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淺談基于OPC技術的上位機與S7300的通信研究論文
1概述
在工業(yè)自動化控制領域，采用PC作為上位機進行監(jiān)控，以PLC控制現(xiàn)場設備是較常見的系統(tǒng)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(tǒng)設計開發(fā)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(shù)據(jù)交換技術，它的出現(xiàn)解決了各儀器接口不統(tǒng)一而無法互聯(lián)的問題。OPC是一種連接硬件裝置或軟件數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)源與過程控制客戶應用程序之間的標準化的接口協(xié)議，它可以顯著地增強過程控制領域中的控制系統(tǒng)、現(xiàn)場設備、管理應用程序之間的互操作性，為實時綜合監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)提供一條高效、可靠的新途徑。
2上位機與S7-300通信的實現(xiàn)
2.1軟件和硬件的配置
軟件配置：SIMATIC NET，用于通信組態(tài)并配置OPC服務器(OPC.SimaticNET);STEP7，用于SIEMENS PLCS7-300的編程和OPC服務器與S7-300連接通信的組態(tài)。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、CPU315-2DP CPU模塊、DO 32xDC輸出模塊，DI 32xDC輸入模塊，CP343-1以太網(wǎng)通信模塊、網(wǎng)絡雙絞線。其中CP343-1以太網(wǎng)通信模塊用于實現(xiàn)PC與PLC以太網(wǎng)通信。此外，PC機上還需要安裝工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)卡或直接使用普通網(wǎng)卡。
2.2OPC服務器與S7-300連接通訊的組態(tài)
采用OPC技術，上位機與S7-300之間即可通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)實時通信。通過工業(yè)以太網(wǎng)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(tài)。
O P C 服務器與S 7 - 3 0 0 連接通訊的硬件組態(tài)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(wǎng)卡參數(shù)配置，選擇本地連接屬性菜單設置網(wǎng)卡參數(shù)，并設置PC Station的名稱。
2 . 2 . 2 配置控制臺的使用與設置。在A c c e s sP o i n t s 設定窗口中， 將S 7 O N L I N E 指向P C i n t e r n a l(local)。配置控制臺的組態(tài)可為后續(xù)下載PC站組態(tài)做準備。
2.2.3在STEP 7中組態(tài)PC Station。在SIMATICManager中創(chuàng)建一個新項目并插入一個PC站，更改PCStation默認名稱;硬件組態(tài);配置普通以太網(wǎng)絡參數(shù);OPC Server建立一個新連接“S7 connection”;編譯存盤。
2.2.4組態(tài)下載。
2.2.5數(shù)據(jù)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(jīng)建立連接。
2.3OPC應用程序開發(fā)
OPC規(guī)范規(guī)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(tài);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(shù)據(jù)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O P C D A A u o t o . D L L 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(shù)量與實際所需訪問的S7-300的變量數(shù)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(shù)據(jù)信息傳送給S7-300，從而使PLC根據(jù)上位機傳送的信息實時控制現(xiàn)場設備;調用DataChange事件監(jiān)控現(xiàn)場設備的狀態(tài)。
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(jiān)控系統(tǒng)。該模型中的現(xiàn)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(zhí)行機構。將傳感器安裝在執(zhí)行機構，PLC對傳感器的信號進行采集處理并傳送給監(jiān)控系統(tǒng)。最終執(zhí)行機構的狀態(tài)，以指示燈、方向標識、文字等形式直觀顯示在監(jiān)控界面。此外，報警信息的采集和保存也是監(jiān)控系統(tǒng)非常重要的功能。根據(jù)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(tǒng)加以改進。因此，本文設計的監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)界面分別設計了任務計劃、電氣狀態(tài)、運行狀態(tài)、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(xiàn)PLC與上位機的通信提供了簡化的開發(fā)平臺，同時節(jié)約了使用組態(tài)軟件所需的開發(fā)成本。實驗證明，以OPC技術實現(xiàn)上位機與PLC S7-300的通信為基礎，開發(fā)的自動化集裝箱碼頭監(jiān)控系統(tǒng)，功能都能夠滿足規(guī)范要求，經(jīng)運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達到了設計目標。按照上述方案運用OPC技術實現(xiàn)上位機與S7-300的通信，采用VB軟件所設計的人機界面監(jiān)控平臺還可應用到其他的工業(yè)控制設備，在工業(yè)自動化控制領域具有一定的應用價值。
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