強(qiáng)明輝，周宇侯

（蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，采用單回路儀表實(shí)現(xiàn)窯爐生產(chǎn)過程控制已不能滿足生產(chǎn)需要，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐生產(chǎn)過程的有效監(jiān)控。本文分析了“二步法”泡沫玻璃的生產(chǎn)工藝，針對(duì)40 m發(fā)泡窯爐和80 m退火窯爐，研制了上、下位結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃生產(chǎn)線窯爐監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)、組態(tài)軟件及OPC(OLE for Process Control)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、打印報(bào)警的功能，并完成了對(duì)窯爐生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)合理、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

1 生產(chǎn)工藝

泡沫玻璃生產(chǎn)是將廢棄玻璃、粉煤灰等主要原料，添加輔料、發(fā)泡劑、改性劑，經(jīng)過細(xì)碎、粉磨形成混合均勻的配合料,將配合料裝入模具，經(jīng)預(yù)熱、發(fā)泡、定型、退火后制成合格的泡沫玻璃[1-2]。“二步法”是將裝有混合料的模具通過步進(jìn)方式進(jìn)入40 m發(fā)泡窯爐，經(jīng)預(yù)熱、發(fā)泡、定型、降溫、脫模后，再放入80 m退火窯爐進(jìn)行退火，生產(chǎn)出具有防火、防水、保溫隔熱、吸音、防腐等良好性能的泡沫玻璃。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

泡沫玻璃生產(chǎn)線窯爐監(jiān)控系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC(Programmable Logic Controller)組成 （如圖1所示）。工控機(jī)是基于組態(tài)軟件和OPC技術(shù)的客戶機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控；下位機(jī)采用西門子PLC（S7-300），實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。上、下位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。

圖1 系統(tǒng)組成

2.2 OPC技術(shù)簡介

OPC即過程控制的對(duì)象鏈接和嵌入，是將Microsoft對(duì)象的連接和嵌入技術(shù)OLE(Object Link and Embed)應(yīng)用于過程控制[3]。在OPC技術(shù)廣泛應(yīng)用之前，不同廠商的設(shè)備互連要由開發(fā)人員編寫大量的專用驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)通信和存取硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)。OPC技術(shù)的出現(xiàn)，建立了一套符合工業(yè)控制要求的通信接口規(guī)范，硬件設(shè)備只需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序按照OPC的標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)源，使不同廠商的設(shè)備互連變得非常容易，只需按照OPC接口規(guī)范去存取數(shù)據(jù)，便可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與硬件設(shè)備的通信。OPC技術(shù)由OPC服務(wù)器和OPC客戶端兩個(gè)部分組成。OPC服務(wù)器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場設(shè)備與驅(qū)動(dòng)程序封裝起來，作為數(shù)據(jù)源，供應(yīng)用程序使用。

2.3 系統(tǒng)的通信原理

系統(tǒng)的通信原理如圖2所示，在讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的過程中，首先由PLC采集信息，保存在CPU模塊的數(shù)據(jù)塊中。PLC的運(yùn)行包括5個(gè)不斷循環(huán)的過程：內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新[4]。在通信服務(wù)過程中，PLC的CPU模塊經(jīng)過通信模塊和以太網(wǎng)與上位機(jī)建立連接，OPC服務(wù)器通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序獲取CPU模塊中的數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)通信原理

3 OPC服務(wù)器的配置與開發(fā)

系統(tǒng)的組態(tài)軟件采用圖靈開物 (Turing Control以下簡稱 TC)的 CONTROX-工具包，提供對(duì) OPC Data Access（簡稱DA）2.04規(guī)范的支持。工具包并不是一個(gè)OPC服務(wù)器。用戶必須對(duì)它進(jìn)行包裝，使得在工具包基礎(chǔ)上建立的應(yīng)用程序成為一個(gè)OPC服務(wù)器。開發(fā)人員不需要了解COM機(jī)制及OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器接口細(xì)節(jié)，不需要了解開發(fā)工具中實(shí)現(xiàn)COM的具體技術(shù)。利用開發(fā)工具包進(jìn)行OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器的開發(fā)需要調(diào)用工具包接口。其調(diào)用流程圖如圖3所示。

圖3 調(diào)用工具包接口的流程圖

關(guān)于流程的說明：

① 用戶首先調(diào)用initOPCSvr進(jìn)行初始化；

② 初始化成功之后，注冊(cè)回調(diào)函數(shù)；

③ 用戶通過createTag向OPC運(yùn)行庫可添加多個(gè)標(biāo)簽；

④ 通過setTagProperties函數(shù)設(shè)置標(biāo)簽屬性；

⑤ 調(diào)用 runSvr函數(shù)，運(yùn)行服務(wù)器，這時(shí)，服務(wù)器可以向客戶端提供服務(wù)；

⑥ 用戶和驅(qū)動(dòng)通信，得到標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，調(diào)用update-Tag等函數(shù),刷新OPC運(yùn)行庫中標(biāo)簽的數(shù)據(jù)；

⑦ 在服務(wù)器退出時(shí)，調(diào)用uninitOPCSvr。

OPC DA服務(wù)器的開發(fā)先要建立應(yīng)用程序，加載OPC運(yùn)行庫。然后按照工具包提供的接口進(jìn)行正確的函數(shù)調(diào)用。最后實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的通信。OPC服務(wù)器作為一個(gè)COM服務(wù)器，提供注冊(cè)與反注冊(cè)的功能。

4 組態(tài)軟件的配置

設(shè)定OPC服務(wù)器的訪問接口為自動(dòng)化接口，其接口是基于腳本編程語言而定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，系統(tǒng)使用VB開發(fā)OPC服務(wù)器的客戶應(yīng)用。本系統(tǒng)使用的是TC 7.3版本。

TC作為客戶程序從VB中得到數(shù)據(jù)的操作步驟如下：

① 新建 VB應(yīng)用程序，工程名為Server.vbp，添加窗體名為form1，窗體form1的屬性設(shè)置如圖4所示；

② 在form1窗體中添加文本框控件Text1；

③ 在TC的硬件系統(tǒng)中新建一個(gè)DDE設(shè)備；

④ 新建字符串類型標(biāo)簽FromVBtoView，在標(biāo)簽的屬性中配置主設(shè)備為新建的DDE設(shè)備，主地址：VB的工程名|窗體的Linktopic屬性名|文本框控件名；

⑤ 添加文本框以顯示FromVBtoView標(biāo)簽的數(shù)值；

⑥ 啟動(dòng)VB應(yīng)用程序運(yùn)行Server.vbp工程，再運(yùn)行TC，這時(shí)可以在TC中編輯Text1控件中的內(nèi)容。

在讀取OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)的程序中，把讀取到的數(shù)據(jù)賦給VB中的全局變量。在此，調(diào)用模塊中的數(shù)據(jù)處理函數(shù)，使形參與實(shí)參相結(jié)合，完成數(shù)據(jù)處理過程。處理完成后，把結(jié)果寫入OPC服務(wù)器中，控制現(xiàn)場設(shè)備，調(diào)節(jié)窯爐內(nèi)的溫度。OPC接口開發(fā)及數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)流程如圖 5所示[5]。

每隔一段時(shí)間（時(shí)間長短可以根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)定）自動(dòng)生成一個(gè)Excel文件的工作薄，記錄窯爐內(nèi)溫度的變化情況，以便于工程技術(shù)人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)。

本文介紹了基于工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術(shù)的組態(tài)軟件與PLC的數(shù)據(jù)通信，采用圖靈開物組態(tài)軟件和VB軟件開發(fā)了OPC服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了PLC與工控機(jī)之間的通信，并將此方法應(yīng)用于泡沫玻璃生產(chǎn)線窯爐監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運(yùn)行一年的實(shí)踐表明，采用OPC技術(shù)對(duì)組態(tài)軟件進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的無縫集成，取得了滿意的監(jiān)控效果。

[1]李月明,李華,鄒卓辰.利用廢玻璃研制泡沫玻璃[J].中國陶瓷工業(yè),2000(2):4-8.

[2]方榮利,劉敏,周元林.利用粉煤灰研制泡沫玻璃[J].新型建筑材料,2003(6):39-41.

[3]張竹梅,任慶蓮.iFIX與OPC技術(shù)[J].電氣時(shí)代,2003(6):88-89.

[4]李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:49-50.

[5]寧營營,朱偉興,王東宏.基于 OPC技術(shù)的PC與S7-315-PLC實(shí)時(shí)通信與數(shù)據(jù)處理[J].低壓電器,2009(5):36-39.

圖5 OPC接口開發(fā)及數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)流程圖