基于OPC技術的上位機與S7—300的通信研究

摘要：西門子S7-300 PLC通信接口只有多點接口MPI和分布式外設接口DP，分別使用MPI協議和Profibus協議。但是這兩種協議不公開，增加了該系列PLC與上位機通信的難度。文章介紹了采用OPC技術通過工業以太網實現上位機與S7-300 PLC實時通信的具體方法，同時運用VB6.0開發OPC客戶端程序和監控界面，并將該方案成功應用到自動化集裝箱碼頭監控系統。

關鍵詞：OPC技術；S7-300；工業以太網；Visual Basic 6.0；自動化集裝箱碼頭；上位機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）18-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.010

1 概述

在工業自動化控制領域，采用PC作為上位機進行監控，以PLC控制現場設備是較常見的系統構建方式。因此，如何解決上位機與PLC之間的實時通信是自動化控制系統設計開發的重點之一。開放式過程控制（OPC）技術是一種過程控制領域非常流行的數據交換技術，它的出現解決了各儀器接口不統一而無法互聯的問題。OPC是一種連接硬件裝置或軟件數據庫等數據源與過程控制客戶應用程序之間的標準化的接口協議，它可以顯著地增強過程控制領域中的控制系統、現場設備、管理應用程序之間的互操作性，為實時綜合監測系統的開發提供一條高效、可靠的新途徑。

2 上位機與S7-300通信的實現

2.1 軟件和硬件的配置

軟件配置：SIMATIC NET，用于通信組態并配置OPC服務器（OPC.SimaticNET）；STEP7，用于SIEMENS PLC S7-300的編程和OPC服務器與S7-300連接通信的組態。Visual Basic 6.0，用于上位機編程，編寫OPC服務器客戶端應用程序。

硬件配置：普通PC機、PS307電源模塊、CPU315-2 DP CPU模塊、DO 32xDC輸出模塊，DI 32xDC輸入模塊，CP343-1以太網通信模塊、網絡雙絞線。其中CP343-1以太網通信模塊用于實現PC與PLC以太網通信。此外，PC機上還需要安裝工業以太網網卡或直接使用普通網卡。

2.2 OPC服務器與S7-300連接通訊的組態

采用OPC技術，上位機與S7-300之間即可通過工業以太網實現實時通信。通過工業以太網建立OPC服務器與PLC的連接是建立通信的前提，因此，在設計客戶端應用程序之前需要完成OPC服務器的硬件組態。

OPC服務器與S7-300連接通訊的硬件組態利用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；進行網卡參數配置，選擇本地連接屬性菜單設置網卡參數，并設置PC Station的名稱。

2.2.2 配置控制臺的使用與設置。在Access Points設定窗口中，將S7ONLINE指向PCinternal（local）。配置控制臺的組態可為后續下載PC站組態做準備。

2.2.3 在STEP 7中組態PC Station。在SIMATIC Manager中創建一個新項目并插入一個PC站，更改PC Station默認名稱；硬件組態；配置普通以太網絡參數；OPC Server建立一個新連接“S7 connection”；編譯存盤。

2.2.4 組態下載。

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之間已經建立連接。

2.3 OPC應用程序開發

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，OPC應用程序的返回必須在OPC服務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；異步通訊時，OPC應用程序不用等待操作后立刻返回，同時還可以進行其他操作。當OPC服務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，適用于多客戶訪問同一OPC服務器和大量數據的場合。因此，該設計采用異步通信方式。

VB采用可視化的圖形用戶界面（GUI）、面向對象的程序設計思想、事件驅動的工作機制和結構化的程序設計語言，具有簡單易學、功能強大、界面豐富、價格便宜等特點。因此本方案運用VB設計OPC應用程序。

2.3.1 引用OPCDAAuoto.DLL文件，并選擇OPC Automation 2.0；在OPC應用程序開始定義全局變量，包括OPC服務器、組集合、標簽集合、服務器句柄、事務標識符、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”語句。

2.3.2 連接OPC服務器并建立OPC組；添加OPC項標識符。項標識符的數量與實際所需訪問的S7-300的變量數量相一致，并一一對應。

2.3.3 定義定時器事件調用異步寫事件，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時控制現場設備；調用DataChange事件監控現場設備的狀態。

3 應用實例

運用上述通信方案，本文以自動化集裝箱碼頭的仿真模型為研究對象，設計了自動化集裝箱碼頭監控系統。該模型中的現場設備主要有六大部分：遠端場橋岸橋、場橋、地面小車、低橋旋轉吊、低橋小車，各部分又都有幾個不同的執行機構。將傳感器安裝在執行機構，PLC對傳感器的信號進行采集處理并傳送給監控系統。最終執行機構的狀態，以指示燈、方向標識、文字等形式直觀顯示在監控界面。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間消除故障，同時可以對歷史報警信息進行的詳細分析以便對系統加以改進。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，自動化集裝箱碼頭監控系統界面分別設計了任務計劃、電氣狀態、運行狀態、報警記錄四個分界面。

4 結語

OPC技術為上位機與PLC的通信提供了極大的方便；VB語言易于編程使用，為實現PLC與上位機的通信提供了簡化的開發平臺，同時節約了使用組態軟件所需的開發成本。實驗證明，以OPC技術實現上位機與PLC S7-300的通信為基礎，開發的自動化集裝箱碼頭監控系統，功能都能夠滿足規范要求，經運行，系統穩定可靠，達到了設計目標。按照上述方案運用OPC技術實現上位機與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控制設備，在工業自動化控制領域具有一定的應用價值。

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作者簡介：張寧（1985-），女，山東濟寧人，濟寧技師學院助理講師，碩士。

（責任編輯：周 瓊）