基于OPC技術(shù)的上位機(jī)與S7—300的通信研究

摘要：西門子S7-300 PLC通信接口只有多點(diǎn)接口MPI和分布式外設(shè)接口DP，分別使用MPI協(xié)議和Profibus協(xié)議。但是這兩種協(xié)議不公開，增加了該系列PLC與上位機(jī)通信的難度。文章介紹了采用OPC技術(shù)通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與S7-300 PLC實(shí)時(shí)通信的具體方法，同時(shí)運(yùn)用VB6.0開發(fā)OPC客戶端程序和監(jiān)控界面，并將該方案成功應(yīng)用到自動(dòng)化集裝箱碼頭監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：OPC技術(shù)；S7-300；工業(yè)以太網(wǎng)；Visual Basic 6.0；自動(dòng)化集裝箱碼頭；上位機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

1 概述

在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，采用PC作為上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，以PLC控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是較常見的系統(tǒng)構(gòu)建方式。因此，如何解決上位機(jī)與PLC之間的實(shí)時(shí)通信是自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的重點(diǎn)之一。開放式過程控制（OPC）技術(shù)是一種過程控制領(lǐng)域非常流行的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，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(yīng)用程序之間的標(biāo)準(zhǔn)化的接口協(xié)議，它可以顯著地增強(qiáng)過程控制領(lǐng)域中的控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、管理應(yīng)用程序之間的互操作性，為實(shí)時(shí)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)提供一條高效、可靠的新途徑。

2 上位機(jī)與S7-300通信的實(shí)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(wù)器（OPC.SimaticNET）；STEP7，用于SIEMENS PLC S7-300的編程和OPC服務(wù)器與S7-300連接通信的組態(tài)。Visual Basic 6.0，用于上位機(jī)編程，編寫OPC服務(wù)器客戶端應(yīng)用程序。

硬件配置：普通PC機(jī)、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(wǎng)通信模塊、網(wǎng)絡(luò)雙絞線。其中CP343-1以太網(wǎng)通信模塊用于實(shí)現(xiàn)PC與PLC以太網(wǎng)通信。此外，PC機(jī)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。

2.2 OPC服務(wù)器與S7-300連接通訊的組態(tài)

采用OPC技術(shù)，上位機(jī)與S7-300之間即可通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。通過工業(yè)以太網(wǎng)建立OPC服務(wù)器與PLC的連接是建立通信的前提，因此，在設(shè)計(jì)客戶端應(yīng)用程序之前需要完成OPC服務(wù)器的硬件組態(tài)。

OPC服務(wù)器與S7-300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(jī)架。添加OPC Server和IE General；進(jìn)行網(wǎng)卡參數(shù)配置，選擇本地連接屬性菜單設(shè)置網(wǎng)卡參數(shù)，并設(shè)置PC Station的名稱。

2.2.2 配置控制臺(tái)的使用與設(shè)置。在Access Points設(shè)定窗口中，將S7ONLINE指向PCinternal（local）。配置控制臺(tái)的組態(tài)可為后續(xù)下載PC站組態(tài)做準(zhǔn)備。

2.2.3 在STEP 7中組態(tài)PC Station。在SIMATIC Manager中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目并插入一個(gè)PC站，更改PC Station默認(rèn)名稱；硬件組態(tài)；配置普通以太網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；OPC Server建立一個(gè)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(cè)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。

2.3 OPC應(yīng)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(shí)，OPC應(yīng)用程序的返回必須在OPC服務(wù)器對(duì)應(yīng)的全部操作完成以后，在此期間OPC應(yīng)用程序一直處于等待狀態(tài)；異步通訊時(shí)，OPC應(yīng)用程序不用等待操作后立刻返回，同時(shí)還可以進(jìn)行其他操作。當(dāng)OPC服務(wù)器完成操作后再通知OPC應(yīng)用程序。因此相對(duì)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(wù)器和大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。因此，該設(shè)計(jì)采用異步通信方式。

VB采用可視化的圖形用戶界面（GUI）、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想、事件驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)制和結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，具有簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大、界面豐富、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。因此本方案運(yùn)用VB設(shè)計(jì)OPC應(yīng)用程序。

2.3.1 引用OPCDAAuoto.DLL文件，并選擇OPC Automation 2.0；在OPC應(yīng)用程序開始定義全局變量，包括OPC服務(wù)器、組集合、標(biāo)簽集合、服務(wù)器句柄、事務(wù)標(biāo)識(shí)符、取消標(biāo)識(shí)符。為使被聲明的對(duì)象變量引用可以響應(yīng)事件，必須在聲明中加上“WithEvents”語句。

2.3.2 連接OPC服務(wù)器并建立OPC組；添加OPC項(xiàng)標(biāo)識(shí)符。項(xiàng)標(biāo)識(shí)符的數(shù)量與實(shí)際所需訪問的S7-300的變量數(shù)量相一致，并一一對(duì)應(yīng)。

2.3.3 定義定時(shí)器事件調(diào)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(jī)傳送的信息實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；調(diào)用DataChange事件監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)。

3 應(yīng)用實(shí)例

運(yùn)用上述通信方案，本文以自動(dòng)化集裝箱碼頭的仿真模型為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化集裝箱碼頭監(jiān)控系統(tǒng)。該模型中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要有六大部分：遠(yuǎn)端場(chǎng)橋岸橋、場(chǎng)橋、地面小車、低橋旋轉(zhuǎn)吊、低橋小車，各部分又都有幾個(gè)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。將傳感器安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PLC對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集處理并傳送給監(jiān)控系統(tǒng)。最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，以指示燈、方向標(biāo)識(shí)、文字等形式直觀顯示在監(jiān)控界面。此外，報(bào)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(bào)警信息工作人員可以第一時(shí)間消除故障，同時(shí)可以對(duì)歷史報(bào)警信息進(jìn)行的詳細(xì)分析以便對(duì)系統(tǒng)加以改進(jìn)。因此，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控界面添加了報(bào)警記錄界面并在其中設(shè)置了打印功能，從而可以方便地打印歷史報(bào)警信息。

綜上所述，自動(dòng)化集裝箱碼頭監(jiān)控系統(tǒng)界面分別設(shè)計(jì)了任務(wù)計(jì)劃、電氣狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警記錄四個(gè)分界面。

4 結(jié)語

OPC技術(shù)為上位機(jī)與PLC的通信提供了極大的方便；VB語言易于編程使用，為實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)的通信提供了簡(jiǎn)化的開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)節(jié)約了使用組態(tài)軟件所需的開發(fā)成本。實(shí)驗(yàn)證明，以O(shè)PC技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC S7-300的通信為基礎(chǔ)，開發(fā)的自動(dòng)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(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。按照上述方案運(yùn)用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與S7-300的通信，采用VB軟件所設(shè)計(jì)的人機(jī)界面監(jiān)控平臺(tái)還可應(yīng)用到其他的工業(yè)控制設(shè)備，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：張寧（1985-），女，山東濟(jì)寧人，濟(jì)寧技師學(xué)院助理講師，碩士。

（責(zé)任編輯：周 瓊）