基于OPC技術(shù)的陶瓷燒結(jié)溫度控制系統(tǒng)

王 茜 張建華

(1 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造與信息工程學(xué)院 陜西 咸陽 712000) (2 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 科研信息處 陜西 咸陽 712000)

陶瓷手機(jī)蓋板因其具有手感好、硬度高、耐磨損、品相高雅、無信號(hào)屏蔽等特點(diǎn)，成為5G移動(dòng)通訊來臨之前手機(jī)背板材料的熱門選擇。陶瓷蓋板的原料為高性能的氧化鋯粉體，在燒結(jié)工藝過程中，因推動(dòng)力比較小，需要借助動(dòng)態(tài)壓力并對(duì)粉體施以高溫，才能促使粉體變?yōu)闊Y(jié)體。但由于坯體在高溫作用下較為分散和復(fù)雜，若采用傳統(tǒng)的信號(hào)傳遞方式，各種設(shè)備與采集卡的驅(qū)動(dòng)程序難以兼容，會(huì)使數(shù)據(jù)的搜集變得相當(dāng)復(fù)雜，而采用OPC技術(shù)，就能很好地解決這個(gè)問題。為此，我們建立一套基于OPC技術(shù)在熱壓燒結(jié)爐溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 OPC技術(shù)簡介

OPC(OLE for Process Control)是建立在微軟操作系統(tǒng)由不同PC的客戶機(jī)之間交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法，在Microsoft COM、DCOM和Active x技術(shù)的功能規(guī)程基礎(chǔ)上開發(fā)一個(gè)開放的和互操作的接口標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是促使自動(dòng)化控制應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用之間具有更強(qiáng)大的互操作能力。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)[1]。不論采用的Active X、COM技術(shù)交互使用和分享數(shù)據(jù)，OPC為多種多樣的過程設(shè)備之間進(jìn)行通信提供了公用的接口。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

氧化鋯陶瓷手機(jī)背板的生產(chǎn)工藝流程依托于陶瓷的生產(chǎn)工藝，但對(duì)原料、工藝參數(shù)要求更高。粉體制備的背板燒結(jié)通過高溫作用坯體逐漸收縮，晶粒長大后坯體內(nèi)氣泡被排出，最終變成致密的多晶陶瓷材料，而熱壓燒結(jié)是一種機(jī)械加工的燒結(jié)方法，此方法是將氧化粉體裝入磨具內(nèi)，加壓的同時(shí)將粉體加熱到燒結(jié)溫度，難點(diǎn)在于精準(zhǔn)的壓力和合適的溫度控制。本系統(tǒng)通過觸摸屏監(jiān)控溫度升溫變化，熱電偶測(cè)量的溫度傳入溫度控制器，而溫度控制器采用MODBUS通訊接口，而觸摸屏采用的是OPC通訊接口，這就要進(jìn)行接口協(xié)議轉(zhuǎn)換，從溫度控制器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換協(xié)議Modbus/OPC將Modbus通訊方式轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)OPC通訊方式。這樣，通過該接口就可以直接與觸摸屏進(jìn)行硬件物理連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊[2]。

監(jiān)控軟件只需符合OPC規(guī)范，通過標(biāo)準(zhǔn)接口訪問所有服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)靈活配置，降低系統(tǒng)集成成本，同時(shí)縮短應(yīng)用軟件開發(fā)周期。本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)包括信息層、上位機(jī)監(jiān)控層和PLC現(xiàn)場(chǎng)控制層，采用S7-300 PLC作為下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制輸出設(shè)備，采用WinCC作為上位機(jī)，通過OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)組態(tài)與下位機(jī)PLC之間的通訊，將熱壓燒結(jié)爐各運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)采集到WinCC對(duì)應(yīng)變量中，由WinCC統(tǒng)一管理作為客戶端，通過S7 300.OPCServer實(shí)時(shí)讀取下位機(jī)PLC的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示及監(jiān)控。

整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)更新，也是控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。各部分的協(xié)調(diào)主要由各部分公共區(qū)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)。設(shè)備窗口設(shè)置設(shè)備組件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，并將收集到的數(shù)據(jù)輸入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，而用戶窗口組成的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象相關(guān)聯(lián)[3]。

3 通訊的實(shí)現(xiàn)

S7-300系列PLC常用的通信協(xié)議是PPI協(xié)議，而WinCC軟件中并沒有集成PPI協(xié)議。為此，采用西門子公司推出了用于S7-300PLC的OPC服務(wù)器軟件 PC Access，這樣WinCC可以通過OPC接口訪問S7-300PLC的數(shù)據(jù)。在這種訪問方式中，WinCC作為OPC DA客戶機(jī)，而PC Access的角色是OPC DA服務(wù)器[4]。

燒結(jié)系統(tǒng)所需的各個(gè)數(shù)據(jù)都傳輸在OPC服務(wù)器中，每一個(gè)數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)唯一的地址。首先建立OPC集合，然后添加所需要的OPC項(xiàng)，即把OPC中所需要的數(shù)據(jù)讀出來，在進(jìn)行客戶端程序設(shè)計(jì)時(shí)，具體命令如下：

Private Sub mnuConnect Click()

frmServerBrowser. Show vbModal

if frmServerBrowser.mbReturn=False Then Exit Sub

If Len(frmServerBrowser. ServerClassID)<1

Then Exit Sub

ServerHandle ASDAC Connect(frmServerBrowser. ComputerName)

PC Access控件可以與任何標(biāo)準(zhǔn)的OPC客戶機(jī)進(jìn)行通信，為OPC客戶機(jī)提供數(shù)據(jù)信息，它自帶OPC客戶測(cè)試端，用戶可以方便地檢測(cè)其項(xiàng)目的通信及配置的正確性。組態(tài)WinCC與S7-300PLC的OPC DA連接，需要完成以下組態(tài)應(yīng)用PC Access組態(tài)訪問S7-300PLC的OPC DA服務(wù)器[4]。

4 結(jié)語

該文基于OPC技術(shù)對(duì)于陶瓷燒結(jié)溫度控制進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。針對(duì)氧化鋯粉體加工特點(diǎn)和制備過程溫度數(shù)據(jù)采集需求，分析OPC UA通訊協(xié)議和西門子S7300PLC的通訊方式，采用PC Access控件實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC的遠(yuǎn)程訪問功能。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，在陶瓷蓋板生產(chǎn)過程中具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可以提高生產(chǎn)效率。