基于OPC技術(shù)的矯直機(jī)中的研究與應(yīng)用

鄭豪

（杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，浙江 杭州310012）

1 OPC通訊協(xié)議的構(gòu)成

OPC技術(shù)是為了使不同制造廠商的設(shè)備和用戶程序之間的軟件接口規(guī)范化，并且使得它們之間的信息轉(zhuǎn)換更加簡便化。因此它可以向客戶提供這樣的過程控制產(chǎn)品對于特定研發(fā)語言和研發(fā)環(huán)境不存在依賴性，并且可以自由組合使用。

所使用的OPC系統(tǒng)，是由以下幾部分組成：按照用戶程序客戶程序的要求提供信息采集服務(wù)的OPC服務(wù)器、使用OPC服務(wù)器所特定的OPC接口、接受服務(wù)的OPC用戶程序。OPC服務(wù)器是根據(jù)各種各樣制造廠商硬件的硬件所研發(fā)的，因而使它可以吸收各個制造商硬件和系統(tǒng)的差別和不同，從而達(dá)到不依賴于硬件的系統(tǒng)組成。與此同時，采用一種被叫做VARIANT的變量，完全可以不依靠于硬件中特有的信息類型，根據(jù)用戶程序的要求和條件提供信息格式，使用可以使接口規(guī)范化。應(yīng)用客戶可以不對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及它們的供應(yīng)廠商產(chǎn)生依賴性。從而來選用監(jiān)視、趨勢圖和報表用戶程序。

OPC是一種客戶端服務(wù)器模式。它是具有以下幾種優(yōu)點語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等。如圖1所示，服務(wù)器中的代碼規(guī)定了服務(wù)器所存取的設(shè)備和數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)項的命名規(guī)律和服務(wù)器存取信息的細(xì)節(jié)問題。無論現(xiàn)場設(shè)備以什么形式的方式存在，客戶都會以特定和固有的方式去訪問。從而保證軟件對用戶的透明度，使得用戶完全從低層的研發(fā)中解脫開來?？蛻粲脩舫绦蛑恍枰靡?guī)范化接口和服務(wù)器通信，而并不需要了解底層的實現(xiàn)細(xì)節(jié)信息。利用服務(wù)器，用戶不僅可以直接識別物理設(shè)備的信息，而且還可以對等系統(tǒng)的端口變量進(jìn)行操作。

圖1 生產(chǎn)控制信息系統(tǒng)的構(gòu)成

2 全液壓矯直機(jī)開發(fā)實例

該矯直機(jī)矯直的對象是不規(guī)則的中厚鋼板，而且矯直過程是在高溫下進(jìn)行的。

在矯直過程中，需要矯直的鋼板的厚度、寬度、長度、溫度都在變化。有時甚至出現(xiàn)明顯的凹陷或凸起。因此鋼板的參數(shù)在變，操作控制量在變。它們構(gòu)成了十分復(fù)雜的隨機(jī)變動，在矯直過程中，希望情況穩(wěn)定，提高矯直鋼板質(zhì)量。最主要的問題就是根據(jù)錯綜復(fù)雜的變動，制定正確的操作控制方案。因此對鋼板異常情況的預(yù)測和控制是當(dāng)前矯直控制的主要問題，最好的解決辦法是建立矯直機(jī)預(yù)測、控制專家系統(tǒng)。依靠專家提供的經(jīng)驗、知識構(gòu)造知識庫，根據(jù)系統(tǒng)的推理進(jìn)行邏輯運算和判斷，對異常矯直狀況進(jìn)行預(yù)測，而且給出相應(yīng)的操作方案。以便增強(qiáng)矯直控制的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。

矯直異常狀況預(yù)測、控制專家系統(tǒng)是在控制系統(tǒng)中加入一個有經(jīng)驗的“監(jiān)測工程師”。系統(tǒng)可以為他提供一個“監(jiān)測工具箱”，也就是可對監(jiān)視、測量、辨識、判定等各種方法和算法選擇自便，調(diào)用自如。所以，專家系統(tǒng)能夠看成是一個“矯直操作專家”，在判定矯直時，對各種情況或控制操作時的思路、方法、經(jīng)驗、策略進(jìn)行模擬。在執(zhí)行操作任務(wù)的過程中，矯直控制專家主要進(jìn)行三件工作，一是觀察、檢測系統(tǒng)中相關(guān)的變量和狀態(tài)。二是利用自身的知識和經(jīng)驗，確定當(dāng)前系統(tǒng)運行的狀況，而且分析比較每種可能使用的控制策略。最后再選擇控制方案予以執(zhí)行。

設(shè)計矯直異常狀況預(yù)測、控制專家系統(tǒng)，首先我們要定義所需的異常爐況預(yù)測參數(shù)，這些主要是在矯直生產(chǎn)中隨時可以得到的鋼板類型、鋼板塊數(shù)、鋼板寬度(mm)、鋼板厚度(mm)、實測矯正溫度等各項實時數(shù)據(jù)。作為專家系統(tǒng)的通訊模塊，OPC客戶端必須能夠達(dá)到這樣的目的，即要把矯直時有關(guān)數(shù)據(jù)實時采集到SQL數(shù)據(jù)庫中。在數(shù)據(jù)處理確定矯直狀況后，再準(zhǔn)確地把控制信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到矯直生產(chǎn)現(xiàn)場，使矯直工作正確操作。專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2

另外，該專家系統(tǒng)亦接受自學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，從現(xiàn)場液壓伺服閥反饋出的數(shù)據(jù)，經(jīng)過自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，寫入到專家系統(tǒng)，經(jīng)專家系統(tǒng)運算后再返回到現(xiàn)場。該系統(tǒng)具有以下幾大部分：①數(shù)據(jù)采集：要是獲取各種鋼板狀況的實時數(shù)據(jù)，如鋼板寬度(mm)、鋼板厚度(mm)、實測矯正溫度以及一些計算所需的常數(shù)。具有兩種輸入方式，一種是手動輸入，一種是通過OPC客戶端自動采集矯直實時運行工況。②數(shù)據(jù)預(yù)處理：蓋所有特征參數(shù)和復(fù)合參數(shù)的計算。從現(xiàn)場設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)常夾雜很多噪音信號，所以在采用這些信號之前必須要用數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行濾波、平滑處理及復(fù)合參數(shù)的運算。③數(shù)據(jù)庫：存一定歷史階段的即時數(shù)據(jù)和信息庫等。④專家系統(tǒng)核心：主要是知識庫和推理機(jī)這兩部分，是專家系統(tǒng)的重要組成部分。⑤自學(xué)習(xí)系統(tǒng):接受來自伺服閥的實時現(xiàn)場數(shù)據(jù)，返回到專家系統(tǒng)對比運算。

OPC客戶端程序的主要功能就是通過實時獲取OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。把異常矯直預(yù)測所需的參數(shù)，即時寫入SQLServer:數(shù)據(jù)庫保存起來，再提供給專家系統(tǒng)預(yù)測推理。因為系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的即時性要求較高，所以開發(fā)工具必須采用VC++6.0，與OPC服務(wù)器的通訊使用OPC定制接口。應(yīng)用在全液壓矯直機(jī)上的服務(wù)器有Wincc和Simatic.net兩種。OPC客戶機(jī)可以通過Wincc的OPC服務(wù)器訪問Wincc的數(shù)據(jù)，可以通過Simatic.net的OPC服務(wù)器訪問PLC的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通訊采用異步方式通訊結(jié)構(gòu)。

本節(jié)所討論的連接包括兩種，一種是Simatic.net與PLC的連接;一種是Wincc服務(wù)器與Wincc監(jiān)控數(shù)據(jù)的連接。只介紹前一種連接。設(shè)置Simatic.net與PLC的連接具體步驟如下：(1)準(zhǔn)備工作。所需組件:Pc機(jī)、以太網(wǎng)網(wǎng)卡、Simatic.net軟件、57-400以太網(wǎng)模塊、NCM PC,STEP 7軟件。成功安裝軟件和硬件并重啟機(jī)器。（2）配置PC站。a.在STEP7中，建立PC站，組態(tài)OPCSERVRE，設(shè)置IP地址。b.打開SIMATIC NET的站組態(tài)編輯器，組態(tài)OPCSERVER。設(shè)置同(1}一樣的IP地址。c.配置NCM，建立驅(qū)動連接。（3）測試連接。OPC SCOUT進(jìn)行設(shè)置，創(chuàng)建項，建立連接。

圖2 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 總結(jié)與展望

OPC技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的優(yōu)勢越來越明顯，受到越來越多的工控硬、軟件開發(fā)商和生產(chǎn)商的青睞。關(guān)于今后的發(fā)展，在很多領(lǐng)域OPC技術(shù)將要代替先前的驅(qū)動程序技術(shù)，這種趨勢是無法阻擋的。OPC技術(shù)不僅能應(yīng)用于應(yīng)用程序與現(xiàn)場設(shè)備之間，而且還應(yīng)該把它作為一種Windows應(yīng)用程序相互交換數(shù)據(jù)的通用規(guī)范。

[1]馮冬芹.《工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成》.科學(xué)出版社，2005.77-93.

[2]張衛(wèi)鋼《通信原理與通信技術(shù)》.西安電子科技大學(xué)出版社.2003.67-70.

[3]許寶祥.過程控制系統(tǒng)中的OPC技術(shù).冶金自動化，1999,6(1):2-75.