基于Opc技术的过程监控的设计与实现

     1 引言

　　为了适应现代教学要求的需要，许多学校都从国外引进先进的物流系统。Amatrol公司的Cims教学培训系统，其传送带由A-B公司的PLC进行控制，机械手由工控机控制，整个系统由Cimsoft 软件负责生产调度，作业计划的管理。新引进的Festo物流系统主要由供料单元、检测单元、传送单元，加工单元、操作手单元、成本分装单元组成，每个单元可独立工作，并能任意改变组合顺序，其中供料单元、检测单元、加工单元、操作手单元、成品分装单元由西门子S7-300系列PLC控制，传送带单元则由Logo控制。各个PLC 模块提供MPI 口，可以使用Profibus总线通讯。由于这两套系统均有其独立的控制器和PC, 操作时必须分别控制。如何通过一台计算机监控从Fseto设备上进行物料的存取，传送，粗加工，出库，出库后的半成品由传送带直接送1至Cims教学系统设备传送带，然后由机械手送至机床，加工完毕，取出，送回仓库的整个过程，使这两套不同系统协同工作，是我们所面临的一个重大难题。本文所提出的解决方案主要基于WinCC组态软件使用Opc方式实现对这两个系统的控制。

　　2 系统设计

　　为了解决前面所提出的问题，我们把新的教学培训系统在功能上划分为两个层次，一个是数据采集显示和工况数据信息管理监控的上位机监控系统；另一层次是由PLC 控制系统、检测设备以及驱动设备组成的现场级控制系统。上位机监控系统主要和现场级设备进行数据通信，负责完成在线动态显示、现场级设备的运行状态、参数设置、事件记录存储功能、报警功能，以及控制现场设备完成设备运行等功能。

　　新的教学培训系统以一台中央计算机为中心，实现数据的采集、过程监控及管理。该中央计算机使用WinCC组态软件，采用总线方式控制多台下位机。下位机是以多台PLC组管理器为，配以相应的传感器、控制和驱动设备组成的现场设备控制系统。整个系统使用WinCC实现上位监控系统和现场设备控制系统间的通信，其中现场设备控制系统分别为西门子PLC控制系统和A-BPLC控制系统。西门子PLC控制系统中各个PLC站点使用Profibus-DP总线通过MPI口组成一个网络，并使用CP5611卡和上位机通信；A-BPLC控制系统使用Opc方式通过网卡和上位机通讯。其系统设计系统结构框图如图一所示：

　　3 系统实现

　　要实现用计算机进行数据采集和过程监控，重点在于实现PLC与上位计算机的通信。如果采用编程语言实现，则需要熟悉PLC及PLC网络采用的通信协议，而工业控制组态软件一般都提供不同设备的通信驱动程序，用户可以在不了解PLC网络通信协议的情况下，就能够实现PLC与上位计算机的通信规则。WinCC是一个集成的人机界面系统和监控管理系统的组态软件，具备强大的二次开发能力，提供了用于过程数据监控、信号采集、过程数据获取和登录的系统模块，并提供报表和集成的用户自由编程功能。因此，我们选用了WinCC工控组态软件实现与西门子公司PLC S7-300 以及与A-B公司SLC-500之间的通信。

　　Wincc和西门子公司S7-300的通讯比较简单，只需要对硬件进行组态，然后使用Profibus总线通过MPI口将各个PLC连成一网络，硬件组态完毕后，启动Step7 Manger设置各个PLC的槽号，并程序至PLC, 然后启动WinCC, 添加新的驱动程序以及S7协议集，并建立和各个PLC I/O对应的变量表。在通讯基本建立之后，要对各个PLC进行过程监控，只需在Wincc图形编辑器中建立和变量的一一对应关系即可。

　　由于A-BPLC种类繁多，且各种类型的PLC所支持的通信协议不尽相同，因此使用组态软件与A-BPLC进行连接存在一定的难度。在此系统中，我们使用Opc方式实现Wincc与SLC-500 之间的通信。Opc方式提供了一个公共的过程控制和制造自动化的标准接口，它提供了不同厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，从而使得使其间的数据交换更加通用化。Opc使得整个工厂自动化系统中所有的设备、系统和驱动程序可以自由的连接和通信，其实质上就是作为工业标准定义的特殊的COM接口。Opc技术采用客户/服务器模式。OpcServer是基于DCOM的组件对象，作为一个数据源，负责连通PLC, 类似一个Adapter, 各个PLC 厂家分别有针对自己PLC 的OpcServer, 也有第三方提供的。这里我们使用A-B公司的RSlinks作为Opc服务器，其数据从A-BPLC或条形码读取器等控制设备中获得。Opc客户端其实只是根据Opc协议而自己实现的应用程序。目前有很多第三方厂商提供For.Net 或者Delphi 的OpcClient。作为数据使用者而存在，这里我们使用Wincc作为Opc客户端。对由Opc服务器提供的数据源进行访问，实现使用Wincc对不同厂家设备的统一监控和管理的特定目的。Opc客户端要获取控制设备的数据，只需通过Opc接口从Opc服务器中即可获得，并不需要了解硬件装置的详细信息。也就是说作为Opc应用程序的设计者，我们可以使用相同的程序代码，操作的不同硬件装置，从而实现数据的灵活配置和多种系统的真正集成。

　　通过Opc连接PLC, 应用程序的开发可以使用任何开发工具，由于Opc是一个Adapter, 所以在PLC 发生变化时，上位机与PLC 的互连只需更换一个OpcServer 即可。在配置完服务器端相关设置后，需要在客户Wincc端加载Opc驱动程序，然后在该通道下新建一个连接，并设置系统参数，再选择需要连接的WinccOpc服务器，添加需要的变量，当运行服务器和客户端Wincc应用程序，客户端即可成功调用所需要的服务器端数据。

　　A-BPLC数据被RSlinx服务器采集，并与其相关变量关联后，然后Wincc中的内部变量直接和服务器端的变量建立连接，我们便可以根据需要编写相应的程序代码，使用Wincc对整个生产流程进行统一监控。，在Wincc图形编辑器中对硬件进行组态，并与相应的变量关联，然后通过VB脚本编写相应的处理方法，实现Wincc对整个实验室设备的监控和管理。

　　4 结语

　　在软件实现方面采用开放式、标准化和面向对象设计Opc技术。可以方便的实现Wincc与A-BPLC之间的通信。本文基于Wincc工控组态软件实现了西门子公司S7-300 与A-B公司SLC-500之间的统一调度与监控管理，系统具有较强的适应性和可移植性。其数据传输速度以及运行稳定性能够较好的满足教学培训系统的需求。

参考文献:

[1]. PLC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PLC_1248813.html.
[2]. COM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/COM_1118194.html.