任科明,文韜

　?。ǔ５聼煵輽C(jī)械有限責(zé)任公司，四川 常德 415000）

　　摘要：針對(duì)卷煙機(jī)械設(shè)備的智能化改造，為滿足多組設(shè)備實(shí)時(shí)集中監(jiān)控功能,提出了具有OPC功能的上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，完成了對(duì)卷煙設(shè)備上位機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器與西門子PLC之間實(shí)時(shí)通信的具體方法介紹,以及OPC客戶端程序編寫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)據(jù)交互訪問和機(jī)組數(shù)據(jù)信息保存，從而達(dá)到對(duì)卷煙機(jī)械機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中穩(wěn)定、可靠，便于生產(chǎn)操作人員對(duì)機(jī)組的集中監(jiān)控，避免設(shè)備故障產(chǎn)生的不良影響，提高了生產(chǎn)效率。

　　關(guān)鍵詞：OPC服務(wù)器；OPC客戶端；卷煙機(jī)械；PLC

0引言

　　隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工廠設(shè)備的自動(dòng)化程度日益提高，國(guó)產(chǎn)卷煙機(jī)械設(shè)備也在不斷地吸收新技術(shù)進(jìn)行智能化改造，從而提高生產(chǎn)效率和可靠性。卷接機(jī)組是煙機(jī)設(shè)備中的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，集機(jī)、電、氣、液、光于一體，其電氣控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制器。為了隨時(shí)接收?qǐng)?bào)警信息、準(zhǔn)確判斷設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行情況，避免故障發(fā)生和擴(kuò)大，研發(fā)截取西門子PLC設(shè)備的過程數(shù)據(jù)就變得尤為重要。由于OPC（Object Linking and Embedding (OLE) for Process Control）規(guī)范把硬件供應(yīng)系統(tǒng)和軟件開發(fā)者分離開來，使得軟件開發(fā)者不需要過多地了解硬件的實(shí)質(zhì)和操作過程，只要遵循OPC規(guī)范進(jìn)行開發(fā)，就可以訪問OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)［1］。OPC改變了原有的控制系統(tǒng)模式，作為一項(xiàng)逐漸發(fā)展起來的技術(shù)目前已經(jīng)贏得國(guó)內(nèi)外廠商的高度重視，許多公司在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了對(duì)OPC技術(shù)的支持。

　　本文將OPC技術(shù)應(yīng)用于卷煙機(jī)械控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)開發(fā)具有OPC服務(wù)器功能的上位機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與西門子PLC的以太網(wǎng)通信功能。編寫相應(yīng)客戶端軟件程序，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和過程監(jiān)控。

1OPC技術(shù)

　　OPC是OPC基金會(huì)制定的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ),包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集。采用該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范后，硬件開發(fā)商將取代軟件開發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，軟件開發(fā)者也免除了對(duì)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的工作，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開發(fā)上，從而雙方的工作效率得到大大的提高［2］。OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)采用典型的CLIENT/SERVER模式，其中OPC的服務(wù)器是數(shù)據(jù)的供應(yīng)方, 收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息提供給OPC客戶端應(yīng)用；OPC客戶端是數(shù)據(jù)的使用方, 通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口接收數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行處理［3］。目前應(yīng)用最為廣泛的是OPCDA規(guī)范,該規(guī)范提供了服務(wù)器與客戶端之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存取方法，并提供有多種訪問方式。規(guī)范中定義了3類對(duì)象:服務(wù)器對(duì)象(Server)、組對(duì)象(Group)和項(xiàng)對(duì)象(Item)［2］。一個(gè)OPC客戶端可以與多個(gè)OPC服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行通信，多個(gè) OPC 客戶端也可以同時(shí)與一個(gè) OPC 服務(wù)器通信。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，其數(shù)據(jù)傳輸處理過程更為靈活有效。

2卷煙機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　人機(jī)交互系統(tǒng)是卷接機(jī)組的人機(jī)對(duì)話界面，即上位機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)交互軟件主要與PLC、SRM（重量控制系統(tǒng)）、CIS（檢測(cè)系統(tǒng)）、故障顯示器進(jìn)行通信完成采集和設(shè)置卷接機(jī)組的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)［4］。文中提出的OPC技術(shù)的卷接機(jī)組上位機(jī)系統(tǒng)采用工業(yè)總線+以太網(wǎng)的模式，可進(jìn)行實(shí)時(shí)通信和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。將PC站配置成OPC服務(wù)器，并開發(fā)另一端PC（HOST）上應(yīng)用軟件（即OPC客戶端）去訪問OPC服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)客戶端與PLC間的通信。該系統(tǒng)軟件與SRM、CIS、故障顯示器的通信采用CAN總線模式，與PLC通信采用ETHERNET總線通訊接口。設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　設(shè)計(jì)主要針對(duì)煙機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)器故障報(bào)警情況進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集，通過OPC技術(shù)從卷接機(jī)組控制設(shè)備采用的PLC控制器中獲取控制過程的狀態(tài)數(shù)據(jù)，選定需要的原始數(shù)據(jù)，生成狀態(tài)及故障信息報(bào)表，從而對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤和判斷。一個(gè)HOST可與多個(gè)卷接機(jī)組服務(wù)器相連,以便生產(chǎn)操作人員集中監(jiān)控，避免設(shè)備故障產(chǎn)生的不良影響。

3OPC技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用的主控PLC為S7400系列CPU414控制器，通過專用通信模塊CP343建立與上位機(jī)系統(tǒng)的以太網(wǎng)連接。西門子公司推出的Simatic Net軟件在工業(yè)控制層提供一個(gè)開放的、多元的通信系統(tǒng)，具備OPC服務(wù)器功能，因此上位機(jī)系統(tǒng)使用西門子提供的PC Access OPC作為OPC服務(wù)器。配置上位機(jī)系統(tǒng)IP地址及OPC服務(wù)器的DCOM，利用組態(tài)軟件獲得PLC 中的I/O點(diǎn)和DB存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)。其次，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)客戶端的開發(fā)，通過OPC接口協(xié)議，建立OPC客戶端與服務(wù)器之間的通信連接。如圖2所示，客戶端和OPC服務(wù)器通信是基于DCOM對(duì)象實(shí)現(xiàn)的［5］。

　　3.1OPC服務(wù)器與PLC通信的組態(tài)

　　要實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器與PLC之間實(shí)時(shí)通信，首先需要通過組建工業(yè)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議通信，所以需要完成對(duì)OPC服務(wù)器的硬件組態(tài)。其中硬件組態(tài)的建立和配置利用SIMATIC NET和STEP7軟件來實(shí)現(xiàn)［6］，步驟如下：

　?。?）PC站的硬件機(jī)架配置。添加OPC Server和IE General；在本地連接中設(shè)置網(wǎng)卡參數(shù)，把PC作為以太網(wǎng)的一個(gè)站點(diǎn)，即PC station。

　?。?）控制臺(tái)的使用與設(shè)置。在Access Points設(shè)定窗口中，將S7online指向PCinternal（local）。

　?。?）在STEP 7中組態(tài)PC Station。在SIMATIC Manager中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，建立一個(gè)PC站；確認(rèn)硬件組態(tài)及組態(tài)參數(shù)；設(shè)置與步驟（1）相對(duì)應(yīng)的以太網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；OPC Server建立一個(gè)“S7 connection”新連接；編譯存盤。

　?。?）組態(tài)下載。確認(rèn)所有配置，將所定義的Item嵌入到OPC Scout中。如Quality顯示為“good”，則表明OPC Server與PLC之間已經(jīng)建立連接。

　　3.2OPC應(yīng)用程序開發(fā)

　　在Visual Basic環(huán)境下, 遵循OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范主要完成兩個(gè)功能：其一是通過OPC接口實(shí)現(xiàn)對(duì)OPC服務(wù)器的連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取和查詢；其二是根據(jù)集中監(jiān)控需求對(duì)數(shù)據(jù)以可視化界面形式進(jìn)行顯示，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（ACCESS）中。OPC客戶端程序與OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信流程如圖3所示,主要由連接服務(wù)器、建立OPC組、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)等功能塊組成。本設(shè)計(jì)采用異步通信方式［7］，在程序中構(gòu)造了OPC服務(wù)器對(duì)象、OPC組對(duì)象以及OPC項(xiàng)對(duì)象。

　　為了監(jiān)管的簡(jiǎn)單便捷，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求設(shè)計(jì)可視化界面，建立ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)反映卷接機(jī)組設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行情況［8］，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

4設(shè)備運(yùn)行效果

　　上位機(jī)軟件集成OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器，軟件啟動(dòng)時(shí)，OPC服務(wù)即隨之啟動(dòng)。OPC服務(wù)器程序以O(shè)PC DA2.0標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以使用任何支持OPC DA2.0及以上協(xié)議的客戶端軟件連接服務(wù)器，操作人員可以通過打開客戶端軟件遠(yuǎn)程觀察實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行情況界面。如圖5、圖6所示。

　　實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息界面顯示最重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如小時(shí)報(bào)告、停機(jī)記錄、停機(jī)分析、運(yùn)行狀態(tài)、消耗統(tǒng)計(jì)、報(bào)警信息等。每一次停機(jī)報(bào)警都記錄報(bào)警發(fā)生時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。歷史報(bào)警是一種循環(huán)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存放預(yù)先定義好數(shù)目的報(bào)警信息。5結(jié)束語(yǔ)

　　本文將OPC技術(shù)融入到卷煙機(jī)械控制系統(tǒng)中，介紹了開發(fā)基于OPC技術(shù)的 PLC上位機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程及客戶端程序?qū)崿F(xiàn)。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)卷接機(jī)組設(shè)備信息的交互和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)與報(bào)警，從而提高了設(shè)備生產(chǎn)效率和企業(yè)效率，為今后的數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)管理等提供一定保障。

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