基于多總線OPC技術的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計

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(1.天津輕工職業(yè)技術學院，天津 300350；2. 飛思卡爾半導體(中國)有限公司,天津 300457)

一、引言

OPC全稱OLE for Process Control，是在微軟的合作下，由 OPC 基金會組織倡導，全世界范圍內自動化領域中處于領導地位的廠商協(xié)作制定的軟件接口標準。是實現(xiàn)控制系統(tǒng)現(xiàn)場設備級與過程管理級進行信息交互的關鍵技術，也是實現(xiàn)不同現(xiàn)場總線協(xié)議之間互操作的重要手段。

二、現(xiàn)場設備

現(xiàn)場設備主要由12個從站點組成，銑床單元、上料單元、下料單元、加蓋單元、穿銷單元、模擬加工單元、圖像識別單元、伸縮單元、檢測單元、液壓單元、分檢單元、升降梯立體倉庫單元。每個從站單元完成特定的工作任務，以裝配、檢驗、分揀、入庫的方式順序完成各種裝配操作和物流處理過程。采用兩種總線控制系統(tǒng)，一種是西門子公司的PROFIBUS總線控制系統(tǒng)，一種是菲尼克斯公司的Interbus總線控制系統(tǒng)，通過OPC技術實現(xiàn)兩種總線系統(tǒng)互換信息并通過組態(tài)王軟件，對現(xiàn)場底層設備進行監(jiān)控。整個監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控程序和OPC服務器程序兩部分組成。硬件與監(jiān)控程序的通信是通過OPC服務器軟件來實現(xiàn)的，通過修改OPC相應部分而無需修改監(jiān)控程序來滿足修改系統(tǒng)的需要[2]；當系統(tǒng)需要再擴展，與外界通信采用OPC方式擴展即可。

三、PROFIBUS總線控制系統(tǒng)

PROFIBUS是德國90年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準。Profibus-DP是經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設備級分散I/O之間通信設計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0～20mA并行信號線，用于分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。

本套設備的控制系統(tǒng)連接在Profibus-DP總線上，包含1個主站和12個從站，主站和從站之間為主從關系。主站選用SIEMENS的S7-400 CPU416-2DP，從站選用變頻器和CPU226模塊，通過EM227擴展模塊以DP從站形式接入PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。由從站完成系統(tǒng)的監(jiān)控和控制，按主/從模式向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖1所示。

通過增設了EM277模塊和Profibus-DP模板來實現(xiàn)和S7-400之間的通信，通過設置EM227擴展模塊I/O起始地址，設置變頻器及12個從站，通過變頻器可以改變電機的速度，實現(xiàn)多速控制。PLC站硬件組態(tài)如圖2所示。

圖1 Profibus-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成

圖2 總線組態(tài)圖及各站地址

圖3 Interbus總線控制結構

四、Interbus總線控制系統(tǒng)

菲尼克斯公司的Interbus是國際上廣泛采用的現(xiàn)場總線，該現(xiàn)場總線誕生于1986年，以其技術的先進性、開放性、成熟性廣泛適用于汽車、物流、機器設備等各種領域中。Interbus是目前最長的、最快的、最大的、效率最高的總線。

INTERBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，選用了INTERBUS總線350型網(wǎng)關接口模塊即ILC 350 ETH作第一層控制、2個ILC200 UNI控制器和總線耦合器BK，輸入模塊DI、輸出模塊 DO作第二層控制，整個系統(tǒng)的組態(tài)和編程在菲尼克斯公司的PC WORX中完成，PC WORX它結合了單機或系統(tǒng)的組態(tài)、編程等全部工具。INTERBUS現(xiàn)場總線控制結構如圖3所示。

五、基于OPC技術的多現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)

在OPC技術中使用的是OLE 2技術，OLE標準允許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。OPC之間的通訊是以變量為單位的，在OPC服務器上定義相關的變量和要采集的硬件進行連接，并生成唯一表示此變量的ID標識。此變量中保存著變量的數(shù)值，變量相關的信息，外部的程序能夠訪問的就是此變量的所有信息，即OPC服務器與外部的數(shù)據(jù)的傳輸是通過變量進行對應的。

兩個控制系統(tǒng)由于Profibus與INTERBUS客戶端使用的協(xié)議不同，只能分別對現(xiàn)場設備進行控制，開發(fā)一個兼容所有客戶軟件的高效驅動程序基本是不現(xiàn)實的[4]。而OPC為現(xiàn)場設備之間的互聯(lián)及交換數(shù)據(jù)信息提供了一個開放、高效、互操作性好、可靠的解決方案。通過 OPC技術，可以在這些不同的控制系統(tǒng)之間建立起一條通道，使Profibus與INTERBUS 之間能夠互相訪問數(shù)據(jù)源，可以達到不同控制系統(tǒng)的資源達到共享。

使用OPC Server對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的進行功能組態(tài)，將要進行監(jiān)控的數(shù)據(jù)在PCWORX中設置為“全局變量”,將系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供給OPC服務器，組態(tài)監(jiān)控軟件可以訪問這些數(shù)據(jù)，Profibus總線中的分揀單元，就可以通過SIMATIC Manager在OPC Server中采集到產(chǎn)品是否為正品等數(shù)據(jù)，根據(jù)其判斷分揀。

圖4 PCWORX上傳OPC Server設置對話框

為了監(jiān)控現(xiàn)場設備運行情況采用北京亞控公司的KingView軟件進行監(jiān)控，KingView軟件其具有良好的圖形界面、豐富的網(wǎng)絡功能和驅動程序。系統(tǒng)組態(tài)時根據(jù)需要把監(jiān)控的參數(shù)進行建立和連接設備, 需要動畫操作時只要用鼠標點擊相應部分按照提示即可進行操作。這樣就可以對整個控制系統(tǒng)進行圖形和參數(shù)、現(xiàn)場設備運行情況進行整體監(jiān)控, 同時還具有實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的記錄功能，以及報警記錄和提示。

為了實現(xiàn)這兩種總線的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)互聯(lián)，在組態(tài)監(jiān)控軟件中找到SIMATIC Manager和菲尼克斯Phoenix提供的OPC Sever，在建立監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，連接設備就會顯示通過OPC Sever查找到的全局變量，這些全局變量是在PCWPRX和SIMATIC Manager中定義為OPC屬性的。在上位機上啟動OPC Server，PLC通過其將需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸給組態(tài)王實現(xiàn)監(jiān)控，與此同時INTERBUS總線控制系統(tǒng)也將需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過OPC Server傳輸給Profibus總線，再根據(jù)實際情況進行監(jiān)控。

12個單元的柔性制造生產(chǎn)線，開始用S7-400和S7-200完成現(xiàn)場底層設備的動作，再利用OPC Server使主機上的組態(tài)軟件與Phoenix 控制器及西門子 PLC通訊，從而實現(xiàn)整體監(jiān)控。

六、結束語

基于OPC技術，利用組態(tài)王監(jiān)控軟件，利用INTERBUS總線控制系統(tǒng)和Profibus總線控制系統(tǒng)同一底層設備進行監(jiān)控，使這兩種總線的監(jiān)控控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，自動調節(jié)準確，故障報警反應精確，控制反應及時，實現(xiàn)了多總線系統(tǒng)集中組態(tài)監(jiān)控的構想。學生更好地理解兩種現(xiàn)場總線技術，提高了產(chǎn)品的推廣價值。

參考文獻：

[1]陳丹丹等.OPC 在現(xiàn)場控制網(wǎng)絡中的應用[J].微計算機信息,2005,21(21):62-63.

[2]張曉宇，王加軍．OPC技術在建筑智能化控制中的應用[J]．通信與廣播電視，2009，(02)：30-33．

[3]許洪華.現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術[M] ．北京：電子工業(yè)出版社，2007：208-291．

[4]周美蘭，周封．PLC電氣控制與組態(tài)設計[M]．北京：科學出版社，2009:185-193．