OPC技術在汽車焊裝生產線電子看板中的應用

潘繼民 袁顯文 張陽

【摘要】本文設計了基于OPC技術的汽車焊裝生產線電子看板控制系統(tǒng)，介紹了用于電子看板的OPC客戶端軟件及生產線設備數(shù)據(jù)到電子看板的傳輸流程。

【關鍵詞】OPC技術；電子看板； Profibus總線；WinCC組態(tài)

一、引言

隨著汽車焊裝生產線自動化程度的提高， Andon（安燈）系統(tǒng)的應用越來越普遍，用于顯示生產信息的LED電子看板屏已成為Andon系統(tǒng)的標準配置。為了顯示生產信息，電子看板屏廠家需要獲取生產線設備的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的方法是由生產線集成商索要協(xié)議，或直接從對方的數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)。這不僅增加了工作量，也不利于產品的穩(wěn)定。因此，系統(tǒng)集成商和設備廠商急需一種高效的、開放性的、可互操作的即插即用的設備驅動程序。在這種情況下，OPC標準應運而生。通過此協(xié)議，電子看板廠商不需集成商提供通訊協(xié)議就可以獲取設備的數(shù)據(jù)，從而便捷地實現(xiàn)電子看板與生產線的對接問題。

二、OPC通訊技術

（一）概述

OPC全稱OLE for Process Control，是一個工業(yè)標準協(xié)議。OPC是基于微軟的OLE、COM和DCOM技術，OPC包括一整套接口、屬性和方法標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。由OPC基金會管理和提供的OPCDAAuto.dll，可以讓開發(fā)者在不了解OPC協(xié)議的情況下，通過其接口就可以實現(xiàn)OPC通訊。OPCDAAuto.dll具備良好的互操作性和開放性，并提供了.net環(huán)境下的Interop.OPCAutomation.dll組件來實現(xiàn)OPC協(xié)議的三層接口，即OPC Server（服務的起始類，并用于返回OPC Group類對象），OPC Group（由若干OPC Item組成的，并用于返回OPC Item類對象），OPC Item（具體變量的名稱、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息）。

（二）OPC服務器

OPC服務器是實現(xiàn)OPC 數(shù)據(jù)通訊技術的基礎。OPC服務器與下位機進行通訊，采集數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中。同時提供標準的OPC接口，其他用戶只需要開發(fā)面向服務器的客戶端程序，就可輕松地獲取設備數(shù)據(jù)，而不用針對特定設備開發(fā)不同的程序。大幅減小了工作量，也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）OPC客戶端

OPC客戶端根據(jù)標準OPC接口，通過OPC服務器數(shù)據(jù)庫，間接獲取設備的數(shù)據(jù)，并提供人機交互界面，把設備的狀態(tài)信息顯示出來。OPC客戶端還可以把獲取到的數(shù)據(jù)傳送到自己的設備中，從而實現(xiàn)不同設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

三、系統(tǒng)構成

本設計用于汽車焊裝生產線電子看板的系統(tǒng)構成如圖1所示。系統(tǒng)硬件包括西門子 S7-1500型PLC控制器、PC機、西門子CP5611通訊卡、LED看板屏、工業(yè)交換機等。西門子S7-1500控制器用于采集生產線工位數(shù)據(jù)，S7-1500控制器具有ProfiNet接口，可通過Profibus總線把數(shù)據(jù)上傳到PC機。PC機安裝有西門子WinCC（Windows Control Center）軟件，WinCC是西門子最經(jīng)典的過程監(jiān)視系統(tǒng)，能為工業(yè)領域提供完備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能，WinCC內部集成了OPC服務器。

系統(tǒng)以PC機+西門子CP5611通訊卡+WinCC為Profibus主站， PLC控制器為從站。主站通過Profibus總線與各從站建立鏈接，以OPC方式獲取各從站的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫里。WinCC組態(tài)運行后，內置的OPC服務器自動啟動，服務器連接到數(shù)據(jù)庫，同時開放給其他客戶端，允許客戶端訪問數(shù)據(jù)庫?？蛻舳送ㄟ^OPC協(xié)議獲取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，并通過TCP/IP協(xié)議傳送LED屏控制器，LED屏控制器將有關信息在電子看板上顯示出來。

本系統(tǒng)電子看板采用彩色LED屏，安裝在生產車間通道上方，用于顯示生產線的信息，包括生產狀態(tài)、設備狀況、計劃量，完成量等實時數(shù)據(jù)。還可以顯示車間通知、安全通告、歡迎辭等信息。車間管理人員可以通過電子看板了解到生產線狀態(tài)，生產效率；車間員工也可實時了解到目標完成情況，以提高工作效率。

四、客戶端軟件

本系統(tǒng)客戶端軟件采用Microsoft Visual Studio 2010編寫，用來實現(xiàn)組件注冊、OPC服務器連接、數(shù)據(jù)采集、電子看板的信息編輯和通訊等功能。

（一）連接OPC服務器

首先要注冊OPCDAAuto.DLL組件，此組件只能運行在X86環(huán)境下，對于32位操作系統(tǒng)，需要把此組件拷貝到“C：＼ Windows＼System32＼”里進行注冊，對于64位操作系統(tǒng)，則需要把此組件拷貝到“C：＼Windows＼SysWOW64＼”里進行注冊。然后運行WinCC組態(tài)軟件，搜索并連接本地OPC服務器，連接成功后，與生產線的數(shù)據(jù)通道就打通。

（二）數(shù)據(jù)采集

使用OPCDAAuto組件檢測相關數(shù)據(jù)的變化。通過客戶端軟件設置需要監(jiān)控的對象（OPCItem），當受監(jiān)控對象的值發(fā)生變化時，OPCDAAuto便能通過特定的事件來獲取更新后的參數(shù)值。

（三）傳輸數(shù)據(jù)到LED屏

OPC客戶端軟件獲取新的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議傳送到LED屏控制器，LED屏控制器按設定的格式將新數(shù)據(jù)顯示到LED屏上，從而完成PLC設備數(shù)據(jù)到LED屏顯示的完整過程。

系統(tǒng)設計制作完成后，安裝到了某汽車制造公司的焊裝生產線，圖2是現(xiàn)場實際運行圖，目前該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好。

五、結語

本系統(tǒng)以某汽車制造公司焊裝生產線電子看板為例，對系統(tǒng)中用到的OPC 技術進行了介紹，并對系統(tǒng)結構和OPC 數(shù)據(jù)訪問過程進行了詳細說明。OPC技術為上下位機的數(shù)據(jù)通訊提供了透明通道，LED屏廠家和系統(tǒng)集成商只需要編寫好各自的客戶端軟件，就能輕松實現(xiàn)設備與生產線的對接。這不僅減少了項目集成中的開發(fā)工作量，而且也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性，解決了設備商和集成商在項目集成時的煩惱。

參考文獻

[1]日本OPC協(xié)會.OPC應用程序入門[EB/OL].2014-07-30：https：//wenku.baidu.com/view/7356d980d15abe23492f4d2b. html.

[2]欒極，吳俊，馬太.基于OPC技術的PC機與西門子PLC的通信[J].自動化技術與應用，2015，34（08）：63～65.

[3]蘇昆哲.深入淺出西門子WINCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.