基于OPC技術的矯直機中的研究與應用

鄭豪

（杭州師范大學錢江學院計算機科學與技術系，浙江 杭州310012）

1 OPC通訊協議的構成

OPC技術是為了使不同制造廠商的設備和用戶程序之間的軟件接口規范化，并且使得它們之間的信息轉換更加簡便化。因此它可以向客戶提供這樣的過程控制產品對于特定研發語言和研發環境不存在依賴性，并且可以自由組合使用。

所使用的OPC系統，是由以下幾部分組成：按照用戶程序客戶程序的要求提供信息采集服務的OPC服務器、使用OPC服務器所特定的OPC接口、接受服務的OPC用戶程序。OPC服務器是根據各種各樣制造廠商硬件的硬件所研發的，因而使它可以吸收各個制造商硬件和系統的差別和不同，從而達到不依賴于硬件的系統組成。與此同時，采用一種被叫做VARIANT的變量，完全可以不依靠于硬件中特有的信息類型，根據用戶程序的要求和條件提供信息格式，使用可以使接口規范化。應用客戶可以不對設備的內部結構及它們的供應廠商產生依賴性。從而來選用監視、趨勢圖和報表用戶程序。

OPC是一種客戶端服務器模式。它是具有以下幾種優點語言無關性、代碼重用性、易于集成性等。如圖1所示，服務器中的代碼規定了服務器所存取的設備和數據、數據項的命名規律和服務器存取信息的細節問題。無論現場設備以什么形式的方式存在，客戶都會以特定和固有的方式去訪問。從而保證軟件對用戶的透明度，使得用戶完全從低層的研發中解脫開來。客戶用戶程序只需要利用規范化接口和服務器通信，而并不需要了解底層的實現細節信息。利用服務器，用戶不僅可以直接識別物理設備的信息，而且還可以對等系統的端口變量進行操作。

圖1 生產控制信息系統的構成

2 全液壓矯直機開發實例

該矯直機矯直的對象是不規則的中厚鋼板，而且矯直過程是在高溫下進行的。

在矯直過程中，需要矯直的鋼板的厚度、寬度、長度、溫度都在變化。有時甚至出現明顯的凹陷或凸起。因此鋼板的參數在變，操作控制量在變。它們構成了十分復雜的隨機變動，在矯直過程中，希望情況穩定，提高矯直鋼板質量。最主要的問題就是根據錯綜復雜的變動，制定正確的操作控制方案。因此對鋼板異常情況的預測和控制是當前矯直控制的主要問題，最好的解決辦法是建立矯直機預測、控制專家系統。依靠專家提供的經驗、知識構造知識庫，根據系統的推理進行邏輯運算和判斷，對異常矯直狀況進行預測，而且給出相應的操作方案。以便增強矯直控制的準確性和規范性。

矯直異常狀況預測、控制專家系統是在控制系統中加入一個有經驗的“監測工程師”。系統可以為他提供一個“監測工具箱”，也就是可對監視、測量、辨識、判定等各種方法和算法選擇自便，調用自如。所以，專家系統能夠看成是一個“矯直操作專家”，在判定矯直時，對各種情況或控制操作時的思路、方法、經驗、策略進行模擬。在執行操作任務的過程中，矯直控制專家主要進行三件工作，一是觀察、檢測系統中相關的變量和狀態。二是利用自身的知識和經驗，確定當前系統運行的狀況，而且分析比較每種可能使用的控制策略。最后再選擇控制方案予以執行。

設計矯直異常狀況預測、控制專家系統，首先我們要定義所需的異常爐況預測參數，這些主要是在矯直生產中隨時可以得到的鋼板類型、鋼板塊數、鋼板寬度(mm)、鋼板厚度(mm)、實測矯正溫度等各項實時數據。作為專家系統的通訊模塊，OPC客戶端必須能夠達到這樣的目的，即要把矯直時有關數據實時采集到SQL數據庫中。在數據處理確定矯直狀況后，再準確地把控制信息通過網絡傳送到矯直生產現場，使矯直工作正確操作。專家系統的結構如圖2

另外，該專家系統亦接受自學習數據，從現場液壓伺服閥反饋出的數據，經過自學習系統，寫入到專家系統，經專家系統運算后再返回到現場。該系統具有以下幾大部分：①數據采集：要是獲取各種鋼板狀況的實時數據，如鋼板寬度(mm)、鋼板厚度(mm)、實測矯正溫度以及一些計算所需的常數。具有兩種輸入方式，一種是手動輸入，一種是通過OPC客戶端自動采集矯直實時運行工況。②數據預處理：蓋所有特征參數和復合參數的計算。從現場設備采集到的數據經常夾雜很多噪音信號，所以在采用這些信號之前必須要用數據預處理模塊對采集的數據信息進行濾波、平滑處理及復合參數的運算。③數據庫：存一定歷史階段的即時數據和信息庫等。④專家系統核心：主要是知識庫和推理機這兩部分，是專家系統的重要組成部分。⑤自學習系統:接受來自伺服閥的實時現場數據，返回到專家系統對比運算。

OPC客戶端程序的主要功能就是通過實時獲取OPC服務器中的數據。把異常矯直預測所需的參數，即時寫入SQLServer:數據庫保存起來，再提供給專家系統預測推理。因為系統對數據的即時性要求較高，所以開發工具必須采用VC++6.0，與OPC服務器的通訊使用OPC定制接口。應用在全液壓矯直機上的服務器有Wincc和Simatic.net兩種。OPC客戶機可以通過Wincc的OPC服務器訪問Wincc的數據，可以通過Simatic.net的OPC服務器訪問PLC的數據。數據通訊采用異步方式通訊結構。

本節所討論的連接包括兩種，一種是Simatic.net與PLC的連接;一種是Wincc服務器與Wincc監控數據的連接。只介紹前一種連接。設置Simatic.net與PLC的連接具體步驟如下：(1)準備工作。所需組件:Pc機、以太網網卡、Simatic.net軟件、57-400以太網模塊、NCM PC,STEP 7軟件。成功安裝軟件和硬件并重啟機器。（2）配置PC站。a.在STEP7中，建立PC站，組態OPCSERVRE，設置IP地址。b.打開SIMATIC NET的站組態編輯器，組態OPCSERVER。設置同(1}一樣的IP地址。c.配置NCM，建立驅動連接。（3）測試連接。OPC SCOUT進行設置，創建項，建立連接。

圖2 專家系統結構框圖

3 總結與展望

OPC技術在工業控制領域中的優勢越來越明顯，受到越來越多的工控硬、軟件開發商和生產商的青睞。關于今后的發展，在很多領域OPC技術將要代替先前的驅動程序技術，這種趨勢是無法阻擋的。OPC技術不僅能應用于應用程序與現場設備之間，而且還應該把它作為一種Windows應用程序相互交換數據的通用規范。

[1]馮冬芹.《工業通信網絡與系統集成》.科學出版社，2005.77-93.

[2]張衛鋼《通信原理與通信技術》.西安電子科技大學出版社.2003.67-70.

[3]許寶祥.過程控制系統中的OPC技術.冶金自動化，1999,6(1):2-75.