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(1.天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350；2. 飛思卡爾半導(dǎo)體(中國(guó))有限公司,天津 300457)

一、引言

OPC全稱OLE for Process Control，是在微軟的合作下，由 OPC 基金會(huì)組織倡導(dǎo)，全世界范圍內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域中處于領(lǐng)導(dǎo)地位的廠商協(xié)作制定的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)與過程管理級(jí)進(jìn)行信息交互的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)不同現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議之間互操作的重要手段。

二、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要由12個(gè)從站點(diǎn)組成，銑床單元、上料單元、下料單元、加蓋單元、穿銷單元、模擬加工單元、圖像識(shí)別單元、伸縮單元、檢測(cè)單元、液壓?jiǎn)卧?、分檢單元、升降梯立體倉(cāng)庫(kù)單元。每個(gè)從站單元完成特定的工作任務(wù)，以裝配、檢驗(yàn)、分揀、入庫(kù)的方式順序完成各種裝配操作和物流處理過程。采用兩種總線控制系統(tǒng)，一種是西門子公司的PROFIBUS總線控制系統(tǒng)，一種是菲尼克斯公司的Interbus總線控制系統(tǒng)，通過OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩種總線系統(tǒng)互換信息并通過組態(tài)王軟件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控程序和OPC服務(wù)器程序兩部分組成。硬件與監(jiān)控程序的通信是通過OPC服務(wù)器軟件來實(shí)現(xiàn)的，通過修改OPC相應(yīng)部分而無需修改監(jiān)控程序來滿足修改系統(tǒng)的需要[2]；當(dāng)系統(tǒng)需要再擴(kuò)展，與外界通信采用OPC方式擴(kuò)展即可。

三、PROFIBUS總線控制系統(tǒng)

PROFIBUS是德國(guó)90年代初制定的國(guó)家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。Profibus-DP是經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號(hào)線，用于分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。

本套設(shè)備的控制系統(tǒng)連接在Profibus-DP總線上，包含1個(gè)主站和12個(gè)從站，主站和從站之間為主從關(guān)系。主站選用SIEMENS的S7-400 CPU416-2DP，從站選用變頻器和CPU226模塊，通過EM227擴(kuò)展模塊以DP從站形式接入PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。由從站完成系統(tǒng)的監(jiān)控和控制，按主/從模式向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖1所示。

通過增設(shè)了EM277模塊和Profibus-DP模板來實(shí)現(xiàn)和S7-400之間的通信，通過設(shè)置EM227擴(kuò)展模塊I/O起始地址，設(shè)置變頻器及12個(gè)從站，通過變頻器可以改變電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)多速控制。PLC站硬件組態(tài)如圖2所示。

圖1 Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成

圖2 總線組態(tài)圖及各站地址

圖3 Interbus總線控制結(jié)構(gòu)

四、Interbus總線控制系統(tǒng)

菲尼克斯公司的Interbus是國(guó)際上廣泛采用的現(xiàn)場(chǎng)總線，該現(xiàn)場(chǎng)總線誕生于1986年，以其技術(shù)的先進(jìn)性、開放性、成熟性廣泛適用于汽車、物流、機(jī)器設(shè)備等各種領(lǐng)域中。Interbus是目前最長(zhǎng)的、最快的、最大的、效率最高的總線。

INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，選用了INTERBUS總線350型網(wǎng)關(guān)接口模塊即ILC 350 ETH作第一層控制、2個(gè)ILC200 UNI控制器和總線耦合器BK，輸入模塊DI、輸出模塊 DO作第二層控制，整個(gè)系統(tǒng)的組態(tài)和編程在菲尼克斯公司的PC WORX中完成，PC WORX它結(jié)合了單機(jī)或系統(tǒng)的組態(tài)、編程等全部工具。INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

五、基于OPC技術(shù)的多現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)

在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，OLE標(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等對(duì)象。OPC之間的通訊是以變量為單位的，在OPC服務(wù)器上定義相關(guān)的變量和要采集的硬件進(jìn)行連接，并生成唯一表示此變量的ID標(biāo)識(shí)。此變量中保存著變量的數(shù)值，變量相關(guān)的信息，外部的程序能夠訪問的就是此變量的所有信息，即OPC服務(wù)器與外部的數(shù)據(jù)的傳輸是通過變量進(jìn)行對(duì)應(yīng)的。

兩個(gè)控制系統(tǒng)由于Profibus與INTERBUS客戶端使用的協(xié)議不同，只能分別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，開發(fā)一個(gè)兼容所有客戶軟件的高效驅(qū)動(dòng)程序基本是不現(xiàn)實(shí)的[4]。而OPC為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)及交換數(shù)據(jù)信息提供了一個(gè)開放、高效、互操作性好、可靠的解決方案。通過 OPC技術(shù)，可以在這些不同的控制系統(tǒng)之間建立起一條通道，使Profibus與INTERBUS 之間能夠互相訪問數(shù)據(jù)源，可以達(dá)到不同控制系統(tǒng)的資源達(dá)到共享。

使用OPC Server對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的進(jìn)行功能組態(tài)，將要進(jìn)行監(jiān)控的數(shù)據(jù)在PCWORX中設(shè)置為“全局變量”,將系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供給OPC服務(wù)器，組態(tài)監(jiān)控軟件可以訪問這些數(shù)據(jù)，Profibus總線中的分揀單元，就可以通過SIMATIC Manager在OPC Server中采集到產(chǎn)品是否為正品等數(shù)據(jù)，根據(jù)其判斷分揀。

圖4 PCWORX上傳OPC Server設(shè)置對(duì)話框

為了監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況采用北京亞控公司的KingView軟件進(jìn)行監(jiān)控，KingView軟件其具有良好的圖形界面、豐富的網(wǎng)絡(luò)功能和驅(qū)動(dòng)程序。系統(tǒng)組態(tài)時(shí)根據(jù)需要把監(jiān)控的參數(shù)進(jìn)行建立和連接設(shè)備, 需要?jiǎng)赢嫴僮鲿r(shí)只要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)部分按照提示即可進(jìn)行操作。這樣就可以對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行圖形和參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行整體監(jiān)控, 同時(shí)還具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的記錄功能，以及報(bào)警記錄和提示。

為了實(shí)現(xiàn)這兩種總線的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)互聯(lián)，在組態(tài)監(jiān)控軟件中找到SIMATIC Manager和菲尼克斯Phoenix提供的OPC Sever，在建立監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，連接設(shè)備就會(huì)顯示通過OPC Sever查找到的全局變量，這些全局變量是在PCWPRX和SIMATIC Manager中定義為OPC屬性的。在上位機(jī)上啟動(dòng)OPC Server，PLC通過其將需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸給組態(tài)王實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，與此同時(shí)INTERBUS總線控制系統(tǒng)也將需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過OPC Server傳輸給Profibus總線，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)控。

12個(gè)單元的柔性制造生產(chǎn)線，開始用S7-400和S7-200完成現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備的動(dòng)作，再利用OPC Server使主機(jī)上的組態(tài)軟件與Phoenix 控制器及西門子 PLC通訊，從而實(shí)現(xiàn)整體監(jiān)控。

六、結(jié)束語(yǔ)

基于OPC技術(shù)，利用組態(tài)王監(jiān)控軟件，利用INTERBUS總線控制系統(tǒng)和Profibus總線控制系統(tǒng)同一底層設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，使這兩種總線的監(jiān)控控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，自動(dòng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，故障報(bào)警反應(yīng)精確，控制反應(yīng)及時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多總線系統(tǒng)集中組態(tài)監(jiān)控的構(gòu)想。學(xué)生更好地理解兩種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，提高了產(chǎn)品的推廣價(jià)值。

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