摘 要: 工業(yè)自動(dòng)化正朝著企業(yè)綜合自動(dòng)化, 管理控制一體化的方向發(fā)展。如何利用信息集成技術(shù)與實(shí)時(shí)控制技術(shù), 充分發(fā)揮設(shè)備這一資源的重要作用是安全、優(yōu)質(zhì)、低成本、高利潤(rùn)的關(guān)鍵。本文的主要的研究工作是開(kāi)發(fā)一套基于OPC技術(shù)的開(kāi)放式玻纖物流線控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵字: 工業(yè)控制, OPC, 現(xiàn)場(chǎng)總線 1 引言 　　在當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下,工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)己在逐漸完成由集中式向分布式的轉(zhuǎn)換。由于在多服務(wù)器與工作站的分布式系統(tǒng)中,通常是通過(guò)局域網(wǎng)來(lái)形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。這樣,就可利用增加服務(wù)器或工作站作為新的結(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完善和增強(qiáng)功能。OPC技術(shù)是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的最新發(fā)展,將它應(yīng)用于FCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式FCS系統(tǒng)。FCS系統(tǒng)是一種重要的過(guò)程控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)FCS系統(tǒng)的開(kāi)放性和互操作性是工業(yè)自動(dòng)化軟件的發(fā)展方向。利用VB高級(jí)編程語(yǔ)言、西門(mén)子公司強(qiáng)大的編程組態(tài)軟件STEP 7及SIMATIC NET軟件,開(kāi)發(fā)了基于OPC技術(shù)的玻纖物流線控制系統(tǒng)。 2 PROFIBUS總線的應(yīng)用 　　PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與其它的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相比,具有它自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,為了降低系統(tǒng)成本和簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn),PROFIBUS-DP將其系統(tǒng)中的站點(diǎn)分為三種類(lèi)型:一類(lèi)DP主站（DPM 1）、二類(lèi)DP主站（DPM2）及DP從站。當(dāng)然,這三類(lèi)站點(diǎn)只是從邏輯功能上來(lái)進(jìn)行劃分的,實(shí)際上一個(gè)物理設(shè)備可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)這三種功能,這時(shí)它既是主站也是從站。PROFIBUS-DP提供如下的一些基本的服務(wù)功能: 　　1. 讀取主站診斷信息。 2. 參數(shù)的上下載。 3. 激活總線參數(shù)。 　　4. 讀取從站診斷信息。 5. I/O數(shù)據(jù)交互。 6. 設(shè)置從站參數(shù)。 　　7. 檢驗(yàn)從站組態(tài)信息。 8. 向從站發(fā)布控制命令。 9. 讀從站組態(tài)數(shù)據(jù)。 　　10. 讀取從站I/O數(shù)據(jù)通過(guò)。 11. 設(shè)置從站地址數(shù)據(jù)。 　　PROFIBUS-DP采用兩種傳輸技: RS485與光纖。其數(shù)據(jù)傳輸速率可調(diào),也可以滿足低速要求,也可以滿足高速要求,其最高速率達(dá)到12Mbps,比其它主要的現(xiàn)場(chǎng)總線速率都要高。 　　RS485是一種技術(shù)成熟、廉價(jià)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。它采用雙絞線作為傳輸介質(zhì),其傳輸距離與傳輸速率有關(guān)。在遠(yuǎn)距離傳輸或者電磁干擾嚴(yán)重的應(yīng)用場(chǎng)合,可以采用光纖傳輸技術(shù)。應(yīng)用中繼器可以擴(kuò)展總線段的范圍,應(yīng)用光纖連接模塊可以構(gòu)成電纜與光纖混合的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)連接模塊。 3 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　3.1 系統(tǒng)概述 　　物流系統(tǒng)就是指按準(zhǔn)確的時(shí)間,將準(zhǔn)確的物料,以準(zhǔn)確的質(zhì)量要求,運(yùn)放到準(zhǔn)確的地點(diǎn)所組成的一個(gè)整體,所以物流系統(tǒng)具有很強(qiáng)的時(shí)空性,技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性,是左右現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的重要因素。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì),整個(gè)玻纖物流傳輸系統(tǒng)分成五個(gè)工作單元,分別為拉絲下料單元、烘干爐分配單元、立體庫(kù)存放單元、出庫(kù)絡(luò)紗區(qū)分配單元和空車(chē)處理單元。系統(tǒng)的控制軟件部分要完成從玻纖原絲到玻纖產(chǎn)品的自動(dòng)、半自動(dòng)連續(xù)輸送控制,并解決分類(lèi)儲(chǔ)存及按需分配等相關(guān)問(wèn)題,同時(shí)還要對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、顯示報(bào)警等相關(guān)信息。 　　整個(gè)物流線需要很高的輸送能力。要保證物流線的高輸送能力,除了需要輸送設(shè)備的低故障率外,更需要性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)整個(gè)物流過(guò)程的控制和管理。 根據(jù)系統(tǒng)需求及實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),玻纖物流線自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)方案的思路是采用西門(mén)子公司系列PLC自動(dòng)化產(chǎn)品組成集散控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高水平的自動(dòng)化控制和管理,從而達(dá)到低能耗、可靠穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。在系統(tǒng)配置上充分考慮了系統(tǒng)軟、硬件資源的可擴(kuò)展性,以便在日后需要擴(kuò)充時(shí),在不影響現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行的隋況下,即可將系統(tǒng)擴(kuò)大升級(jí)。 　　3.2物流線工作流程 　　整個(gè)物流傳輸自動(dòng)線由5個(gè)工作單元組成,分別是拉絲下料單元、烘干爐分配單元、立體庫(kù)存放單元、出庫(kù)絡(luò)紗區(qū)分配單元、空車(chē)處理單元。其工作流程如圖1所示: [align=center] 圖1系統(tǒng)工作流程[/align] 　　3.3系統(tǒng)組成 　　系統(tǒng)主要由研華上位工控機(jī)、西門(mén)子S7-400工作站、S7-300智能從站及CP5611采集卡等部分構(gòu)成,見(jiàn)圖2。 [align=center] 圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　整個(gè)控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP模式: 在結(jié)構(gòu)上將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抽象為一個(gè)包括由基礎(chǔ)設(shè)備層、過(guò)程控制層和上位信息管理層組成的三層模型;基礎(chǔ)設(shè)備層包括機(jī)械手和積放式輸送線以及立體庫(kù)的控制PLC、小車(chē)的ID識(shí)別裝置和大量傳感器裝置組成;過(guò)程控制層采用了西門(mén)子57-400 PLC,下掛Profibus-DP網(wǎng),并通過(guò)DP/PA鏈接器將總線儀控設(shè)備接入上位控制工控機(jī),將實(shí)時(shí)通用數(shù)據(jù)集成到上位機(jī)的服務(wù)器。上位信息管理層將控制過(guò)程、信息管理、通信網(wǎng)絡(luò)融為一體,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,有關(guān)人員登陸到上位機(jī)服務(wù)器就可以根據(jù)各自權(quán)限控制到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備的運(yùn)行情況,真正實(shí)現(xiàn)了集中管理,分散控制的目的。 　　基礎(chǔ)設(shè)備層: 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的形式掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上,由帶有功能塊的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。隨著系統(tǒng)所采用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的增多,功能的不斷增強(qiáng),設(shè)備層所能提供的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)也越來(lái)越多。 　　過(guò)渡控制層: 用以監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)使用情況,將采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到信息管理層。過(guò)渡控制層配合并協(xié)調(diào)各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作,為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和過(guò)程操作優(yōu)化提供支撐環(huán)境,使得系統(tǒng)具有更高的控制水平和管理層上位信息管理層。 　　上層應(yīng)用程序不僅參與和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的每一個(gè)步驟,還需要協(xié)調(diào)和管理系統(tǒng)中其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信過(guò)程,檢測(cè)并消除多個(gè)通信過(guò)程相互沖突的情況發(fā)生。 　　3.4系統(tǒng)功能化設(shè)計(jì) 　　在此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,上層的管理功能塊通過(guò)通訊功能塊訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),從而使得系統(tǒng)上層的控制和信息、管理與底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信緊密地結(jié)合在一起,如圖3所示。 [align=center] 圖3通訊示意圖[/align] 　　采用獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)通信功能塊,使系統(tǒng)的上層管理功能塊向現(xiàn)場(chǎng)通信功能塊發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求,獲取所需的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù);現(xiàn)場(chǎng)通信功能塊接收請(qǐng)求,完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集任務(wù),并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)回給管理功能塊。這樣現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信任務(wù)由專(zhuān)門(mén)的設(shè)備通信程序完成,系統(tǒng)的管理層不直接訪問(wèn)系統(tǒng)底層的硬件設(shè)備。因此對(duì)上層管理功能塊而言,不再存在著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備兼容性問(wèn)題,并且系統(tǒng)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信協(xié)議和通信方式的改變,甚至底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的更新、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化都不會(huì)對(duì)管理功能塊造成影響。 　　從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備層、過(guò)程控制層和上位信息、管理層三個(gè)層次的模型中可以看出,在通訊功能塊中存在著兩個(gè)主要通信過(guò)程:設(shè)備層與數(shù)據(jù)層之間的通信,數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層之間的通信,這兩個(gè)通信過(guò)程既緊密聯(lián)系又相互獨(dú)立。設(shè)備層與數(shù)據(jù)層之間的通信主要任務(wù)是采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù),控制和管理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。通訊功能塊在完成此層間的通信功能時(shí),其實(shí)現(xiàn)方式與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信設(shè)備的通信方式、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)。數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層之間的通信,主要任務(wù)是完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理、加工,向管理程序提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳遞和共享。這一層的通訊功能塊的開(kāi)發(fā)需要綜合考慮系統(tǒng)所采用的編程技術(shù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等各個(gè)方面的情況。 　　3.5 通訊功能塊的開(kāi)放性 　　在許多計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的更新升級(jí)頻繁,系統(tǒng)功能任務(wù)變動(dòng)較大。因此保持通訊功能決的開(kāi)放性、模塊化的體系結(jié)構(gòu)是開(kāi)發(fā)通訊功能塊的基本要求。通訊功能塊的開(kāi)放性體現(xiàn)在: 　　1. 通訊功能塊應(yīng)盡可能不受系統(tǒng)硬件變化的影響。 　　2. 通訊功能塊內(nèi)部的各個(gè)模塊應(yīng)相互獨(dú)立。 　　3. 通訊功能塊與上層管理模塊相互獨(dú)立。 　　但是在通訊功能塊的實(shí)際開(kāi)發(fā)中,通信模塊許多功能的實(shí)現(xiàn)可以是基于系統(tǒng)的具體硬件環(huán)境和系統(tǒng)的具體應(yīng)用要求,并不要求所開(kāi)發(fā)的通訊功能塊的開(kāi)放性和通用性能適應(yīng)所有的系統(tǒng)和滿足系統(tǒng)的各種需要。這樣做可以省略掉通訊功能塊中某些用戶并不需要的功能。使軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,開(kāi)發(fā)較為容易、快速,并能滿足用戶具體和特殊的要求。 4 中央控制系統(tǒng)功能分析 　　中央控制系統(tǒng)作為整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的決策級(jí)管理機(jī)構(gòu),其配置是否合理、可靠、直觀等因素直接關(guān)系到物流自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。該系統(tǒng)主要包括控制機(jī)工作站和數(shù)據(jù)服務(wù)器兩大部分。 　　數(shù)據(jù)庫(kù)作為物流線控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分,數(shù)據(jù)庫(kù)的性能直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的性能,在設(shè)計(jì)物流線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),我們主要從以下幾個(gè)方面出發(fā),來(lái)滿足物流線控制對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀取需求。 　　1. 能夠滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。 　　2. 數(shù)據(jù)便于最終用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的可用性,也就是便于最終用戶訪問(wèn)。 　　3. 具有良好的數(shù)據(jù)庫(kù)安全機(jī)制。 　　4. 數(shù)據(jù)庫(kù)整體性能合理。 　　5. 盡可能少地存儲(chǔ)冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn) 　　本文首先對(duì)整個(gè)玻纖物流輸送線的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,然后在此基礎(chǔ)上提出了基于OPC技術(shù)的開(kāi)放式玻纖物流線控制系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。在功能上,集控制與管理與一體;在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上,設(shè)計(jì)了基于OPC技術(shù)的通訊功能模塊,并詳細(xì)的闡述了采用OPC技術(shù)的通訊模塊的原因及其優(yōu)越性能。本文還特別分析了PRFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用,從實(shí)踐上驗(yàn)證這種總線的優(yōu)異性能。最后對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 參考文獻(xiàn): 　　[1] 高建平,基于OPC技一術(shù)的電廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[J],工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2002 （5）: 67-69 　　[2] S.Vitturi. 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