件中任意一种或多种组合。
12.一种基于WinCC的分布式集群架构监控系统，其特征在于，所述系统包括：一或多个如权利要求9所述的客户机、一或多个如权利要求10所述的服务器、与所述服务器一一对应的冗余服务器、及一或多个如权利要求11所述的下位机；
所述下位机以PLC模块为架构，用于采集关联设备的运行参数信息并形成PLC数据；
所述客户机以装载有SIMATIC WinCC的计算机为架构，用于监控所述下位机采集的所述PLC数据；
所述服务器与所述冗余服务器以装载有SIMATIC WinCC的工控机为架构，用于获取所述下位机采集的所述PLC数据和/或提供本地服务。
13.根据权利要求12所述的基于WinCC的分布式服务器集群架构监控系统，其特征在于，一或多个所述客户机能够对同一所述PLC数据进行监视；各所述客户机能够访问一或多个所述服务器或冗余服务器。
14.根据权利要求12所述的基于WinCC的分布式服务器集群架构监控系统，其特征在于，当所述冗余服务器处于工作状态时，仅由其获取一所述PLC数据。
15.一种非暂时的计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1至4中任意一项所述的基于WinCC的分布式服务器架构监控系统系统搭建方法；或者，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求5至6中任意一项所述的基于WinCC的分布式客户机架构监控系统系统搭建方法；或者，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求7至8中任意一项所述的基于WinCC的分布式下位机架构监控系统系统搭建方法。
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