基于OPC技術(shù)的FX2NPLC和PC數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)

王建勛， 沈勝利

（鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450121）

0 引言

可編程控制器（PLC）主要面向生產(chǎn)現(xiàn)場，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、編程使用簡單、易于控制等特點(diǎn)［1］。但PLC沒有良好的人機(jī)界面，不便于實(shí)時監(jiān)控。采用PLC和PC通信的方法可解決以上問題［2］。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，主從式控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，上位機(jī)監(jiān)控是其主要組成部分。一般情況下，上位機(jī)可采用組態(tài)式監(jiān)控軟件、VB和VC等實(shí)現(xiàn)，也可采用編程語言LabVIEW來實(shí)現(xiàn)。

FX2NPLC與PC間通信方法有多種：有通過FX-232BD 通信模塊的［3］;有 FX2N-232IF 模塊的［4］;有使用動態(tài)鏈接庫的;也有采用 MSComm控件和 MX Component通信控件的［5-6］。我們采用的是基于OPC技術(shù)的數(shù)據(jù)通信方式。

以 NI OPC Servers為基礎(chǔ)，通過 OPC Server Client、共享變量、Datasocket數(shù)據(jù)綁定和分布式系統(tǒng)管理器等4種方式來實(shí)現(xiàn)FX2N-48MR PLC與PC間的數(shù)據(jù)通信。

1 OPC、Datasocket、LabVIEW 和 DSC 模塊

1.1 OPC 技術(shù)

用于過程控制的對象嵌入鏈接（Object Linking and Embedding for Process Control，OPC）。OPC 以O(shè)LE（現(xiàn)在的Active X）/COM（部件對象模型）/DCOM（分布式部件對象模型）技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動化面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［7-8］。OPC技術(shù)被廣泛用來統(tǒng)一軟件與設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)及進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信，因此很多設(shè)備廠商都為其設(shè)備提供了OPC Server（OPC服務(wù)器），如西門子公司的Simatic NET OPC Server、三菱公司的Melsec OPC Server和歐姆龍的 Sysmac OPC Server等［9］。

NI OPC Servers可將專用工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換為開放式OPC Classic和OPC統(tǒng)一架構(gòu)（UA）協(xié)議。這一轉(zhuǎn)化使得NI LabVIEW軟件能夠通過LabVIEW DSC模塊內(nèi)含的OPC客戶端與多種不同的可編程邏輯控制器（PLC）和第三方設(shè)備通信。NI OPC Servers所支持的裝置與驅(qū)動插件程序可從ni.com查看。NI OPC Server與LabVIEW組合而成的單一平臺可對工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行高性能的測量和控制［10］。

1.2 Datasocket技術(shù)

DataSocket技術(shù)是NI公司推出的面向測控領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是一種基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，它支持本地文件I/O操作、FTP和HTTP文件傳輸、實(shí)時數(shù)據(jù)共享，并提供統(tǒng)一的API（應(yīng)用程序編程接口）。具有方便使用、高效編程、不需了解底層操作過程等優(yōu)點(diǎn)，適合于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享等應(yīng)用程序的開發(fā)。

從結(jié)構(gòu)上看，DataSocket包括 DataSocket API和DataSocket Server兩部分。DataSocket API提供了簡單的應(yīng)用接口，作為客戶，可以在多種編程環(huán)境下與多種數(shù)據(jù)類型通信，DataSocket API包含四個基本動作：Open、Read、Write 和 Close。除了從 DataSocket Server上獲取數(shù)據(jù)外，DataSocket還可以獲得HTTP Server、FTP Server和 OPC Server的數(shù)據(jù)。DataSocket Server是一個獨(dú)立運(yùn)行的程序，是提供數(shù)據(jù)交換的場所，作為服務(wù)器，負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)源發(fā)布的數(shù)據(jù)，然后提供給請求的計算機(jī)［11-12］。

1.3LabVIEW

LabVIEW是由美國國家儀器公司開發(fā)的一種功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析軟件應(yīng)用開發(fā)工具。

LabVIEW使用的編程語言為G語言（圖形化的程序設(shè)計語言），它用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。目前LabVIEW已被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，廣泛應(yīng)用于測試、工業(yè)自動化、教學(xué)和科研等領(lǐng)域［13］。

1.4 DSC 模塊

數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控模塊（Datalogging and Supervisory Control Module，DSC）是 LabVIEW 的附加模塊。LabVIEW DSC模塊包含針對常用工業(yè)協(xié)議（其中包括OPC）的支持。這讓應(yīng)用程序幾乎能同所有PLC與可編程自動化控制器進(jìn)行通信。借助DSC，可以利用少則十余個、多則數(shù)千個的標(biāo)簽，交互開發(fā)分布式監(jiān)測和控制系統(tǒng)［14］。

2 基于OPC技術(shù)的FX2NPLC和PC的數(shù)據(jù)通信

基于OPC技術(shù)的FX2NPLC和PC間的數(shù)據(jù)通信，從硬件上講，采用的仍然是SC-09編程電纜連接PLC和PC，不需增加其他硬件。PLC自帶的編程口是RS-422接口，PC端是RS-232C接口，通信方式仍然是串行通信方式。編程口在程序下載結(jié)束處于閑置狀態(tài)，我們就可以利用它實(shí)現(xiàn)PLC和PC間的通信［15］。

從軟件上講，NI OPC Servers配置后，可以通過OPC Server Client、共享變量方式、Datasocket數(shù)據(jù)綁定方式和NI分布式系統(tǒng)管理器等四種不同的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，進(jìn)一步可實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，如圖1所示。

圖1 基于OPC技術(shù)的四種不同方式的數(shù)據(jù)通信

3 實(shí)例驗證

下面以一個由定時器構(gòu)造的振蕩電路為例，通過實(shí)驗驗證FX2N-48MR PLC和PC間四種不同的數(shù)據(jù)通信方式的可行性。

如圖2所示為振蕩電路的梯形圖。定時器T1的設(shè)定值為10×100=1 s，定時器T2的設(shè)定值為20×100=2 s。振蕩電路的工作原理是：當(dāng)PLC的輸入端X0接收信號后，通過定時器T1、T2間的配合，PLC的輸出端Y0產(chǎn)生出T1=1 s、T2=2 s的振蕩電路。如圖3所示為振蕩電路的時序圖。

地震是一種嚴(yán)重影響地基穩(wěn)定性的自然災(zāi)害，地震發(fā)生后，在地震荷載的作用下，地基土體會出現(xiàn)松動和變形現(xiàn)象，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。加固地基是增強(qiáng)地基抗震性能最為有效的方法之一。通過加固處理，可以使地基的抗液化能力顯著提升，從而改善地基土體的動力特性。同時，加固后的地基土?xí)a(chǎn)生預(yù)震效應(yīng)，進(jìn)一步提高了地基的整體強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。對震害嚴(yán)重的厚軟土層，可以采用高壓噴射注漿法進(jìn)行加固處理，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，可以使地基保持良好的穩(wěn)定性。

3.1 NI OPC Servers添加PLC OPC標(biāo)簽

在NI OPC Servers添加PLC OPC標(biāo)簽的目的在于建立起和PLC間的一一對應(yīng)關(guān)系。

3.2 通過OPC Server Client進(jìn)行讀寫

當(dāng) PLC執(zhí)行程序時，選擇 Tools→OPC Quick Client，就可進(jìn)入OPC Quick Client工作界面，就可以對PLC的各個軟元件（X0、Y0、T1、T2）的工作狀態(tài)進(jìn)行讀取。

當(dāng) PLC處于 STOP狀態(tài)時，通過 Value→Asynchronous 2.0 Write，還可改變軟元件的當(dāng)前值。如圖6所示，寫入輸出端Y0的值為1，此時PLC上Y0對應(yīng)的指示燈亮起。

圖2 振蕩電路梯形圖

圖3 振蕩電路時序圖

圖4 通過共享變量方式讀取

3.3 通過共享變量方式實(shí)現(xiàn)讀寫

在LabVIEW 2010啟動界面中，通過項目→新建I/O Server→ OPC Client→ Configure OPC Client I/O Server，建立庫文件，然后創(chuàng)建約束變量→添加變量→多變量編輯器。利用PLC OPC標(biāo)簽，創(chuàng)建四個變量。最后在LabVIEW連續(xù)運(yùn)行時，得到的結(jié)果如圖4所示。

在PLC處于STOP狀態(tài)時，通過改變軟元件的當(dāng)前值。如改變Y0的值為1，此時PLC上Y0對應(yīng)的指示燈亮起。

3.4 通過Datasocket數(shù)據(jù)綁定方式來讀寫

在LabVIEW 2010新建VI的前面板中，先繪出振蕩電路梯形圖。X0、Y0、T1和T2均用垂直搖桿開關(guān)表示（但T1、T2的關(guān)閉并不代表計時過程）。在每個元件→屬性→數(shù)據(jù)綁定→Datasocket，再通過瀏覽→DSTP服務(wù)器，選中 PLC OPC標(biāo)簽，即可實(shí)現(xiàn)Datasocket數(shù)據(jù)綁定。在設(shè)計程序時，選擇了讀取DataSocket和寫入 DataSocket節(jié)點(diǎn)。其中 OPC TO URL是子VI。

3.4.1 讀取數(shù)據(jù)

LabVIEW連續(xù)運(yùn)行時，需要讀取X0、Y0數(shù)據(jù)時，推上選擇開關(guān)，并在項名稱中選擇X0或Y0，通過指示燈即可讀取。讀取Y0的結(jié)果如圖5所示。要讀取T1、T2數(shù)據(jù)時，拉下選擇開關(guān)，并在項名稱中選擇T1或T2，通過“讀取的數(shù)據(jù)”即可讀取T1或T2計時值。

圖5 讀取Y0的數(shù)據(jù)

3.4.2 寫入數(shù)值

當(dāng)PLC在STOP狀態(tài)下，可以寫入部分軟元件數(shù)值，以Y0為例，推上是否寫入選擇開關(guān)，點(diǎn)擊“寫入”指示燈后燈亮起，隨之PLC對應(yīng)Y0對應(yīng)的指示燈亮起，“讀值”指示燈也隨之亮起，如圖6所示。

3.5 通過分布式系統(tǒng)管理器方式讀取

LabVIEW自版本自8.6后，可用NI分布式系統(tǒng)管理器來實(shí)現(xiàn)共享變量的功能。如圖7所示為通過分布式系統(tǒng)管理器讀取Y0的數(shù)據(jù)。

圖6 寫入Y0值

圖7 分布式系統(tǒng)管理器讀取Y0值

4 結(jié)語

以NI OPC Servers為基礎(chǔ)，可以通過OPC Server Client、共享變量、Datasocket數(shù)據(jù)綁定和分布式系統(tǒng)管理器等四種方式來實(shí)現(xiàn)FX2N-48MR PLC與PC間的數(shù)據(jù)通信。實(shí)驗證明，這四種數(shù)據(jù)通信方式具備，且具有可行性、操作簡單、可靠性高等特點(diǎn)。

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