一：前言

近年来，风力发电作为新能源开发的重点项目得到了充足发展，风电装机总容量与日俱增。但是风电机组的运行与维护费用居高不下，如何确保风电机组运行的可靠性与降低日常维护的费用成为一个难题。齿轮箱作为风力发电机组的关键部件，其性能与质量直接关系到发电机组的整体可靠性与使用寿命。齿轮箱的主要作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发动机并使其得到相应的转速。齿轮箱一旦发生故障，将会直接影响发电机组的正常工作，并且齿轮箱安装在距离地面几十米甚至上百米高的架塔机舱内，不管故障维修还是平时养护都十分不便，而且费用很高。因此对齿轮箱的运行状态进行监测以及故障预警显得十分重要。齿轮箱测试台是一种用来对齿轮箱的运行状态进行监测并且进行故障预警的设备，其由机械传动部件、控制系统以及监控系统组成。监控系统是齿轮箱测试台的重要组成部分，对测试台的整个系统的运行状态、报警状态、关键参数进行全方位监控，并生成相应的曲线和报表。齿轮箱测试台的监控系统利用工控机开发一个人机界面，进行组态软件的运行以及数据库的查询、生产信息报表打印和对测试台整体进行监控。

本课题以齿轮箱测试台为研究对象，采用Siemens WinCC作为上位组态系统，设计课题的主要任务是：熟悉WinCC组态软件，进行软件功能分析和软件模块化设计；了解齿轮箱测试台对齿轮箱进行测试的项目参数和这些参数的安全值；熟悉WinCC的各种通讯方式，实现WinCC与PLC的通讯；了解人机界面、组态等名词，并进行监控系统的人机界面设计；了解数据库以及数据库的使用等。

二：WinCC软件介绍及设计

（一）：WinCC系统简介

WinCC是一款由德国西门子公司研制开发的上位机组态软件，主要用于对生产过程进行监控，其下位机编程软件主要使用西门子公司的step7。WinCC是一款用于Windows 的高效HMI系统。自动化（AS）过程保持对过程的实际控制。一方面实现WinCC与操作员之间的通讯，一方面实现WinCC与自动化系统之间的通讯。在实际工作中，WinCC实现了可视化和可控化，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。其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。

（二）：数据通信

在WinCC系统中，有内存型和I/O型两种数据，其中内存型数据是WinCC内部定义的变量，一般作为内部计算的中间变量，I/O型数据则需要从外部设备获取，一般通过外部驱动程序实现与外部设备的接口。在WinCC系统中，由WinCC通讯驱动程序连接数据管理器和PLC。通过WinCC通讯驱动程序可以直接从PLC中获取所有变量。WinCC还自带了OPC Server驱动，通过该驱动，可以和数据采集计算机进行数据交换，也可以提供LED接口模块采集数据。当WinCC应用程序获取了这些代表系统状态的I/O变量后，可以通过内部计算获取反馈给操作人员的系统运行信息。

（三）：图形界面的设计

在该WinCC应用程序中，设计了登陆界面、工作状况组合指示界面、单机运行监控界面、双机并联运行监控界面、双机串联运行监控界面、1#机组运行状态界面、2#机组运行状态界面、HBM扭矩/转速测量系统界面以及LED显示屏控制界面等。其中单机运行监控界面、双机并联运行监控界面、双机串联运行监控界面作为最主要的三个界面，每个界面都是由若干个功能区域组成，各个界面的布局基本相同。由于双机并联运行时只能在工控机上操作，因此，我们就以双机并联运行监控界面为例进行阐述。