基于LabVIEW的矯直機數據通信分析系統

臧登月，胡 鷹，馬立峰

(太原科技大學，山西 太原 030024)

0 前言

隨著市場對于高質量鋼板的需求量不斷增加，對矯直機的功能和自動化程度提出了更高的要求，而矯直機的控制系統對于矯直機性能的提高有著至關重要的決定作用。

某鋼廠矯直機控制系統采用工業以太網和現場總線將各個服務器和PLC控制系統連接起來。其中監控服務器采用Wincc作為控制軟件，主要負責設備的監控，數據的顯示和存儲;PLC控制系統包括西門子S7-400PLC和底層執行設備，完成數據的采集。其控制系統示意圖如圖1所示。

雖然Wincc可以提供一些控件 (如:在線表格控件、在線趨勢控件、用戶歸檔表格控件等)顯示數據，但是用戶不能直接訪問數據庫，不能對這些數據直接進行分析處理，所以要在現有系統中添加數據分析功能模塊。LabVIEW以強大的數據分析處理功能在冶金、化工、橋梁、水電、環境監測等領域得到廣泛應用。將LabVIEW與現有系統進行結合，發揮各自的優勢，就可以開發一套功能強大、高效可靠的控制系統。

1 LabVIEW與矯直機控制系統集成的可能性

1.1 LabVIEW及DataSocket數據通信技術介紹

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument En-gineering Workbench，實驗室虛擬儀器工作平臺)是由美國國家儀器公司 (NI)創立的一種基于圖形化的、用圖標來代替文本行創建應用程序的計算機編程語言［2］。LabVIEW具有豐富的功能模塊和內部函數，用于數據的分析和處理。同時，還提供了多種網絡接口與驅動程序支持數據的傳輸。其中利用DataSocket技術訪問OPC服務器從而可以實現不同應用程序之間的數據交互和實時數據的共享。

圖1 矯直機控制系統示意圖Fig.1 Schematic diagram for control system of straightener

DataSocket技術是NI公司提供的一種基于TCP/IP協議的網絡傳輸技術，DataSocket能有效地實現本地計算機內不同應用程序之間或者網絡中不同計算機的多個應用程序之間的數據交互和共享以及實時數據的發布。DataSocket技術支持多種通信協議，例如:dstp、opc、logos、卸、file。目前在工業控制領域廣泛采用opc(OLE for Process Control)協議實現不同應用程序之間的連接。雖然目前已經有TCP/IP、DDE等多種用于兩個應用程序之間共享數據的技術，但是這些技術都不是用于實時數據 (Live Data)傳輸的。只有DataSocket是一項在測量和自動化應用中用于共享和發布實時數據的技術［3］。

1.2 OPC技術

OPC(OLE for Process Control)是一個標準的、與制造商無關的軟件接口，這個標準定義了應用Microsoft操作系統在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。它基于OLE/COM/DCOM技術采用客戶機/服務器模式，以OPC服務器的形式將數據提供給用戶［4］。OPC通信包括OPC服務器和OPC客戶機兩部分，OPC服務器為客戶機提供所需的數據，OPC客戶機負責接收服務器發送的數據并進行處理分析。OPC作為一種接口規范，解決了軟硬件廠家的矛盾，在增強系統的開放性和兼容性，提高通信的可靠性和穩定性方面發揮了積極地作用，并且便于系統的升級和維護。

1.3 Wincc支持OPC通信

Wincc(Windows Control Center)是西門子公司的一款工控組態軟件，主要用于數據采集監控系統，是HMI/SCADA軟件中的后起之秀，目前被廣泛應用于冶金，化工，水電等各種工業自動化控制領域。Wincc全面支持 OPC標準，Wincc可以用作OPC客戶機實現與OPC服務器的連接，也可以作為OPC服務器，其他應用程序也可以OPC的方式訪問Wincc。

Wincc的系統中集成了 OPC DA服務器、OPC HAD服務器和OPC A＆E服務器［5］。可以通過OPC DA服務器訪問Wincc的過程數據，通過OPC HAD服務器訪問Wincc的所有歸檔數據，由于OPC A＆E具備過濾機制，所以可通過此服務器傳送經過選擇之后的值。

2 矯直機數據通信分析系統的設計

2.1 通信方案

現有矯直機的數據采集系統把底層數據存儲到Wincc中，在不改變原有系統的情況下只需要實現LabVIEW與Wincc的通信，從Wincc中取出過程數據用LabVIEW進行分析。由上一節的分析可以知道，LabVIEW與Wincc都支持OPC通信協議，所以可以基于OPC通信協議實現兩者的通信。LabVIEW與Wincc的通信示意圖如圖2所示。LabVIEW對OPC服務器的訪問有3種方案:①通過ActiveX自動化接口實現對OPC服務器的訪問;②通過DataSocket技術實現對OPC服務器的訪問;③通過DSC模塊實現對OPC服務器的訪問［6］。本系統利用DataSocket內部的OPC Client與西門子Wincc OPC Server通訊。

圖2 LabVIEW與Wincc通信示意圖Fig.2 Schematic diagram of communication between LabVIEW and Wincc

2.2 利用DataSocket技術與上位機數據傳輸

DataSocket函數庫主要包括DataSocket select、 DataSocket open、 DataSocket read、DataSocket write、DataSocket close等函數。使用DataSocket傳輸數據時，采用和WWW瀏覽器相似的統一資源定位符URL來說明使用的通信協議和數據資源的位置。在程序開始，首先確定數據源地址。本系統中采用OPC通信協議與Wincc通信，其 URL地址格式為0PC://localhost/OPCServer.WinCC/項名。其中 localhost是主機名，OPCSever.Wincc是OPC服務器的名稱。

系統連接后，在數據的傳輸過程中發現，在讀或寫數據時，通常會發生數據丟失的情況，究其原因主要是因為發布數據的一端比接收數據的一端速度快，導致一些數據還沒來得及讀取就被覆蓋掉了。為了解決這種問題，故使用數據緩存區的方法傳輸數據，將DataSocket open函數的模式參數選為Buffered Read或Buffered Read/Write。后續試驗中發現采用緩沖方式傳輸數據仍然有數據丟失，這時，在 DataSocket Server Manager上調整最大數據包數，調為2后，通信正常。利用DataSocket技術通信程序圖如圖3所示。

圖3 利用DataSocket技術通信程序圖Fig.3 Program graph of communication by means of DataSocket technology

2.3 矯直機數據通訊分析系統主界面

矯直機數據通信分析系統包括用戶登錄模塊、實時數據顯示模塊、歷史數據查詢模塊和報警記錄模塊。用戶通過輸入用戶名和密碼登錄系統，每個用戶被賦予不同的權限執行不同的操作;在實時數據顯示模塊，對采集的數據進行時域和頻域等分析，并通過圖形顯示控件顯示各個參數的趨勢，操作人員可根據曲線的走勢做出合理的控制;歷史數據查詢模塊:選用Microsoft Access數據庫存放矯直機的歷史數據，利用Lab-VlEW DCT工具包在Microsoft Access數據庫中動態創建表格，以變量名命名為表格名，對每一個數據標記上記錄號、日期和時間，用戶可以通過這些條件查詢歷史數據;報警記錄模塊記錄系統執行過程中的所有報警信息，為系統故障診斷提供了可靠的依據，方便系統的維護。圖4為矯直機數據通信分析系統主界面。

3 結論

圖4 矯直機數據通信分析系統主界面Fig.4 Main interface of data communication and analysis system of straightener

基于LabVIEW的矯直機數據通信分析系統的開發，實現了實時數據顯示、報警記錄和歷史數據記錄分析處理等功能，為進一步改善矯直機生產工藝提供了數據支持。該系統用于矯直機以來，實現了實時數據的同步高效傳輸，無數據丟失現象，保證了數據的可靠性，并可對數據做出直觀的分析，及時指導現場操作，提高了矯直機的工作效率。

［1］劉其和，李云明.LabVIEW虛擬儀器程序設計與應用［M］.北京:化學工業出版社，2011.4.

［2］孫秋野，柳昂，王云爽.LabVIEW 8.5快速入門與提高 ［M］.西安:西安交通大學出版社，2009.5.

［3］胡仁喜，王恒海，齊東明，等.LabVIEW 8.2.1虛擬儀器實例指導教程［M］.北京:機械工業出版社，2008.1.

［4］于海寧，張麗，陳立劍.基于Labview的數據通信的設計與實現 ［J］.船電技術，2009(5).

［5］蘇昆哲.深入淺出西門子Wincc V6［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2005.9.

［6］劉金寧，孟晨.基于LabVIEW實現對OPC服務器的訪問 ［J］.計算機工程與設計，2004(10).