任科明,文韜

　　（常德煙草機械有限責任公司,，四川 常德 415000）

　　摘要：針對卷煙機械設備的智能化改造,，為滿足多組設備實時集中監(jiān)控功能,提出了具有OPC功能的上位機系統(tǒng)設計方案，完成了對卷煙設備上位機系統(tǒng)的改進設計,。通過對工業(yè)以太網實現(xiàn)OPC服務器與西門子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)據庫的建立,，實現(xiàn)對現(xiàn)場PLC數(shù)據交互訪問和機組數(shù)據信息保存，從而達到對卷煙機械機組遠程監(jiān)控的目的,。該系統(tǒng)實際運行過程中穩(wěn)定,、可靠，便于生產操作人員對機組的集中監(jiān)控,，避免設備故障產生的不良影響，提高了生產效率,。

　　關鍵詞：OPC服務器,；OPC客戶端；卷煙機械,；PLC

0引言

　　隨著信息技術的不斷發(fā)展,，工廠設備的自動化程度日益提高,，國產卷煙機械設備也在不斷地吸收新技術進行智能化改造，從而提高生產效率和可靠性,。卷接機組是煙機設備中的重要生產環(huán)節(jié),，集機、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、準確判斷設備生產運行情況,，避免故障發(fā)生和擴大,，研發(fā)截取西門子PLC設備的過程數(shù)據就變得尤為重要。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和操作過程,，只要遵循OPC規(guī)范進行開發(fā)，就可以訪問OPC服務器的數(shù)據［1］,。OPC改變了原有的控制系統(tǒng)模式,，作為一項逐漸發(fā)展起來的技術目前已經贏得國內外廠商的高度重視，許多公司在原來產品的基礎上增加了對OPC技術的支持,。

　　本文將OPC技術應用于卷煙機械控制系統(tǒng)中,，設計開發(fā)具有OPC服務器功能的上位機系統(tǒng)，實現(xiàn)與西門子PLC的以太網通信功能,。編寫相應客戶端軟件程序,，對工業(yè)生產數(shù)據進行遠程訪問和過程監(jiān)控。

1OPC技術

　　OPC是OPC基金會制定的一個工業(yè)標準,，以OLE/COM/DCOM技術為基礎,包括一整套接口,、屬性和方法的標準集。采用該標準規(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)者也免除了對驅動程序開發(fā)的工作，把更多的精力投入到其核心產品的開發(fā)上,，從而雙方的工作效率得到大大的提高［2］,。OPC技術實現(xiàn)采用典型的CLIENT/SERVER模式，其中OPC的服務器是數(shù)據的供應方, 收集現(xiàn)場設備的數(shù)據信息提供給OPC客戶端應用,；OPC客戶端是數(shù)據的使用方, 通過標準的OPC接口接收數(shù)據信息并進行處理［3］,。目前應用最為廣泛的是OPCDA規(guī)范,該規(guī)范提供了服務器與客戶端之間實時數(shù)據的存取方法，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服務器同時進行通信，多個 OPC 客戶端也可以同時與一個 OPC 服務器通信,。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比,，其數(shù)據傳輸處理過程更為靈活有效。

2卷煙機械系統(tǒng)總體結構

　　人機交互系統(tǒng)是卷接機組的人機對話界面,，即上位機系統(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)）,、故障顯示器進行通信完成采集和設置卷接機組的生產管理數(shù)據［4］。文中提出的OPC技術的卷接機組上位機系統(tǒng)采用工業(yè)總線+以太網的模式,，可進行實時通信和實時數(shù)據查詢,。將PC站配置成OPC服務器，并開發(fā)另一端PC（HOST）上應用軟件（即OPC客戶端）去訪問OPC服務器,，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。設計總體結構如圖1所示,。

　　設計主要針對煙機生產運行狀態(tài)及機器故障報警情況進行實時信息采集,，通過OPC技術從卷接機組控制設備采用的PLC控制器中獲取控制過程的狀態(tài)數(shù)據，選定需要的原始數(shù)據,，生成狀態(tài)及故障信息報表,，從而對運行情況進行準確的跟蹤和判斷。一個HOST可與多個卷接機組服務器相連,以便生產操作人員集中監(jiān)控,，避免設備故障產生的不良影響,。

3OPC技術的應用設計

　　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建立與上位機系統(tǒng)的以太網連接,。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服務器功能,，因此上位機系統(tǒng)使用西門子提供的PC Access OPC作為OPC服務器,。配置上位機系統(tǒng)IP地址及OPC服務器的DCOM，利用組態(tài)軟件獲得PLC 中的I/O點和DB存儲區(qū)內的數(shù)據,。其次,，實現(xiàn)上位機客戶端的開發(fā)，通過OPC接口協(xié)議,，建立OPC客戶端與服務器之間的通信連接,。如圖2所示，客戶端和OPC服務器通信是基于DCOM對象實現(xiàn)的［5］,。

　　3.1OPC服務器與PLC通信的組態(tài)

　　要實現(xiàn)OPC服務器與PLC之間實時通信,，首先需要通過組建工業(yè)以太網來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議通信，所以需要完成對OPC服務器的硬件組態(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站的硬件機架配置,。添加OPC Server和IE General,；在本地連接中設置網卡參數(shù)，把PC作為以太網的一個站點,，即PC station,。

　　（2）控制臺的使用與設置,。在Access Points設定窗口中,，將S7online指向PCinternal（local）。

　?。?）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,；確認硬件組態(tài)及組態(tài)參數(shù),；設置與步驟（1）相對應的以太網絡參數(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之間已經建立連接,。

　　3.2OPC應用程序開發(fā)

　　在Visual Basic環(huán)境下, 遵循OPC數(shù)據訪問規(guī)范主要完成兩個功能：其一是通過OPC接口實現(xiàn)對OPC服務器的連接，進而實現(xiàn)對實時數(shù)據的讀取和查詢,；其二是根據集中監(jiān)控需求對數(shù)據以可視化界面形式進行顯示,，實時將數(shù)據存儲在實時數(shù)據庫（ACCESS）中。OPC客戶端程序與OPC服務器的數(shù)據通信流程如圖3所示,主要由連接服務器,、建立OPC組,、讀數(shù)據和寫數(shù)據等功能塊組成。本設計采用異步通信方式［7］,，在程序中構造了OPC服務器對象,、OPC組對象以及OPC項對象,。

　　為了監(jiān)管的簡單便捷，根據現(xiàn)場需求設計可視化界面,，建立ACCESS數(shù)據庫實時反映卷接機組設備生產運行情況［8］,，其結構框圖如圖4所示。

4設備運行效果

　　上位機軟件集成OPC數(shù)據服務器,，軟件啟動時,，OPC服務即隨之啟動。OPC服務器程序以OPC DA2.0標準發(fā)布生產數(shù)據,，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器,，操作人員可以通過打開客戶端軟件遠程觀察實時生產運行情況界面。如圖5,、圖6所示,。

　　實時生產信息界面顯示最重要的生產數(shù)據，如小時報告,、停機記錄,、停機分析、運行狀態(tài),、消耗統(tǒng)計,、報警信息等。每一次停機報警都記錄報警發(fā)生時間和結束時間,。歷史報警是一種循環(huán)的數(shù)據庫,，用于存放預先定義好數(shù)目的報警信息。5結束語

　　本文將OPC技術融入到卷煙機械控制系統(tǒng)中,，介紹了開發(fā)基于OPC技術的 PLC上位機系統(tǒng)的實現(xiàn)過程及客戶端程序實現(xiàn),。運行結果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對卷接機組設備信息的交互和關鍵數(shù)據的實時采集,、監(jiān)測與報警,，從而提高了設備生產效率和企業(yè)效率，為今后的數(shù)據分析,、生產管理等提供一定保障,。

參考文獻

　　［1］ 柴凱,侯立剛,姜軍銀.OPC技術在工業(yè)過程控制中的應用研究［J］. 工業(yè)儀表與自動化裝置,，2005(3) :7072.

　?。?］ 李南,薛孝存,王大海，等.淺談OPC技術［J］.中國儀器儀表,2003(1):57.

　?。?］ 王鯤,袁中凡. OPC接口技術在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應用［J］.中國測試技術,2005,31(1):95  97.

　?。?］ 深圳市鴻捷源自動化系統(tǒng)有限公司. HJY2人機交互系統(tǒng)使用說明書［Z］.深圳：2012.

　　［5］ 張俊彪,王鴻輝,何長安.基于OPC Server的PC與S7300/ 400的通信［J］. 電力自動化設備,2007，27(4)：8386.

　?。?］ 西門子(中國)自動化與驅動集團.通過ETHERNET建立SIMATIC NET OPC服務器與PLC的S7連接［Z］. 北京:2005.

　?。?］ 何海江.OPC客戶端關鍵技術的實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2003,，19(7)：7678.

　?。?］ 黃征,呂勁松,曾爾陽.基于OPC技術的集散控制系統(tǒng)的實現(xiàn)［J］.煙草科技,2012，45(7)：3235.