基于LabVIEW的矯直機數(shù)據(jù)通信分析系統(tǒng)

臧登月，胡 鷹，馬立峰

(太原科技大學，山西 太原 030024)

0 前言

隨著市場對于高質(zhì)量鋼板的需求量不斷增加，對矯直機的功能和自動化程度提出了更高的要求，而矯直機的控制系統(tǒng)對于矯直機性能的提高有著至關(guān)重要的決定作用。

某鋼廠矯直機控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線將各個服務(wù)器和PLC控制系統(tǒng)連接起來。其中監(jiān)控服務(wù)器采用Wincc作為控制軟件，主要負責設(shè)備的監(jiān)控，數(shù)據(jù)的顯示和存儲;PLC控制系統(tǒng)包括西門子S7-400PLC和底層執(zhí)行設(shè)備，完成數(shù)據(jù)的采集。其控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

雖然Wincc可以提供一些控件 (如:在線表格控件、在線趨勢控件、用戶歸檔表格控件等)顯示數(shù)據(jù)，但是用戶不能直接訪問數(shù)據(jù)庫，不能對這些數(shù)據(jù)直接進行分析處理，所以要在現(xiàn)有系統(tǒng)中添加數(shù)據(jù)分析功能模塊。LabVIEW以強大的數(shù)據(jù)分析處理功能在冶金、化工、橋梁、水電、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到廣泛應用。將LabVIEW與現(xiàn)有系統(tǒng)進行結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，就可以開發(fā)一套功能強大、高效可靠的控制系統(tǒng)。

1 LabVIEW與矯直機控制系統(tǒng)集成的可能性

1.1 LabVIEW及DataSocket數(shù)據(jù)通信技術(shù)介紹

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument En-gineering Workbench，實驗室虛擬儀器工作平臺)是由美國國家儀器公司 (NI)創(chuàng)立的一種基于圖形化的、用圖標來代替文本行創(chuàng)建應用程序的計算機編程語言［2］。LabVIEW具有豐富的功能模塊和內(nèi)部函數(shù)，用于數(shù)據(jù)的分析和處理。同時，還提供了多種網(wǎng)絡(luò)接口與驅(qū)動程序支持數(shù)據(jù)的傳輸。其中利用DataSocket技術(shù)訪問OPC服務(wù)器從而可以實現(xiàn)不同應用程序之間的數(shù)據(jù)交互和實時數(shù)據(jù)的共享。

圖1 矯直機控制系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram for control system of straightener

DataSocket技術(shù)是NI公司提供的一種基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，DataSocket能有效地實現(xiàn)本地計算機內(nèi)不同應用程序之間或者網(wǎng)絡(luò)中不同計算機的多個應用程序之間的數(shù)據(jù)交互和共享以及實時數(shù)據(jù)的發(fā)布。DataSocket技術(shù)支持多種通信協(xié)議，例如:dstp、opc、logos、卸、file。目前在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛采用opc(OLE for Process Control)協(xié)議實現(xiàn)不同應用程序之間的連接。雖然目前已經(jīng)有TCP/IP、DDE等多種用于兩個應用程序之間共享數(shù)據(jù)的技術(shù)，但是這些技術(shù)都不是用于實時數(shù)據(jù) (Live Data)傳輸?shù)?。只有DataSocket是一項在測量和自動化應用中用于共享和發(fā)布實時數(shù)據(jù)的技術(shù)［3］。

1.2 OPC技術(shù)

OPC(OLE for Process Control)是一個標準的、與制造商無關(guān)的軟件接口，這個標準定義了應用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法。它基于OLE/COM/DCOM技術(shù)采用客戶機/服務(wù)器模式，以O(shè)PC服務(wù)器的形式將數(shù)據(jù)提供給用戶［4］。OPC通信包括OPC服務(wù)器和OPC客戶機兩部分，OPC服務(wù)器為客戶機提供所需的數(shù)據(jù)，OPC客戶機負責接收服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)并進行處理分析。OPC作為一種接口規(guī)范，解決了軟硬件廠家的矛盾，在增強系統(tǒng)的開放性和兼容性，提高通信的可靠性和穩(wěn)定性方面發(fā)揮了積極地作用，并且便于系統(tǒng)的升級和維護。

1.3 Wincc支持OPC通信

Wincc(Windows Control Center)是西門子公司的一款工控組態(tài)軟件，主要用于數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，是HMI/SCADA軟件中的后起之秀，目前被廣泛應用于冶金，化工，水電等各種工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。Wincc全面支持 OPC標準，Wincc可以用作OPC客戶機實現(xiàn)與OPC服務(wù)器的連接，也可以作為OPC服務(wù)器，其他應用程序也可以O(shè)PC的方式訪問Wincc。

Wincc的系統(tǒng)中集成了 OPC DA服務(wù)器、OPC HAD服務(wù)器和OPC A＆E服務(wù)器［5］?？梢酝ㄟ^OPC DA服務(wù)器訪問Wincc的過程數(shù)據(jù)，通過OPC HAD服務(wù)器訪問Wincc的所有歸檔數(shù)據(jù)，由于OPC A＆E具備過濾機制，所以可通過此服務(wù)器傳送經(jīng)過選擇之后的值。

2 矯直機數(shù)據(jù)通信分析系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 通信方案

現(xiàn)有矯直機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把底層數(shù)據(jù)存儲到Wincc中，在不改變原有系統(tǒng)的情況下只需要實現(xiàn)LabVIEW與Wincc的通信，從Wincc中取出過程數(shù)據(jù)用LabVIEW進行分析。由上一節(jié)的分析可以知道，LabVIEW與Wincc都支持OPC通信協(xié)議，所以可以基于OPC通信協(xié)議實現(xiàn)兩者的通信。LabVIEW與Wincc的通信示意圖如圖2所示。LabVIEW對OPC服務(wù)器的訪問有3種方案:①通過ActiveX自動化接口實現(xiàn)對OPC服務(wù)器的訪問;②通過DataSocket技術(shù)實現(xiàn)對OPC服務(wù)器的訪問;③通過DSC模塊實現(xiàn)對OPC服務(wù)器的訪問［6］。本系統(tǒng)利用DataSocket內(nèi)部的OPC Client與西門子Wincc OPC Server通訊。

圖2 LabVIEW與Wincc通信示意圖Fig.2 Schematic diagram of communication between LabVIEW and Wincc

2.2 利用DataSocket技術(shù)與上位機數(shù)據(jù)傳輸

DataSocket函數(shù)庫主要包括DataSocket select、 DataSocket open、 DataSocket read、DataSocket write、DataSocket close等函數(shù)。使用DataSocket傳輸數(shù)據(jù)時，采用和WWW瀏覽器相似的統(tǒng)一資源定位符URL來說明使用的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)資源的位置。在程序開始，首先確定數(shù)據(jù)源地址。本系統(tǒng)中采用OPC通信協(xié)議與Wincc通信，其 URL地址格式為0PC://localhost/OPCServer.WinCC/項名。其中 localhost是主機名，OPCSever.Wincc是OPC服務(wù)器的名稱。

系統(tǒng)連接后，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中發(fā)現(xiàn)，在讀或?qū)憯?shù)據(jù)時，通常會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的情況，究其原因主要是因為發(fā)布數(shù)據(jù)的一端比接收數(shù)據(jù)的一端速度快，導致一些數(shù)據(jù)還沒來得及讀取就被覆蓋掉了。為了解決這種問題，故使用數(shù)據(jù)緩存區(qū)的方法傳輸數(shù)據(jù)，將DataSocket open函數(shù)的模式參數(shù)選為Buffered Read或Buffered Read/Write。后續(xù)試驗中發(fā)現(xiàn)采用緩沖方式傳輸數(shù)據(jù)仍然有數(shù)據(jù)丟失，這時，在 DataSocket Server Manager上調(diào)整最大數(shù)據(jù)包數(shù)，調(diào)為2后，通信正常。利用DataSocket技術(shù)通信程序圖如圖3所示。

圖3 利用DataSocket技術(shù)通信程序圖Fig.3 Program graph of communication by means of DataSocket technology

2.3 矯直機數(shù)據(jù)通訊分析系統(tǒng)主界面

矯直機數(shù)據(jù)通信分析系統(tǒng)包括用戶登錄模塊、實時數(shù)據(jù)顯示模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊和報警記錄模塊。用戶通過輸入用戶名和密碼登錄系統(tǒng)，每個用戶被賦予不同的權(quán)限執(zhí)行不同的操作;在實時數(shù)據(jù)顯示模塊，對采集的數(shù)據(jù)進行時域和頻域等分析，并通過圖形顯示控件顯示各個參數(shù)的趨勢，操作人員可根據(jù)曲線的走勢做出合理的控制;歷史數(shù)據(jù)查詢模塊:選用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫存放矯直機的歷史數(shù)據(jù)，利用Lab-VlEW DCT工具包在Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中動態(tài)創(chuàng)建表格，以變量名命名為表格名，對每一個數(shù)據(jù)標記上記錄號、日期和時間，用戶可以通過這些條件查詢歷史數(shù)據(jù);報警記錄模塊記錄系統(tǒng)執(zhí)行過程中的所有報警信息，為系統(tǒng)故障診斷提供了可靠的依據(jù)，方便系統(tǒng)的維護。圖4為矯直機數(shù)據(jù)通信分析系統(tǒng)主界面。

3 結(jié)論

圖4 矯直機數(shù)據(jù)通信分析系統(tǒng)主界面Fig.4 Main interface of data communication and analysis system of straightener

基于LabVIEW的矯直機數(shù)據(jù)通信分析系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)顯示、報警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄分析處理等功能，為進一步改善矯直機生產(chǎn)工藝提供了數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)用于矯直機以來，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的同步高效傳輸，無數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，保證了數(shù)據(jù)的可靠性，并可對數(shù)據(jù)做出直觀的分析，及時指導現(xiàn)場操作，提高了矯直機的工作效率。

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