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(chǎng)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、編程使用簡(jiǎn)單、易于控制等特點(diǎn)［1］。但PLC沒(méi)有良好的人機(jī)界面，不便于實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用PLC和PC通信的方法可解決以上問(wèn)題［2］。隨著計(jì)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(yǔ)言LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)。

FX2NPLC與PC間通信方法有多種：有通過(guò)FX-232BD 通信模塊的［3］;有 FX2N-232IF 模塊的［4］;有使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)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(guò) 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(lái)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(guò)程控制的對(duì)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(duì)象模型）/DCOM（分布式部件對(duì)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(dòng)化面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)提供的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［7-8］。OPC技術(shù)被廣泛用來(lái)統(tǒng)一軟件與設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(mén)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(kāi)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(guò)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(dòng)插件程序可從ni.com查看。NI OPC Server與LabVIEW組合而成的單一平臺(tái)可對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行高性能的測(cè)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(cè)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(shí)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(guò)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(kāi)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(jiǎn)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(gè)基本動(dòng)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(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，是提供數(shù)據(jù)交換的場(chǎng)所，作為服務(wù)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)源發(fā)布的數(shù)據(jù)，然后提供給請(qǐng)求的計(jì)算機(jī)［11-12］。

1.3LabVIEW

LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)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(kāi)發(fā)工具。

LabVIEW使用的編程語(yǔ)言為G語(yǔ)言（圖形化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(cè)試、工業(yè)自動(dòng)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(duì)常用工業(yè)協(xié)議（其中包括OPC）的支持。這讓?xiě)?yīng)用程序幾乎能同所有PLC與可編程自動(dòng)化控制器進(jìn)行通信。借助DSC，可以利用少則十余個(gè)、多則數(shù)千個(gè)的標(biāo)簽，交互開(kāi)發(fā)分布式監(jiān)測(cè)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，進(jìn)一步可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yàn)證

下面以一個(gè)由定時(shí)器構(gòu)造的振蕩電路為例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)器T1的設(shè)定值為10×100=1 s，定時(shí)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(hào)后，通過(guò)定時(shí)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(shí)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(huì)出現(xiàn)松動(dòng)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(guò)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(dòng)力特性。同時(shí)，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(duì)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(shí)，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(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 通過(guò)OPC Server Client進(jìn)行讀寫(xiě)

當(dāng) PLC執(zhí)行程序時(shí)，選擇 Tools→OPC Quick Client，就可進(jìn)入OPC Quick Client工作界面，就可以對(duì)PLC的各個(gè)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(shí)，通過(guò) Value→Asynchronous 2.0 Write，還可改變軟元件的當(dāng)前值。如圖6所示，寫(xiě)入輸出端Y0的值為1，此時(shí)PLC上Y0對(duì)應(yīng)的指示燈亮起。

圖2 振蕩電路梯形圖

圖3 振蕩電路時(shí)序圖

圖4 通過(guò)共享變量方式讀取

3.3 通過(guò)共享變量方式實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)

在LabVIEW 2010啟動(dòng)界面中，通過(guò)項(xiàng)目→新建I/O Server→ OPC Client→ Configure OPC Client I/O Server，建立庫(kù)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(gè)變量。最后在LabVIEW連續(xù)運(yùn)行時(shí)，得到的結(jié)果如圖4所示。

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

3.4 通過(guò)Datasocket數(shù)據(jù)綁定方式來(lái)讀寫(xiě)

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(kāi)關(guān)表示（但T1、T2的關(guān)閉并不代表計(jì)時(shí)過(guò)程）。在每個(gè)元件→屬性→數(shù)據(jù)綁定→Datasocket，再通過(guò)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(jì)程序時(shí)，選擇了讀取DataSocket和寫(xiě)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(shí)，需要讀取X0、Y0數(shù)據(jù)時(shí)，推上選擇開(kāi)關(guān)，并在項(xiàng)名稱中選擇X0或Y0，通過(guò)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(shí)，拉下選擇開(kāi)關(guān)，并在項(xiàng)名稱中選擇T1或T2，通過(guò)“讀取的數(shù)據(jù)”即可讀取T1或T2計(jì)時(shí)值。

圖5 讀取Y0的數(shù)據(jù)

3.4.2 寫(xiě)入數(shù)值

當(dāng)PLC在STOP狀態(tài)下，可以寫(xiě)入部分軟元件數(shù)值，以Y0為例，推上是否寫(xiě)入選擇開(kāi)關(guān)，點(diǎn)擊“寫(xiě)入”指示燈后燈亮起，隨之PLC對(duì)應(yīng)Y0對(duì)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)共享變量的功能。如圖7所示為通過(guò)分布式系統(tǒng)管理器讀取Y0的數(shù)據(jù)。

圖6 寫(xiě)入Y0值

圖7 分布式系統(tǒng)管理器讀取Y0值

4 結(jié)語(yǔ)

以NI OPC Servers為基礎(chǔ)，可以通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)FX2N-48MR PLC與PC間的數(shù)據(jù)通信。實(shí)驗(yàn)證明，這四種數(shù)據(jù)通信方式具備，且具有可行性、操作簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)。

（References）：

［1］ 李紅梁.基于OPC的PC與PLC實(shí)時(shí)通訊的LabView實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2003（12）：115-118.

LI Hong-liang.Implementation of OPC-based Communication between PC and PLC on LabView Platform ［J］.Application Research of Computers，2003（12）：115-118.

［2］ 郁漢琪，盛黨紅，鄧東華.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2003.

［3］ 顏志國(guó)，沈天明，金 潔.基于VB的PLC串口通訊在背散射人體檢查儀動(dòng)作控制中的應(yīng)用［J］.警察技術(shù)，2010（5）：61-64.

YAN Zhi-guo，SHEN Tian-ming，JIN Jie.Application of PLC Serial Communication in the Backscattering Body Chek Control Instrument Based on VB［J］.Police Technology，2010（5）：61-64.

［4］ 俞紅衛(wèi)，楊 靜，顧站松.FX2N型PLC與PC機(jī)的串行通信［J］.電氣自動(dòng)化，2004，26（5）：37-38，49.

YU Hong-wei，YANG Jing，GU Zhan-song.Serial Communication between PC Computer and FX2NPLC［J］.Electrical Automation，2004，26（5）：37-38，49.

［5］ 張 暉.基于LabVIEW的FX2N型PLC與計(jì)算機(jī)通信實(shí)現(xiàn)［J］.自動(dòng)化博覽，2008（8）：78-80.

ZHANG Hui.Design and Implementation of Identification for SIP System Based on LabVIEW［J］.Automation Panorama，2008（8）：78-80.

［6］ 鄢華林，邱月全.VB6.0環(huán)境下三菱FX系列PLC與上位機(jī)的串行通信［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2010（5）：122-124.

YAN Hua-lin，QIU Yue-quan.Serial Communication Between FX Series of Mitsubishi PLC and Host Computer Based on VB6.0 ［J］.Computer and Modernization，2010（5）：122-124.

［7］ 楊 芷，魯五一，熊紅云.基于OPC技術(shù)的LabVIEW與PLCs通訊［J］.長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6（2）：62-65.

YANG Zhi，LU Wu-yi，XIONG Hong-yun.TheCommunication Between LabVIEW and PLC Based on OPC［J］.Journal of Changsha Aeronautical Vocational and Technical College，2006，6（2）：62-65.

［8］ 石靈丹，華 斌，朱歆州，等.基于OPC技術(shù)的PC與西門(mén)子PLC的實(shí)時(shí)通訊［J］.船電技術(shù)，2011，31（1）：9-12.

SHI Ling-dan，HUA Bin，ZHU Xin-zhou，WU Ming.Real-time Communication Between PC and Siemens PLC Based on OPC［J］.Marine Electric ＆ Electronic Engineering，2011，31（1）：9-12.

［9］ 曾珞亞.基于OPC技術(shù)的PLC與LabView通信實(shí)現(xiàn)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2009，25（16）：52-53，128.

ZENG Luo-ya.Realization of Data Communication based on OPC Technology between PLC and LabView ［J］.Microcomputer Information，2009，25（16）：52-53，128.

［10］ 徐慶坤，王軍偉，毛建偉.基于NI OPC Servers實(shí)現(xiàn)PC與PLC實(shí)時(shí)通訊［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013，26（7）：51-52.

XU Qing-kun，WANG Jun-wei，MAO Jian-wei.Implementation of NI OPC-based Real-time Communication Between PC and PLC［J］.Industrial Control Computer，2013，26（7）：51-52.

［11］ 林 鵬，溫響東.基于DataSocket技術(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（5）：68-70.

LIN Peng，WEN Xiang-dong.Construction of Network Virtual Lab on DataSocket Technique［J］.Research and Exploration in Laboratory，2008，27（5）：68-70.

［12］ 蔣朝陽(yáng)，祝 陳.基于DataSocket的虛擬儀器技術(shù)在設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷中的應(yīng)用［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（5）：64-65.

JIANG Zhao-yang，CHEN Zhu.Application of Virtual Instrument Technology in Remote Condition Monitoring and Fault Diagnosis Based on DataSocket［J］.Digital Technology and Application，2012（5）：64-65.

［13］ 彭 勇，潘曉燁，謝龍漢.LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)與分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［14］ 俞 梅，孫 娜，唐明新.基于LabVIEW DSC的監(jiān)控軟件的應(yīng)用研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（3-1）：88-90.

YU Mei，SUN Na，TANG Ming-xin.Application Rearch of the SCADA Software Based on Lab VIEW DSC［J］.Microcomputer Information，2007，23（3-1）：88-90.

［15］ 柳 劍，陳於學(xué)，楊曙年.基于編程口的三菱PLC與PC機(jī)串行通信實(shí)現(xiàn)［J］.自動(dòng)化儀表，2010，31（11）：31-33，37.

LIU Jian，CHEN Yu-xue，YangShu-nian.ImplementingSerial Communication between PC and MITSUBISHI PLC Based on Selfcontained Programming Port［J］. Process Automation Instrumentation，2010，31（11）：31-33，37.