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淺談基于OPC技術(shù)的上位機與S7300的通信研究論文
1概述
在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，采用PC作為上位機進(jìn)行監控，以PLC控制現場(chǎng)設備是較常見(jiàn)的系統構建方式。因此，如何解決上位機與PLC之間的實(shí)時(shí)通信是自動(dòng)化控制系統設計開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)之一。開(kāi)放式過(guò)程控制(OPC)技術(shù)是一種過(guò)程控制領(lǐng)域非常流行的數據交換技術(shù)，它的出現解決了各儀器接口不統一而無(wú)法互聯(lián)的問(wèn)題。OPC是一種連接硬件裝置或軟件數據庫等數據源與過(guò)程控制客戶(hù)應用程序之間的標準化的接口協(xié)議，它可以顯著(zhù)地增強過(guò)程控制領(lǐng)域中的控制系統、現場(chǎng)設備、管理應用程序之間的互操作性，為實(shí)時(shí)綜合監測系統的開(kāi)發(fā)提供一條高效、可靠的新途徑。
2上位機與S7-300通信的實(shí)現
2.1軟件和硬件的配置
軟件配置：SIMATIC NET，用于通信組態(tài)并配置OPC服務(wù)器(OPC.SimaticNET);STEP7，用于SIEMENS PLCS7-300的編程和OPC服務(wù)器與S7-300連接通信的組態(tài)。Visual Basic 6.0，用于上位機編程，編寫(xiě)OPC服務(wù)器客戶(hù)端應用程序。
硬件配置：普通PC機、PS307電源模塊、CPU315-2DP CPU模塊、DO 32xDC輸出模塊，DI 32xDC輸入模塊，CP343-1以太網(wǎng)通信模塊、網(wǎng)絡(luò )雙絞線(xiàn)。其中CP343-1以太網(wǎng)通信模塊用于實(shí)現PC與PLC以太網(wǎng)通信。此外，PC機上還需要安裝工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)卡或直接使用普通網(wǎng)卡。
2.2OPC服務(wù)器與S7-300連接通訊的組態(tài)
采用OPC技術(shù)，上位機與S7-300之間即可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現實(shí)時(shí)通信。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)建立OPC服務(wù)器與PLC的連接是建立通信的前提，因此，在設計客戶(hù)端應用程序之前需要完成OPC服務(wù)器的硬件組態(tài)。
O P C 服務(wù)器與S 7 - 3 0 0 連接通訊的硬件組態(tài)利用SIMATIC NET和STEP7軟件完成，具體步驟如下：
2.2.1配置PC站的硬件機架。添加OPC Server和IE General;進(jìn)行網(wǎng)卡參數配置，選擇本地連接屬性菜單設置網(wǎng)卡參數，并設置PC Station的名稱(chēng)。
2 . 2 . 2 配置控制臺的使用與設置。在A(yíng) c c e s sP o i n t s 設定窗口中， 將S 7 O N L I N E 指向P C i n t e r n a l(local)。配置控制臺的組態(tài)可為后續下載PC站組態(tài)做準備。
2.2.3在STEP 7中組態(tài)PC Station。在SIMATICManager中創(chuàng )建一個(gè)新項目并插入一個(gè)PC站，更改PCStation默認名稱(chēng);硬件組態(tài);配置普通以太網(wǎng)絡(luò )參數;OPC Server建立一個(gè)新連接“S7 connection”;編譯存盤(pán)。
2.2.4組態(tài)下載。
2.2.5數據通訊的測試——OPC Scout。將所定義的Item嵌入到OPC Scout中。如Quality顯示good，則表明OPC Server與PLC之間已經(jīng)建立連接。
2.3OPC應用程序開(kāi)發(fā)
OPC規范規定了兩種通訊方式：同步通訊方式和異步通訊方式。同步通訊時(shí)，OPC應用程序的返回必須在OPC服務(wù)器對應的全部操作完成以后，在此期間OPC應用程序一直處于等待狀態(tài);異步通訊時(shí)，OPC應用程序不用等待操作后立刻返回，同時(shí)還可以進(jìn)行其他操作。當OPC服務(wù)器完成操作后再通知OPC應用程序。因此相對于同步通訊，異步通訊的效率更高，適用于多客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)同一OPC服務(wù)器和大量數據的場(chǎng)合。因此，該設計采用異步通信方式。
VB采用可視化的圖形用戶(hù)界面(GUI)、面向對象的程序設計思想、事件驅動(dòng)的工作機制和結構化的程序設計語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強大、界面豐富、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。因此本方案運用VB設計OPC應用程序。
2 . 3 . 1 引用O P C D A A u o t o . D L L 文件， 并選擇OPC Automation 2.0;在OPC應用程序開(kāi)始定義全局變量，包括OPC服務(wù)器、組集合、標簽集合、服務(wù)器句柄、事務(wù)標識符、取消標識符。為使被聲明的對象變量引用可以響應事件，必須在聲明中加上“WithEvents”語(yǔ)句。
2.3.2連接OPC服務(wù)器并建立OPC組;添加OPC項標識符。項標識符的數量與實(shí)際所需訪(fǎng)問(wèn)的S7-300的變量數量相一致，并一一對應。
2.3.3定義定時(shí)器事件調用異步寫(xiě)事件，將數據信息傳送給S7-300，從而使PLC根據上位機傳送的信息實(shí)時(shí)控制現場(chǎng)設備;調用DataChange事件監控現場(chǎng)設備的狀態(tài)。
3應用實(shí)例
運用上述通信方案，本文以自動(dòng)化集裝箱碼頭的仿真模型為研究對象，設計了自動(dòng)化集裝箱碼頭監控系統。該模型中的現場(chǎng)設備主要有六大部分：遠端場(chǎng)橋岸橋、場(chǎng)橋、地面小車(chē)、低橋旋轉吊、低橋小車(chē)，各部分又都有幾個(gè)不同的執行機構。將傳感器安裝在執行機構，PLC對傳感器的信號進(jìn)行采集處理并傳送給監控系統。最終執行機構的狀態(tài)，以指示燈、方向標識、文字等形式直觀(guān)顯示在監控界面。此外，報警信息的采集和保存也是監控系統非常重要的功能。根據報警信息工作人員可以第一時(shí)間消除故障，同時(shí)可以對歷史報警信息進(jìn)行的詳細分析以便對系統加以改進(jìn)。因此，本文設計的監控界面添加了報警記錄界面并在其中設置了打印功能，從而可以方便地打印歷史報警信息。
綜上所述，自動(dòng)化集裝箱碼頭監控系統界面分別設計了任務(wù)計劃、電氣狀態(tài)、運行狀態(tài)、報警記錄四個(gè)分界面。
4結語(yǔ)
OPC技術(shù)為上位機與PLC的通信提供了極大的方便;VB語(yǔ)言易于編程使用，為實(shí)現PLC與上位機的通信提供了簡(jiǎn)化的開(kāi)發(fā)平臺，同時(shí)節約了使用組態(tài)軟件所需的開(kāi)發(fā)成本。實(shí)驗證明，以OPC技術(shù)實(shí)現上位機與PLC S7-300的通信為基礎，開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化集裝箱碼頭監控系統，功能都能夠滿(mǎn)足規范要求，經(jīng)運行，系統穩定可靠，達到了設計目標。按照上述方案運用OPC技術(shù)實(shí)現上位機與S7-300的通信，采用VB軟件所設計的人機界面監控平臺還可應用到其他的工業(yè)控制設備，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有一定的應用價(jià)值。
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