OPC客戶端的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建技術(shù)在現(xiàn)代造紙機(jī)橫向定量控制中的應(yīng)用

喬 　 想，　馮 郁 成，　石 先 城，　曾 勁 松，　陳 克 復(fù)

( 華南理工大學(xué) 制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州　510641 )

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OPC客戶端的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建技術(shù)在現(xiàn)代造紙機(jī)橫向定量控制中的應(yīng)用

喬 想，馮 郁 成，石 先 城，曾 勁 松，陳 克 復(fù)

( 華南理工大學(xué) 制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州510641 )

摘要:針對造紙過程中的橫向定量控制系統(tǒng)，具體分析了OPC客戶端與現(xiàn)代造紙機(jī)橫向定量控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信?；贚abVIEW設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端的方法，通過調(diào)用配置文件，在庫中實(shí)現(xiàn)了OPC客戶端的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，該OPC客戶端程序具有動(dòng)態(tài)綁定共享變量和動(dòng)態(tài)部署庫的功能，而且具有很好的自適應(yīng)性和可移植性。采用訂閱訪問的方式訪問了現(xiàn)場的OPC測量服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了讀取橫向定量控制過程中的測量數(shù)據(jù)，大大提高了數(shù)據(jù)訪問的效率。通過實(shí)際應(yīng)用效果證明采用本方案開發(fā)的橫向定量控制系統(tǒng)的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞:造紙機(jī)；橫向定量；OPC客戶端；測量數(shù)據(jù)

0引言

在造紙過程中，紙張質(zhì)量的橫向控制是紙張質(zhì)量控制系統(tǒng)的核心組成部分，其研究與應(yīng)用受到了廣泛的重視[1]。在橫向定量控制過程中，控制站需要從測量服務(wù)器中獲取測量數(shù)據(jù)以達(dá)到控制橫向定量的目的。傳統(tǒng)的獲取數(shù)據(jù)的方式是需要安裝不同制造商的驅(qū)動(dòng)，并通過總線協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。目前，OPC技術(shù)為這些過程提供了方便，用戶只需要開發(fā)OPC客戶端便可以實(shí)現(xiàn)與測量服務(wù)器之間的通信[2]。開發(fā)OPC客戶端一般通過某種高級編程語言來實(shí)現(xiàn)，如VC++[3]、VB[4]、Java[5]等，對于編程經(jīng)驗(yàn)不足的工控工程師來說還是比較困難。另外一種方法是利用第三方動(dòng)態(tài)鏈接庫，來實(shí)現(xiàn)客戶端的快速開發(fā)，如MATLAB、LabVIEW等。這種方法操作簡單，開發(fā)周期短。LabVIEW作為一種圖形化的編程語言，而且本身具備的監(jiān)視和數(shù)據(jù)處理功能，在測控領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛[6]。在LabVIEW中，一般通過手動(dòng)方式創(chuàng)建OPC客戶端[7]，其中的OPC配置信息已經(jīng)通過硬編程的方式嵌入到了程序中，當(dāng)OPC配置信息發(fā)生更改或需要在新環(huán)境下部署程序時(shí)，需要手動(dòng)更改程序中的OPC客戶端才能保證程序的正常運(yùn)行，因此不能適應(yīng)系統(tǒng)智能化控制的需求。作者分析了OPC與現(xiàn)代造紙機(jī)橫向定量控制系統(tǒng)之間的通信，通過運(yùn)用LabVIEW中的數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控(DSC)模塊，提出了一種動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端的方法。

1紙機(jī)橫向定量控制過程

現(xiàn)代造紙機(jī)的紙頁橫向定量差是衡量紙頁產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此它是紙機(jī)質(zhì)量控制系統(tǒng)中的主要控制參數(shù)。如圖1所示，造紙機(jī)的橫向定量控制系統(tǒng)主要由測量部分(掃描架)、控制部分和現(xiàn)場執(zhí)行部分組成。其中控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，橫向定量控制站主要由OPC客戶端、橫向定量控制器和CAN總線通信模塊組成。

圖1　橫向定量控制系統(tǒng)

橫向定量控制站中的OPC客戶端從掃描架的OPC服務(wù)器中獲取橫向定量的掃描原始數(shù)據(jù)曲線和掃描架運(yùn)行狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)，并傳送到系統(tǒng)的橫向控制器，由定量控制器的控制算法產(chǎn)生稀釋水閥門開度曲線數(shù)據(jù)，然后通過CAN總線通信模塊將曲線數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場的CAN總線執(zhí)行器，控制相應(yīng)分區(qū)的稀釋水閥門開度，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)流漿箱分區(qū)的漿料濃度，實(shí)現(xiàn)稀釋水橫向定量的自動(dòng)控制。OPC 客戶端在整個(gè)橫向定量控制過程中，起到連接測量部分與控制部分的作用，客戶端與測量服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信，從而控制整個(gè)橫向定量過程。

2OPC客戶端的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建

2.1創(chuàng)建基礎(chǔ)

在LabVIEW中，DSC模塊的基礎(chǔ)是OPC技術(shù)，因此它能夠輕松實(shí)現(xiàn)與OPC服務(wù)器的通信。通過OPC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，實(shí)際上是由共享變量通過網(wǎng)絡(luò)間通信實(shí)現(xiàn)的。共享變量可以與OPC客戶端的OPC標(biāo)簽綁定，當(dāng)共享變量綁定完成之后，就可以像對待共享變量一樣操作OPC項(xiàng)。LabVIEW中，通過共享變量引擎(SVE)來管理和發(fā)布共享變量的連接和使用。通常對共享變量進(jìn)行綁定，都是通過手動(dòng)添加來完成。而運(yùn)用DSC模塊的相關(guān)特性，就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端和動(dòng)態(tài)綁定共享變量。

2.2動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端，橫向定量控制系統(tǒng)程序所需的信息保存在持久化配置文件(.ini)中，通過更改配置文件而無須煩瑣地修改橫向定量控制系統(tǒng)程序，減小了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，增加了程序的可移植性。

在動(dòng)態(tài)創(chuàng)建關(guān)于橫向定量控制的OPC客戶端之前，首先需要?jiǎng)?chuàng)建配置文件。配置文件主要用來配置OPC客戶端中測量服務(wù)器和橫向控制站的相關(guān)信息，便于統(tǒng)一管理。配置文件由段、鍵、值三部分組成，用于動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端的配置文件如表1所示。

表1　配置文件的格式和內(nèi)容

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端，主要通過Create and configure IO Server實(shí)現(xiàn)。其中，Machine 為遠(yuǎn)程主機(jī)，Prog ID為遠(yuǎn)程定量測量系統(tǒng)OPC服務(wù)器的ID，I/O server name為創(chuàng)建的橫幅定量控制系統(tǒng)OPC客戶端標(biāo)識，Process name為OPC客戶端所屬的SVE中的庫。

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端的過程如圖2所示。動(dòng)態(tài)創(chuàng)建過程主要包括創(chuàng)建Client和批量創(chuàng)建共享變量，這里分別運(yùn)用DSC模塊中的Create and configure IO Server來創(chuàng)建OPC client和Create Shared Variable來批量創(chuàng)建共享變量；在動(dòng)態(tài)創(chuàng)建過程中，通過讀取配置文件中關(guān)于橫向定量測量值的信息(測量服務(wù)器ID、測量服務(wù)器的名字和測量數(shù)據(jù)曲線的路徑等)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定共享變量到所需訪問的OPC項(xiàng)；部署庫模塊，將動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的OPC客戶端的信息部署到SVE；讀寫數(shù)據(jù)模塊，通過操作已部署的共享變量來實(shí)現(xiàn)與OPC服務(wù)器的通信，從OPC服務(wù)器中讀寫所需的測量數(shù)據(jù)。

圖2　OPC客戶端的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建流程

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端的程序如圖3所示，采用動(dòng)態(tài)創(chuàng)建OPC客戶端的方法，通過調(diào)用配置文件，就可以很容易應(yīng)對OPC項(xiàng)的改變。當(dāng)OPC服務(wù)器的信息發(fā)生變化時(shí)，如橫向控制系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)由施膠前定量測量掃描架改為卷曲前側(cè)的定量測量掃描架時(shí)，只需要統(tǒng)一更改配置文件，便可以二次使用。所以，應(yīng)用該OPC客戶端的橫向定量控制系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性和可移植性。

圖3　OPC客戶端的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建程序圖

3訂閱方式訪問測量數(shù)據(jù)

由于基于共享變量的OPC項(xiàng)是通過VI(文本語言函數(shù))創(chuàng)建而不是手動(dòng)創(chuàng)建，無法通過直接讀寫共享變量來與OPC服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)，但通過VI創(chuàng)建的OPC項(xiàng)經(jīng)過庫的部署后存在于SVE中，可通過DataSocket[8]實(shí)現(xiàn)共享變量的讀寫，即OPC客戶端通過讀寫方式與OPC服務(wù)器通信。此外，OPC技術(shù)中還可以通過訂閱方式[9]實(shí)現(xiàn)OPC通信，這也是本文中橫向控制系統(tǒng)的主要OPC通信方式。事實(shí)上，LabVIEW中并沒有直接的OPC通信訪問VI，而是通過DataSocket或其他方式間接實(shí)現(xiàn)OPC通信，這里通過共享變量來實(shí)現(xiàn)訂閱數(shù)據(jù)訪問。訂閱訪問方式不需要OPC客戶端主動(dòng)申請?jiān)L問OPC服務(wù)器，當(dāng)掃描架測量數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，OPC測量服務(wù)器便會(huì)通知OPC客戶端讀取共享變量數(shù)據(jù)。

在現(xiàn)代造紙機(jī)橫向定量控制系統(tǒng)中，掃描架巡回移動(dòng)掃描整幅紙頁需要一定的時(shí)間周期，而且每次將產(chǎn)生大量的定量測量數(shù)據(jù)，采用訂閱方式訪問OPC測量服務(wù)器會(huì)更加有效。這里以橫向定量測量數(shù)據(jù)作為共享變量，采用訂閱方式訪問測量服務(wù)器，流程圖如圖4所示。

圖4　訂閱方式訪問測量數(shù)據(jù)流程圖

如圖5所示，OPC客戶端采用訂閱方式，從定量測量系統(tǒng)的OPC服務(wù)器中讀取橫向定量的測量數(shù)據(jù)。實(shí)際上，訂閱方式只能單向地從服務(wù)器中讀取數(shù)據(jù)，而不能向服務(wù)器寫數(shù)據(jù)。但是，現(xiàn)實(shí)中，需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)大于需要調(diào)節(jié)的參數(shù)，尤其像橫向定量控制過程，訂閱方式仍然有很大的優(yōu)勢，而且這種方法可以大大減少客戶端對服務(wù)器的訪問次數(shù)，從而避免了由于大量數(shù)據(jù)交換而造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞。

4應(yīng)用

本技術(shù)方案已在廣州造紙股份有限公司PM5流漿箱的升級改造中成功應(yīng)用。該紙機(jī)幅寬4 350 mm，車速800 m/min，生產(chǎn)48 g/m2新聞紙，紙機(jī)配備Honeywell的掃描架，流漿箱為Valmet的Symflo氣墊式流漿箱，采用本技術(shù)方案的稀釋水橫向定量控制系統(tǒng)。如圖6所示，OPC技術(shù)在整個(gè)橫向定量控制中占重要地位，它將在線測量紙頁定量的掃描架與橫向定量控制系統(tǒng)聯(lián)系起來。掃描架在線測量紙頁的橫向定量數(shù)據(jù)，并通過OPC將數(shù)據(jù)傳送到稀釋水橫向定量控制系統(tǒng)，從而完成紙頁的橫向定量控制。

圖5　訂閱方式程序圖

圖6　應(yīng)用示意圖

通過測量掃描架對定量48 g/m2新聞紙進(jìn)行測量，如圖7所示，平均測量絕干定量為43.358 g/m2，橫向絕干定量差2δ達(dá)到0.294 7 g/m2，比流漿箱改造前的2δ(1.2～1.8 g/m2) 有大幅度的降低，達(dá)到了較好的控制水平，有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖7　橫向定量測量數(shù)據(jù)

5結(jié)論

隨著造紙現(xiàn)代化程度的提高以及對控制精度的要求增加，OPC技術(shù)在紙頁質(zhì)量控制領(lǐng)域已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。對于紙頁橫向定量控制系統(tǒng)而言，在LabVIEW中動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的OPC客戶端，能夠自適應(yīng)綁定共享變量和部署共享變量，而且采用訂閱的方式訪問測量數(shù)據(jù)，能夠大大地提高數(shù)據(jù)訪問效率。實(shí)踐證明，應(yīng)用此OPC客戶端的橫向定量控制系統(tǒng)具有很好的自適應(yīng)性和可移植性，為工程技術(shù)人員的安裝和調(diào)試帶來了很大的方便。

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The technology of creating OPC client dynamically applied in cross-direction basis weight control on modern paper machine

QIAOXiang,FENGYucheng,SHIXiancheng,ZENGJinsong,CHENKefu

( State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China )

Abstract:Data communication between OPC client and cross directional basis weight control system of modern paper machine were analyzed in the process of paper-making. A method of creating OPC client dynamically was designed based on LabVIEW and the OPC client was created dynamically in the library by reading the configuration profiles, which had the function of binding the variables and deploying the libraries dynamically and also had good adaptability and portability. The way of subscription to communicate with OPC server was used to achieve the measurement data of cross directional basis weight in the control process, which greatly improved the efficiency of data access. The application results indicated that the cross directional basis weight control system based on the scheme was feasible and effective.

Key words:paper machine; cross directional basis weight; OPC client; measurement data

中圖分類號:TS736.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

作者簡介:喬 想(1989-)，男，碩士研究生；通信作者：馮郁成(1971-)，男，高級工程師.

基金項(xiàng)目:國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2014ZX07213001).

收稿日期:2016-01-13.

文章編號:1674-1404(2016)02-0149-04