OPC通讯 篇1
为了及时掌握井下各掘进工作面的通风情况, 孙村煤矿决定对全矿局部通风进行实时监测。在地面可及时监控各巷道的环境温度、通风量、风速、瓦斯浓度、通风机电压电流等参数[1]和故障信息, 实现集数据采集、监控、PLC控制于一体的巷道自动化监控系统, 提高煤矿生产的安全性。
1系统组成
该系统主要由地面集控中心、光纤交换机、隔爆型光端机、掘进工作面智能通风控制子站、各类传感器及局部通风机等部分组成。整个系统分成3级, 其网络结构如图1所示。
第一级为地面集控中心, 是整个控制系统的核心, 负责实时监控各个掘进工作面通风设备及监测数据的分析、存储、显示、打印、网络通讯等管理任务;其中上位机监控软件WINCC实时显示掘进工作面瓦斯浓度分布、风量、风速[1]等信息, 供工作人员实时监控。
第二级为光纤交换机、隔爆型光端机、掘进工作面智能通风控制子站。通讯连接采用光纤或双绞线。各通风控制子站均为双PLC组成, 且2套PLC互为备用[2]。控制子站控制掘进工作面局部通风机, 采集传感器的数据并与地面集控中心进行数据通讯。
第三级为各类模拟量传感器、开关量传感器及掘进工作面局部通风机等设备, 是整个监测系统最前沿的终端设备, 负责采集掘进工作面的环境温度、通风量、风速、通风机的工作电压、工作电流等数据并执行控制指令。
2系统设计与通讯
2.1 硬件系统的设计[3,4]
PLC与WINCC的通讯在远程控制中非常重要。但由于S7-200系列的PLC[2]开发较早, WINCC是在S7-300的基础上开发的, 不能和WINCC直接进行通讯, 所以在构建工业以太网中首先要解决通讯的硬件选型问题。
所需计算机硬件:通讯处理器CP1613 (用于建立与PLC的通讯处理器的连接) , UPS电源 (APC系列) 。
所需PLC的硬件:通讯处理器CP243-1 (型号6GK7 243-1EX00-0XE0) , 数字量输入模块EM221 (6ES7 221-1EF22-0XA0) , 模拟量模块EM231 (6ES7 231-OHC22-0XA0) 和CPU224XP CN。
所需通讯硬件:光路连接模块OSM, KTG5矿用本安型光端机, 工业以太网 FC TP 标准电缆 (GP 2×2 (A型) ) 。
上位机和下位机的通讯建立在物理连接的基础上:上位机通过工业以太网卡CP1613 (一种带有微处理器的PCI插卡, 使用RJ45接口可将PG/PC连接到工业以太网) , 连接到以太网交换机, 然后通过通讯模块连接到下位机。下位机采用西门子S7-200通讯模块CP243-1, 实现本系统的硬件物理连接。
上位机控制级由2台工控机组成, 采用WINCC6.0监控软件对通风系统进行监控, 并与西门子通讯模块CP243-1进行数据交换。PLC 控制级通过西门子本体模块CPU224XP CN、数字量模块EM221、通讯模块CP243-1和模拟量模块EM231连接到以太网;并通过其I/O模块和模拟量模块EM231与现场级传感器、执行器件等连接, 进行数据的采集和设备的控制。
2.2WINCC与S7-200PLC的通讯[3,4]
2.2.1 通讯原理
经过多个通讯方案的试验和实践表明, 利用OPC技术设置服务器可以实现PLC与WINCC的通讯, 而且非常有效。OPC技术规范了接口函数, 不管数据源以何种形式存在, 客户都以统一的方式去访问, 从而保证软件对客户的透明性, 使得用户完全从底层的开发中解脱出来。利用OPC技术实现项目中所需的通讯, 需要WINCC V6.0, SIMATIC Net Software6.4 2006 软件、STEP7 - Micro/WIN V4.0 SP5 PLC编程软件。
2.2.2 通讯实现过程
1) 下位机设置。
S7-200以太网通讯设置要在编程软件Micro/WIN 的Ethernet Wizards中完成, 首先进行硬件的组态, 修改CP243-1的参数, 增加1个以太网络并设定MAC地址、IP 地址以及子网掩码, 然后将组态好的配置下载到PLC中。
设置以太网通讯向导后, 需在STEP7中 (即SERVER) 编写如下通讯程序 (LBD语言) :
LD SM0.0
CALL ETH0CTRL:SBR1, V2030.0, VW2031, VW2033
2) OPC软件设置。
打开NCM PC STATION软件, 新建一个PC Station, 然后添加OPC SERVER、CP1613模块, 在OPC SERVER属性中选择点击S7, 出现画面点击ALL选项 (这样可以使OPC自动搜索存在S7-200中的变量) , 在CP1613模块中设置IP地址号与主机地址匹配, 保存并编译, 出现“NO ERROR”则第1步设置完成。
接着打开Station Configurator软件, 添加OPC SERVER、CP1613两项, 并将StationName改为NCM PC的名称。然后打开控制面板的PG/PC接口程序, 选择PC INTERNAI (LOCAL) 驱动。最后打开NCM PC STATION软件, 右键点击OPC server, 建立新的连接, 再设置S7 Station的TSAP地址与S7-200中的TSAP地址一样。设置完成后, 可以打开OPC scout软件建立并检测系统的连接是否完成。软件设置过程如图2所示。
3) WINCC通讯设置及组态。
首先启动WINCC, 建立一个新的WINCC项目, “在变量管理器”中选择添加通讯驱动程序 (OPC. CHN) ;然后在OPC Groups (OPCHN Unit #1) 协议中新建一个驱动程序连接并组态逻辑连接参数; 最后在连接中加入外部变量 (即过程变量) 并设置变量 (设置包括变量名、数据类型、变量地址等项) 。本例中可以在OPC Groups (OPCHN Unit #1) 中进入OPC条目管理器, 直接导入S7-200中变量参数。
WINCC中变量分为外部和内部变量, 内部变量与PLC无关, 一般起数值传递和实现动态画面的作用。外部变量是对应于存在PLC或外部应用的存储器地址中数据的变量, 这种变量可以通过PLC存储器地址一一对应访问, 这样就可建立WINCC与所监视对象的过程通讯。
3关键技术简介
S7-200系列PLC体积小, 软硬件功能强大, 系统配置方便, 在各行各业得到广泛应用。但是, 在工程应用中遇到了监控计算机与S7-200系列PLC的通讯问题。由于监控组态软件WINCC由西门子公司S7-300系列PLC发展而来, 其中没有集成S7-200
系列PLC的通讯驱动程序;S7-200系列PLC的通讯协议也不公开, 需应用第三方软件编制监控程序, 这些都给S7-200系列PLC的应用带来了一定的限制。为了解决这个实际工程问题, 该系统使用第三方接口软件OPC, 通过PPI协议实现了S7-200系列PLC和WINCC的自由通讯, 其基本通讯结构见图3。
4结语
采用OPC通讯, 编程灵活较简便, 调试简单, 得到许多公司支持, 通用性好。采用OPC很规范, 便于系统的组态, 将大大简化系统复杂性, 缩短系统的开发周期, 提高系统运行的可靠性和稳定性, 也便于系统的升级与维护。
摘要：介绍了矿井掘进工作面局部通风装置监控系统的原理、硬件和软件组成及其通讯的实现。通过西门子组态软件Simatic WINCC组成上位机自动监控系统, 对掘进巷道通风和各设备运行情况进行监测, 实时显示各参数数据, 并对整个系统实施远程控制, 因而减少了井下局部通风故障的几率, 保障了矿井安全生产。
关键词：WINCC,PLC,OPC,自动化监控系统,工业以太网
参考文献
[1]高伟, 彭担任, 李世明.通风机装置性能测定综述[J].风机技术, 2006 (1) :40-42.
[2]蔡行健.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003.
[3]胡学林.可编程控制器教程[M].北京:电子工业出版社, 2003.
OPC通讯 篇2
S7-200系列PLC是西门子SIMATIC PLC家族中的成员之一, 具有体积小, 软硬件功能强大等特点, 在我国工控领域应用中占有率很高, 但是在实际工程应用中经常遇到计算机与S7-200系列PLC通信问题。由于西门子PPI协议未公开, 西门子公司的监控软件WINCC虽然功能强大, 但因为Win CC6.0及以后版本中没有集成S7-200系列PLC的通信驱动程序 (老版本WINCC5中有Modbus Serial驱动) , 虽可以添加, 但还要再付费用购买相应软件, 价格比较昂贵, 而且也不方便。利用Prodave调用“w95_s7.dll”等库函数也可以解决, 但开发系统工作量大、可靠性难保证。这些问题给S7-200系列PLC的应用带来了一定的限制。
OPC全称是OLE for Process Control, 它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集, 用于过程控制和制造业自动化系统。用高级语言以OPC方式实现监控, 灵活性好, 系统投资低, 能适用于各种系统, 为了解决这个实际问题, 笔者做了一些研究, 并在生产中得到成功应用, 本文以VB6.0为例把S7-200系列PLC与计算机通信问题展开说明。
二、S7-200系列PLC用VB以OPC方式监控的实现
西门子推出的PC Access软件是专用于S7-200 PLC的OPC Server (服务器) 软件, 它向OPC客户端提供数据信息, 可以与任何标准的OPC Client (客户端) 通讯。
以下通过用VB6与S7-200的OPCSERVER PCACCESS-SP3通讯实现数据交换。PCACCESS-SP3为西门子公司出品软件, 机器中应先安装。
1、定义全局变量
Option Explicit
Option Base 1'数组的索引从1开始
Private My OPCServer As OPCServer'定义OPC服务器
Private My Groups As OPCGroups'定义OPC组集合
Private With Events My Group As OPCGroup'定义可以引发事件的OPC组
Private My Items As OPCItems'定义OPC标签
Private My Item Server Handles () As Long'标签指针
Dim My TID As Long'异步调用ID
2、连接OPC服务器
Private Sub cmd Connect_Click ()
Set My OPCServer=New OPCServer'设置OPC服务对象
Call My OPCServer.Connect (txt Server.Text) '连接OPC服务
End Sub
3、服务器中增加组
Private Sub cmd Add Group_Click ()
Set My Group=My Groups.Add (txt Group.Text) '给组集合增加一个新组
End Sub
4、组中增加条目 (变量)
Private Sub cmd Add Item_Click ()
Dim i As Long
Dim Error Flag As Boolean
Dim Item Obj As OPCItem
Dim Item IDs (2) As String
Dim Item Client Handles (2) As Long
Dim Errors () As Long
C a l l M y I t e m s.A d d I t e m s (2, I t e m I D s, Item Client Handles, My Item Server Handles, Errors)
End Sub
5、同步读命令
用户窗体上应建一TIMER控件, 实现定时同步操作, 时间可根据具体情况设定, 比如1秒, 即可实现数据同步高效采集。
Private Sub cmd Read Sync_Click ()
Dim i As Long
Dim Values () As Variant
Dim Errors () As Long
Dim Qualities As Variant
Dim Time Stamps As Variant
Call MyGroup.SyncRead (OPCDevice, 2, My Item Server Handles, Values, Errors, Qualities, Time Stamps)
End Sub
文中仅以2个变量为例, 使用中可以做相应修改, 限于篇幅, 移走条目、移走组、断开连接、同步写等操作代码略。
三、结论
优点:该方法连接简单、数据通讯稳定可靠、可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域, 加CP5611通讯卡后 (还要另加EM277) 可以走PRUFIBUS、PPI、MPI通讯协议, 通讯接口选择性较灵活, 允许同时访问同一个设备, 操作系统稳定可靠。
另外, 也可以通过其他高级语言如VB.net, C等实现通信, 实现方法与上述方法类似, 这种方法灵活性较好, 还特别经济实惠, 也省去了通讯的底层运行和许多烦琐的处理过程, 极大提高了控制系统的操作性和适应性, 经长期生产考验, 系统稳定可靠。
参考文献
[1]郭宗仁, 等:《可编程控制器及通讯网络技术》, 人民邮电出版社, 1999年。
[2]《s7-200中文系统手册》 (西门子公司电子文档2006)
OPC通讯 篇3
【关键词】OPC；RSC9600；通讯方案
OPC-based communications solutions to explore DCS and protection and monitoring devices
Shen Ya-dong
(New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Co., Ltd Taiyuan Shanxi 030012)
【Abstract】This article is mainly based on the characteristics of OPC technology, how to achieve data transfer issues with other monitoring devices, enabling data exchange DCS and local devices.
【Key words】OPC;RSC9600;Communications solutions
1. 引言
（1）随着工业生产的不断发展，工业控制软件取得了长足的进步。各个智能设备的提供商为适应目前自动化控制发展的进程，也开发了各自的工业控制软件包，同时，对于大型工业企业来说，这些设备如何协调这些设备的底层通讯，便于集中控制，则是目前工业控制上的一个突出的问题。而OPC技术的出现则很好的解决了这些问题。
（2）OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。
（3）OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法，从而也提高了系统的开放性和兼容性。
（4）襄垣电厂采取的是全厂DCS控制方式，应用和利时自动化公司提供的最新版本的控制系统软件（MACSV 5.2.0），同时根据热电厂母管制的工作模式，将整个DCS控制系统分为两个域，以母管作为虚拟的分界线，通过两个域对全厂进行集中控制。如此集中的控制方式，势必存在如何统一各个子系统之间的通讯接口和数据传输的问题。而OPC统一的接口标准，正是解决了这个问题。
（5）而鉴于襄垣电厂对于线路保护测控装置与DCS系统的通讯连接，则很好的利用了OPC技术的优点，将测控装置的实时数据上传到DCS的上位机，更加方便电气运行人员的监控和操作。
2. OPC在工业领域的应用
由于OPC技术的采用，使得现场设备与系统的连接也更加简单、灵活、方便。因此OPC技术在国内的工业控制领域得到了广泛的应用，主要应用领域如下：
（1）数据采集技术。目前硬件厂商提供的产品均带有标准的OPC接口，OPC实现了应用程序和工业控制设备之间高效、灵活的数据读写，可以编制符合标准OPC接口的客户端应用软件完成数据的采集任务。
（2）历史数据访问。OPC提供了读取存储在过程数据存档文件、数据库或远程终端设备中的历史数据以及对其操作、编辑的方法。
（3）报警和事件处理。通过使用OPC技术，能够更好的捕捉控制过程中的各种报警和事件并给予相应的处理。
（4）数据冗余技术。OPC技术的使用可以更加方便的实现软件冗余，而且具有较好的开放性和可互操作性。
（5）远程数据访问。借助Microsoft的DCOM（分散式组件对象模型）技术，OPC实现了高性能的远程数据访问能力，从而使得工业控制软件之间的数据交换更加方便。
3. OPC与电气保护装置的衔接应用
3.1 电气测控保护装置采用的是南瑞继报厂商提供的RCS9600系列产品，分别为RCS-9624CN （适用于3-35kV电压等级小电流接地系统或小阻抗接地系统中厂用变的保护测控装置）和RCS-9626CN (适用于3-10KV电压等级中高压大型电动机的保护测控)，该系列产品具备如下的测控功能：10路自定义遥信开；正常断路器遥控分、合；高压侧IA、Ios、IC，P、Q、COSф等模拟量的遥测；开关事故分合次数统计及事件SOE等；可选配2路4~20mA模拟量输出，替代变送器作为DCS电流、有功功率测量接口。
3.2 鉴于装置提供的这些功能，可以使得MACSV自带的OPC SERVER软件根据实际监控的需要，将保护装置所采集的数据上传。
4. 基于OPC的MACSV通信连接
MACSV针对第三方通信软件，已开发相应的OPC SERVER 与 OPC CLINET 软件来实现与第三方的数据通信。
4.1 对于MACSV系统，其OPC系统具有如下的特点：
（1）支持OPC 1.0和2.0 规范。
（2）支持多个OPC客户的连接。
（3）支持远程OPC通讯。
（4）客户端可以根据需要选择同步或异步通讯方式。
（5）在客户端与服务器建立资料回调后，DCS 的资料变化可以及时快速的传递到OPC客户端。
（6）通过周期读取DCS数据库的数据更新服务器的数据缓存。
（7）支持DCS多域。
（8）客户端可以写数据到DCS数据库内。根据南瑞的要求，MACSV系统应用的OPCserver 1.1.0版本，并对服务器及客户端进行相应的配置。
图14.2 服务器端设置（见图1）。同时设置UDP端口为7315，域号为1。对于远程访问OPC服务器，需要在客户和服务器计算机上都进行DCOM设置。配置方法如下：
4.3 通信配置。通信配置需要对通道、设备、组，逐级进行配置。
（1）通道配置：
A.在OPCServer软件配置中点击添加通道，选择相应的通讯协议，我们用的串口协议，所以在添加通道的第二步中选择modbus_c，根据南瑞提供的测控信息表的项目说明，描述对应的测点项目（见图2～图4）。
图2
图3
图4B.因为选择串口协议，所以需要对串口进行参数设置。配置完成后就可以从通道属性中查看通道属性（见图5）。
（2）设备配置。
A.同样，在添加设备时，软件也会有同样的设置向导指引你将对应的设备地址、设备名以及设备描述进行设置。但需要注意的是，设备地址需要和南瑞设备内部设置的地址一一对应，不可存在地址冲突的现象，以防数据无法上传。设置完成后，信息栏下会自动生成组别（见图6）。
B.然后，右键点击组名，进入属性选项，弹出组属性对话框，根据南瑞厂商提供的关于RCS9624CN以及RCS9626CN保护测控装置提供的信息表，在组属性中填写各个设备对应的不同的信息。根据现场实际设备的情况，产品配置如下（见图7）。
图5
图6
图7
图8
图9
图10C.针对某一设备其遥测和遥信的参数如下（见图8）。
D.根据如上的信息表将参数一一输入对应设备的组属性中（见图9）。
图11
图12E.完成全部设置后，每个设备信息状态可以在窗口中读到（见图10）。
4.4 OPC运行。完成以上的设置并对各个通道进行完测试之后，还需将OPC的组名在MACSV中配置相应的量点，同时OPCCLINET可以通过excel表格的形式将数据读入。运行步骤如下：
（1）开启OPCCLINET软件，通过这个客户端软件，连接OPC服务器，刷新列表后，选择对应的服务器（见图11～图12）。
（2）连接成功后，通过OPCCLINET窗口的打开快捷图标，打开事先做好的excel文件，在网络连接正常的基础上，可以将数据传输上来，并上传到DCS的画面上（见图13）。
图135. 结束语
利用OPC技术的优势，通过MACSV配置的OPC SVERVER软件实现不同设备和系统之间的数据传输，通过这样的方式，与通过就地变送器和开关到位信号的硬接线传输比较，减少了中间环节，同时也减少了随之而来的出错环节，提高了数据传输的可靠性；另一方面，也加强了维护工作的集中性，提高了工作效率。因此利用保护装置本身较强的通讯功能和OPC统一接口的优势解决了远动设备的数据传输问题。
参考文献
［1］ OPC技术应用 OPC协会技术委员会2006.
［2］ MACSV OPC 通讯.
［3］ RCS-9624CN、RCS-9626CN保护测控装置说明书.