1、引言

PLC（可編程控制器）是一種成熟的工業(yè)控制器。PLC可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。

既然PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域具有如此舉足輕重的地位，具有其他控制器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而LabVIEW在測(cè)控軟件開(kāi)發(fā)方面也有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，因此將PLC作為控制系統(tǒng)的核心，利用LabVIEW開(kāi)發(fā)系統(tǒng)控制軟件，結(jié)合各自的特點(diǎn)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，就可以開(kāi)發(fā)一套功能強(qiáng)大、高效可靠的控制系統(tǒng)。

下面將詳細(xì)介紹OPC技術(shù)以及在LabVIEW環(huán)境下如何利用DSC模塊實(shí)現(xiàn)西門(mén)子PLC和PC機(jī)通訊的過(guò)程。

2、OPC技術(shù)

OPC以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶(hù)/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)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶(hù)機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開(kāi)發(fā)商將取代軟件開(kāi)發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開(kāi)發(fā)者可以免除開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，從而提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和互操作性。

OPC可以作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一種數(shù)據(jù)接口規(guī)范，所以它可以提升控制系統(tǒng)的功能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的兼容性。采用OPC技術(shù)，便于系統(tǒng)的組態(tài)，將系統(tǒng)復(fù)雜性大大簡(jiǎn)化，可以大大縮短軟件開(kāi)發(fā)周期，提高軟件運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)升級(jí)與維護(hù)。

3、通訊的實(shí)現(xiàn)

3.1、系統(tǒng)的軟、硬件配置

軟件配置為：SIMATICStep7V5.4，SIMATICNETPCSOFTWAREV6.2SP1，LabVIEW8.2。Step7和SIMATICNETPCSOFTWAREV6.2SP1用于對(duì)西門(mén)子PLC進(jìn)行編程并組態(tài)OPCServer；LabVIEW8.2用于PC機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序的編寫(xiě)。

硬件配置為：PC機(jī)，SiemensPLC-300（CPU-3152DP），以太網(wǎng)通訊模塊，數(shù)字輸入/輸出模塊，模擬輸入/輸出模塊，存儲(chǔ)卡，編程線纜，普通自適應(yīng)以太網(wǎng)卡，網(wǎng)線。

針對(duì)以上軟硬件配置，結(jié)合以太網(wǎng)的通訊優(yōu)勢(shì)，考慮最簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，PC機(jī)與PLC通訊硬件連接如圖1所示。

圖1PC機(jī)與PLC通訊硬件連接

3.2、基于以太網(wǎng)的S7-300PLC與OPCServer通訊的組態(tài)

這里要建立的OPCServer與PLC的連接是以SIMATICNET為基礎(chǔ)的，SIMATICNET是西門(mén)子在工業(yè)控制層面上提供的一個(gè)開(kāi)放的，多元的通訊系統(tǒng)。它能將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC、工作站和個(gè)人電腦聯(lián)網(wǎng)通訊，為了適應(yīng)自動(dòng)化工程中的種類(lèi)多樣性，SIMATICNET推出了多種不同的通訊網(wǎng)絡(luò)，這些通訊網(wǎng)絡(luò)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

我們可以先在PC機(jī)上建立OPC服務(wù)器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)、Profibus、Profinet、Canbus等），OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)就可以與西門(mén)子PLC中的數(shù)據(jù)建立起互為映像的關(guān)系。

3.2.1、配置PC站硬件機(jī)架

當(dāng)SIMATICNET軟件成功安裝后，即可通過(guò)點(diǎn)擊StationConfigurationEditor進(jìn)入配置窗口。選擇一號(hào)插槽，點(diǎn)擊Add按鈕添加，在添加組件窗口中選擇OPCServer點(diǎn)擊OK即完成。同樣方法選擇三號(hào)插槽添加IEGeneral。插入IEGeneral后，即彈出其屬性對(duì)話框。點(diǎn)擊NetworkProperties，進(jìn)行網(wǎng)卡參數(shù)配置。點(diǎn)擊NetworkProperties后，Windows網(wǎng)絡(luò)配置窗口即打開(kāi)，選擇本地連接屬性菜單設(shè)置網(wǎng)卡參數(shù)，設(shè)置IP地址和子網(wǎng)掩碼。點(diǎn)擊StationName按鈕，指定PC站的名稱(chēng)，這里命名為E_OPC。

3.2.2、配置控制臺(tái)（ConfigurationConsole）

配置控制臺(tái)是組態(tài)設(shè)置和診斷的核心工具，用于PC硬件組件和PC應(yīng)用程序的組態(tài)和診斷。正確完成PC站的硬件組態(tài)后，打開(kāi)配置控制臺(tái)（start→simatic→simaticnet→Configurationconsole），可以看到所用以太網(wǎng)卡的模式已從PGmode切換到Configurationmode，插槽號(hào)（Index）也自動(dòng)指向3。在AccessPoints設(shè)定窗口中，將S7ONLINE指向PCinternal（local）。此設(shè)定是為PC站組態(tài)的下載做準(zhǔn)備。

3.2.3、在Step7中組態(tài)PCStation并下載到PLC中

打開(kāi)SIMATICManager，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，如“E_OPC”。通過(guò)Insert→Station→SimaticPcStation插入一個(gè)PC站。雙擊Configuration即可進(jìn)入PCStation組態(tài)界面。

在硬件組態(tài)中，從硬件目錄窗口選擇與已安裝的Simaticnet軟件版本相符的硬件插入到與在StationConfigurationEditor配置的PC硬件機(jī)架相對(duì)應(yīng)的插槽中。

點(diǎn)擊IEGeneral屬性對(duì)話框中Properties按鈕打開(kāi)以太網(wǎng)接口參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，按要求設(shè)置以太網(wǎng)卡的IP地址和相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼。IP地址應(yīng)與實(shí)際硬件所設(shè)以太網(wǎng)卡IP地址一致。并用New按鈕建立一個(gè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)。確認(rèn)所有組態(tài)參數(shù)，完成網(wǎng)卡設(shè)置。

完成PC站組件設(shè)置后，按下編譯存盤(pán)按鈕確定且存儲(chǔ)當(dāng)前組態(tài)配置，編譯無(wú)誤后，點(diǎn)擊ConfigureNetwork按鈕，進(jìn)入NetPro配置窗口。

在NetPro網(wǎng)絡(luò)配置中，用鼠標(biāo)選擇OPCServer后在連接表第一行鼠標(biāo)右鍵插入一個(gè)新的連接。

確認(rèn)所有配置后，已建好的S7連接就會(huì)顯示在連接列表中。點(diǎn)擊編譯存盤(pán)，如得到Noerror的編譯結(jié)果，則正確組態(tài)完成，如圖2所示。

圖2正確組態(tài)完成后的NetPro窗口

完成PC站組態(tài)后，即可在NetPro窗口點(diǎn)擊功能按鈕欄中下載按鈕將組態(tài)下載到PC站中。下載完成后，可以打開(kāi)StationConfigurationEditor窗口檢查組件狀態(tài)。

3.3、PC機(jī)通過(guò)LabVIEW與S7-300PLC實(shí)時(shí)通訊的實(shí)現(xiàn)

PC機(jī)通過(guò)LabVlEW與OPCServer進(jìn)行通訊有三種方法：

1）通過(guò)ActiveX自動(dòng)化接口實(shí)現(xiàn)對(duì)OPCServer的訪問(wèn)；

3.3.1、LabVIEWDSC模塊介紹

DSC（dataloggingandsupervisorycontrol）數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控模塊專(zhuān)為分布式數(shù)據(jù)獲取與監(jiān)控（supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA）系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能輕松與OPCServer通訊，也能生成自己的OPCServer。此外還有很多SCADA常用功能。例如基于配置的警報(bào)和事件。應(yīng)用程序的用戶(hù)級(jí)安全機(jī)制，分布式監(jiān)測(cè)和控制的圖形化開(kāi)發(fā)，實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)追蹤，內(nèi)置聯(lián)網(wǎng)便于與第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)共享和集成，分布式數(shù)據(jù)記錄的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)等。

3.3.2、利用LabVIEWDSC實(shí)現(xiàn)對(duì)OPCServer的訪問(wèn)

LabVIEW8.2DSC通過(guò)引用共享變量與OPC標(biāo)簽連接的方法。共享變量可以與本地或網(wǎng)絡(luò)上任何一臺(tái)電腦上的OPC標(biāo)簽綁定。當(dāng)綁定好后，用戶(hù)只需要把共享變量當(dāng)作普通變量一樣操作就可以了。

通過(guò)共享變量讀取OPC標(biāo)簽值有幾種方法：直接將共享變量拖到前面板直接綁定運(yùn)行或者拖到后面板當(dāng)成變量進(jìn)行編程，這兩種方法使用起來(lái)很簡(jiǎn)便，但是在變量多時(shí)，不利于變量的管理；還有一種就是利用DSC模塊提供的事件方法。

采用事件驅(qū)動(dòng)方法（如圖3所示）的好處是：一方面，程序不需要像輪詢(xún)那樣去不斷讀取OPC標(biāo)簽值，而只是當(dāng)OPC標(biāo)簽值變化時(shí)才觸發(fā)相應(yīng)的處理程序；另一方面，Library中的共享變量不論多少，我們的程序都無(wú)需作任何改動(dòng)，就能將所有的OPC標(biāo)簽值讀到同一數(shù)組中，再對(duì)該數(shù)組進(jìn)行索引即可得到相應(yīng)的各變量值，因此這種方法效率最高。

圖3利用事件驅(qū)動(dòng)方式讀取OPC標(biāo)簽值的程序

4、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于OPC技術(shù)的PC機(jī)通過(guò)LabVIEW實(shí)現(xiàn)與西門(mén)子PLC的通訊。給出了相關(guān)組態(tài)配置流程以及事件驅(qū)動(dòng)法的LabVIEW源程序。該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于某控制系統(tǒng)改進(jìn)項(xiàng)目中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，效果良好。

通過(guò)這次的開(kāi)發(fā)調(diào)試工作，對(duì)OPC技術(shù)及西門(mén)子PLC、LabVIEWDSC模塊都有了更進(jìn)一步深入的了解，為以后的設(shè)計(jì)工作積累了經(jīng)驗(yàn)。相信LabVIEWDSC及OPC技術(shù)在工業(yè)分布式控制領(lǐng)域?qū)缪菰絹?lái)越重要的角色。

2）通過(guò)NI的DataSocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)與OPCServer的通訊；

3）利用LabVIEWDSC模塊與OPCServer通訊。

其中前兩種方法只適合與少量點(diǎn)數(shù)的OPC標(biāo)簽連接。因?yàn)樾枰帉?xiě)多段重復(fù)代碼或是通過(guò)For循環(huán)來(lái)讀寫(xiě)，因此當(dāng)點(diǎn)數(shù)增多時(shí)會(huì)降低讀寫(xiě)速度并讓系統(tǒng)變得不利于維護(hù)。通過(guò)DSC模塊內(nèi)建的與OPCServer通訊的機(jī)制，不僅編程變得相當(dāng)容易，而且其編程規(guī)模和讀寫(xiě)速度皆不受點(diǎn)數(shù)的限制。鑒于實(shí)際系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)很多，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，我們選擇了第三種方法。