OPC技術(shù)在卷煙機(jī)械設(shè)備中的設(shè)計與實現(xiàn)

任科明,文　韜

(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，四川 常德 415000)

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OPC技術(shù)在卷煙機(jī)械設(shè)備中的設(shè)計與實現(xiàn)

任科明,文韜

(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，四川 常德 415000)

摘要：針對卷煙機(jī)械設(shè)備的智能化改造，為滿足多組設(shè)備實時集中監(jiān)控功能,提出了具有OPC功能的上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計方案，完成了對卷煙設(shè)備上位機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計。通過對工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)OPC服務(wù)器與西門子PLC之間實時通信的具體方法介紹,以及OPC客戶端程序編寫和實時數(shù)據(jù)庫的建立，實現(xiàn)對現(xiàn)場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)到對卷煙機(jī)械機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。該系統(tǒng)實際運行過程中穩(wěn)定、可靠，便于生產(chǎn)操作人員對機(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

引用格式：任科明,文韜. OPC技術(shù)在卷煙機(jī)械設(shè)備中的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(13)：1-3.

0引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工廠設(shè)備的自動化程度日益提高，國產(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。為了隨時接收報警信息、準(zhǔn)確判斷設(shè)備生產(chǎn)運行情況，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，作為一項逐漸發(fā)展起來的技術(shù)目前已經(jīng)贏得國內(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)計開發(fā)具有OPC服務(wù)器功能的上位機(jī)系統(tǒng)，實現(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基金會制定的一個工業(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)者也免除了對驅(qū)動程序開發(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)器與客戶端之間實時數(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類對象:服務(wù)器對象(Server)、組對象(Group)和項對象(Item)[2]。一個OPC客戶端可以與多個OPC服務(wù)器同時進(jìn)行通信，多個 OPC 客戶端也可以同時與一個 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)行實時通信和實時數(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)計總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

設(shè)計主要針對煙機(jī)生產(chǎn)運行狀態(tài)及機(jī)器故障報警情況進(jìn)行實時信息采集，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)及故障信息報表，從而對運行情況進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤和判斷。一個HOST可與多個卷接機(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

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點和DB存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)。其次，實現(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對象實現(xiàn)的[5]。

圖2　OPC技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

3.1OPC服務(wù)器與PLC通信的組態(tài)

要實現(xiàn)OPC服務(wù)器與PLC之間實時通信，首先需要通過組建工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議通信，所以需要完成對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軟件來實現(xiàn)[6]，步驟如下：

(1)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)的一個站點，即PC station。

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

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

(4)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)范主要完成兩個功能：其一是通過OPC接口實現(xiàn)對OPC服務(wù)器的連接，進(jìn)而實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)的讀取和查詢；其二是根據(jù)集中監(jiān)控需求對數(shù)據(jù)以可視化界面形式進(jìn)行顯示，實時將數(shù)據(jù)存儲在實時數(shù)據(jù)庫(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)計采用異步通信方式[7]，在程序中構(gòu)造了OPC服務(wù)器對象、OPC組對象以及OPC項對象。

圖3　OPC客戶端訪問服務(wù)器的流程框圖

為了監(jiān)管的簡單便捷，根據(jù)現(xiàn)場需求設(shè)計可視化界面，建立ACCESS數(shù)據(jù)庫實時反映卷接機(jī)組設(shè)備生產(chǎn)運行情況[8]，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4　軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

4設(shè)備運行效果

上位機(jī)軟件集成OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器，軟件啟動時，OPC服務(wù)即隨之啟動。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)程觀察實時生產(chǎn)運行情況界面。如圖5、圖6所示。

圖5　實時生產(chǎn)信息界面

圖6　實時報警信息界面

實時生產(chǎn)信息界面顯示最重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如小時報告、停機(jī)記錄、停機(jī)分析、運行狀態(tài)、消耗統(tǒng)計、報警信息等。每一次停機(jī)報警都記錄報警發(fā)生時間和結(jié)束時間。歷史報警是一種循環(huán)的數(shù)據(jù)庫，用于存放預(yù)先定義好數(shù)目的報警信息。

5結(jié)束語

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)的實現(xiàn)過程及客戶端程序?qū)崿F(xiàn)。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對卷接機(jī)組設(shè)備信息的交互和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時采集、監(jiān)測與報警，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。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.13.001

(收稿日期：2016-03-08)

作者簡介：

任科明(1987-)男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：煙草機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)。

文韜 (1989-)男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：煙草機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)。

Design and implementation of OPC technology for cigarette machine system

Ren Keming，Wen Tao

(Changde Tobacoo Machinery Co.,Ltd., Changde 415000,China)

Abstract:Aiming at the intelligent reform of cigarette machine equiqment, and in order to meet the real-time centralized monitoring and control function for multi-group devices, a design of OPC function for PC system is proposed. This paper introduces the realization process of communication between OPC Server and Siemens PLC through Ethernet in detail. Though implementation of OPC client program and the establishment of real-time databases, the objective of field PLC data interactive access and remote control can be achieved. The practical running results show that this system is stable and reliable. It is convenient for the production personnel to monitor the unit, to avoid the bad influence caused by the failure of the equipment and improve the production efficiency.

Key words:OPC Server; OPC client; cigarette machine; PLC