OPC技術在卷煙機械設備中的設計與實現

任科明,文　韜

(常德煙草機械有限責任公司，四川 常德 415000)

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OPC技術在卷煙機械設備中的設計與實現

任科明,文韜

(常德煙草機械有限責任公司，四川 常德 415000)

摘要：針對卷煙機械設備的智能化改造，為滿足多組設備實時集中監控功能,提出了具有OPC功能的上位機系統設計方案，完成了對卷煙設備上位機系統的改進設計。通過對工業以太網實現OPC服務器與西門子PLC之間實時通信的具體方法介紹,以及OPC客戶端程序編寫和實時數據庫的建立，實現對現場PLC數據交互訪問和機組數據信息保存，從而達到對卷煙機械機組遠程監控的目的。該系統實際運行過程中穩定、可靠，便于生產操作人員對機組的集中監控，避免設備故障產生的不良影響，提高了生產效率。

關鍵詞：OPC服務器；OPC客戶端；卷煙機械；PLC

引用格式：任科明,文韜. OPC技術在卷煙機械設備中的設計與實現[J].微型機與應用，2016,35(13)：1-3.

0引言

隨著信息技術的不斷發展，工廠設備的自動化程度日益提高，國產卷煙機械設備也在不斷地吸收新技術進行智能化改造，從而提高生產效率和可靠性。卷接機組是煙機設備中的重要生產環節，集機、電、氣、液、光于一體，其電氣控制系統采用西門子PLC控制器。為了隨時接收報警信息、準確判斷設備生產運行情況，避免故障發生和擴大，研發截取西門子PLC設備的過程數據就變得尤為重要。由于OPC(Object Linking and Embedding (OLE) for Process Control)規范把硬件供應系統和軟件開發者分離開來，使得軟件開發者不需要過多地了解硬件的實質和操作過程，只要遵循OPC規范進行開發，就可以訪問OPC服務器的數據[1]。OPC改變了原有的控制系統模式，作為一項逐漸發展起來的技術目前已經贏得國內外廠商的高度重視，許多公司在原來產品的基礎上增加了對OPC技術的支持。

本文將OPC技術應用于卷煙機械控制系統中，設計開發具有OPC服務器功能的上位機系統，實現與西門子PLC的以太網通信功能。編寫相應客戶端軟件程序，對工業生產數據進行遠程訪問和過程監控。

1OPC技術

OPC是OPC基金會制定的一個工業標準，以OLE/COM/DCOM技術為基礎,包括一整套接口、屬性和方法的標準集。采用該標準規范后，硬件開發商將取代軟件開發商為自己的硬件產品開發統一的OPC接口程序，軟件開發者也免除了對驅動程序開發的工作，把更多的精力投入到其核心產品的開發上，從而雙方的工作效率得到大大的提高[2]。OPC技術實現采用典型的CLIENT/SERVER模式，其中OPC的服務器是數據的供應方, 收集現場設備的數據信息提供給OPC客戶端應用；OPC客戶端是數據的使用方, 通過標準的OPC接口接收數據信息并進行處理[3]。目前應用最為廣泛的是OPCDA規范,該規范提供了服務器與客戶端之間實時數據的存取方法，并提供有多種訪問方式。規范中定義了3類對象:服務器對象(Server)、組對象(Group)和項對象(Item)[2]。一個OPC客戶端可以與多個OPC服務器同時進行通信，多個 OPC 客戶端也可以同時與一個 OPC 服務器通信。與傳統控制系統相比，其數據傳輸處理過程更為靈活有效。

2卷煙機械系統總體結構

人機交互系統是卷接機組的人機對話界面，即上位機系統。系統交互軟件主要與PLC、SRM(重量控制系統)、CIS(檢測系統)、故障顯示器進行通信完成采集和設置卷接機組的生產管理數據[4]。文中提出的OPC技術的卷接機組上位機系統采用工業總線+以太網的模式，可進行實時通信和實時數據查詢。將PC站配置成OPC服務器，并開發另一端PC(HOST)上應用軟件(即OPC客戶端)去訪問OPC服務器，從而實現客戶端與PLC間的通信。該系統軟件與SRM、CIS、故障顯示器的通信采用CAN總線模式，與PLC通信采用ETHERNET總線通訊接口。設計總體結構如圖1所示。

圖1　總體結構設計圖

設計主要針對煙機生產運行狀態及機器故障報警情況進行實時信息采集，通過OPC技術從卷接機組控制設備采用的PLC控制器中獲取控制過程的狀態數據，選定需要的原始數據，生成狀態及故障信息報表，從而對運行情況進行準確的跟蹤和判斷。一個HOST可與多個卷接機組服務器相連,以便生產操作人員集中監控，避免設備故障產生的不良影響。

3OPC技術的應用設計

系統采用的主控PLC為S7-400系列CPU414控制器，通過專用通信模塊CP343建立與上位機系統的以太網連接。西門子公司推出的Simatic Net軟件在工業控制層提供一個開放的、多元的通信系統，具備OPC服務器功能，因此上位機系統使用西門子提供的PC Access OPC作為OPC服務器。配置上位機系統IP地址及OPC服務器的DCOM，利用組態軟件獲得PLC 中的I/O點和DB存儲區內的數據。其次，實現上位機客戶端的開發，通過OPC接口協議，建立OPC客戶端與服務器之間的通信連接。如圖2所示，客戶端和OPC服務器通信是基于DCOM對象實現的[5]。

圖2　OPC技術實現結構圖

3.1OPC服務器與PLC通信的組態

要實現OPC服務器與PLC之間實時通信，首先需要通過組建工業以太網來實現TCP/IP協議通信，所以需要完成對OPC服務器的硬件組態。其中硬件組態的建立和配置利用SIMATIC NET和STEP7軟件來實現[6]，步驟如下：

(1)PC站的硬件機架配置。添加OPC Server和IE General；在本地連接中設置網卡參數，把PC作為以太網的一個站點，即PC station。

(2)控制臺的使用與設置。在Access Points設定窗口中，將S7-online指向PC-internal(local)。

(3)在STEP 7中組態PC Station。在SIMATIC Manager中創建一個新項目，建立一個PC站；確認硬件組態及組態參數；設置與步驟(1)相對應的以太網絡參數；OPC Server建立一個“S7 connection”新連接；編譯存盤。

(4)組態下載。確認所有配置，將所定義的Item嵌入到OPC Scout中。如Quality顯示為“good”，則表明OPC Server與PLC之間已經建立連接。

3.2OPC應用程序開發

在Visual Basic環境下, 遵循OPC數據訪問規范主要完成兩個功能：其一是通過OPC接口實現對OPC服務器的連接，進而實現對實時數據的讀取和查詢；其二是根據集中監控需求對數據以可視化界面形式進行顯示，實時將數據存儲在實時數據庫(ACCESS)中。OPC客戶端程序與OPC服務器的數據通信流程如圖3所示,主要由連接服務器、建立OPC組、讀數據和寫數據等功能塊組成。本設計采用異步通信方式[7]，在程序中構造了OPC服務器對象、OPC組對象以及OPC項對象。

圖3　OPC客戶端訪問服務器的流程框圖

為了監管的簡單便捷，根據現場需求設計可視化界面，建立ACCESS數據庫實時反映卷接機組設備生產運行情況[8]，其結構框圖如圖4所示。

圖4　軟件結構設計圖

4設備運行效果

上位機軟件集成OPC數據服務器，軟件啟動時，OPC服務即隨之啟動。OPC服務器程序以OPC DA2.0標準發布生產數據，可以使用任何支持OPC DA2.0及以上協議的客戶端軟件連接服務器，操作人員可以通過打開客戶端軟件遠程觀察實時生產運行情況界面。如圖5、圖6所示。

圖5　實時生產信息界面

圖6　實時報警信息界面

實時生產信息界面顯示最重要的生產數據，如小時報告、停機記錄、停機分析、運行狀態、消耗統計、報警信息等。每一次停機報警都記錄報警發生時間和結束時間。歷史報警是一種循環的數據庫，用于存放預先定義好數目的報警信息。

5結束語

本文將OPC技術融入到卷煙機械控制系統中，介紹了開發基于OPC技術的 PLC上位機系統的實現過程及客戶端程序實現。運行結果表明，該系統實現了對卷接機組設備信息的交互和關鍵數據的實時采集、監測與報警，從而提高了設備生產效率和企業效率，為今后的數據分析、生產管理等提供一定保障。

參考文獻

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[2] 李南,薛孝存,王大海，等.淺談OPC技術[J].中國儀器儀表,2003(1):5-7.

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[5] 張俊彪,王鴻輝,何長安.基于OPC Server的PC與S7-300/ 400的通信[J]. 電力自動化設備,2007，27(4)：83-86.

[6] 西門子(中國)自動化與驅動集團.通過ETHERNET建立SIMATIC NET OPC服務器與PLC的S7連接[Z]. 北京:2005.

[7] 何海江.OPC客戶端關鍵技術的實現[J].微計算機信息，2003，19(7)：76-78.

[8] 黃征,呂勁松,曾爾陽.基于OPC技術的集散控制系統的實現[J].煙草科技,2012，45(7)：32-35.

中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.13.001

(收稿日期：2016-03-08)

作者簡介：

任科明(1987-)男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：煙草機械設備產品研發。

文韜 (1989-)男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：煙草機械設備產品研發。

Design and implementation of OPC technology for cigarette machine system

Ren Keming，Wen Tao

(Changde Tobacoo Machinery Co.,Ltd., Changde 415000,China)

Abstract:Aiming at the intelligent reform of cigarette machine equiqment, and in order to meet the real-time centralized monitoring and control function for multi-group devices, a design of OPC function for PC system is proposed. This paper introduces the realization process of communication between OPC Server and Siemens PLC through Ethernet in detail. Though implementation of OPC client program and the establishment of real-time databases, the objective of field PLC data interactive access and remote control can be achieved. The practical running results show that this system is stable and reliable. It is convenient for the production personnel to monitor the unit, to avoid the bad influence caused by the failure of the equipment and improve the production efficiency.

Key words:OPC Server; OPC client; cigarette machine; PLC