摘   要： 結(jié)合組態(tài)軟件與PLC之間的應用實例,介紹了基于工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術的組態(tài)軟件與PLC的通信及數(shù)據(jù)采集的基本原理，設計了全新的窯爐溫度控制系統(tǒng)。在VB環(huán)境下，實現(xiàn)了計算機與S7-300系列PLC的實時通信，給出了相應的軟件流程。實際應用表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對窯爐溫度的監(jiān)控功能，運行穩(wěn)定可靠，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
關鍵詞： 可編程序邏輯控制器； 組態(tài)軟件； 溫度控制； 通信； 數(shù)據(jù)處理

    隨著控制技術、計算機技術的飛速發(fā)展，采用單回路儀表實現(xiàn)窯爐生產(chǎn)過程控制已不能滿足生產(chǎn)需要，無法實現(xiàn)對窯爐生產(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)技術實現(xiàn)了現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、打印報警的功能，并完成了對窯爐生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。實際運行表明，系統(tǒng)設計先進合理、運行穩(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)過細碎、粉磨形成混合均勻的配合料,將配合料裝入模具，經(jīng)預熱、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方式進入40 m發(fā)泡窯爐，經(jīng)預熱、發(fā)泡、定型、降溫、脫模后，再放入80 m退火窯爐進行退火，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)控制計算機和PLC(Programmable Logic Controller)組成（如圖1所示）。工控機是基于組態(tài)軟件和OPC技術的客戶機，實現(xiàn)對窯爐生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控；下位機采用西門子PLC（S7-300），實現(xiàn)與現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)和檢測設備的數(shù)據(jù)交互。上、下位機通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡互連。

2.2  OPC技術簡介
    OPC即過程控制的對象鏈接和嵌入，是將Microsoft對象的連接和嵌入技術OLE(Object Link and Embed)應用于過程控制[3]。在OPC技術廣泛應用之前，不同廠商的設備互連要由開發(fā)人員編寫大量的專用驅(qū)動程序來實現(xiàn)通信和存取硬件設備的數(shù)據(jù)。OPC技術的出現(xiàn)，建立了一套符合工業(yè)控制要求的通信接口規(guī)范，硬件設備只需要一個驅(qū)動程序按照OPC的標準提供數(shù)據(jù)源，使不同廠商的設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)，便可以實現(xiàn)應用程序與硬件設備的通信。OPC技術由OPC服務器和OPC客戶端兩個部分組成。OPC服務器負責采集數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場設備與驅(qū)動程序封裝起來，作為數(shù)據(jù)源，供應用程序使用。
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的運行包括5個不斷循環(huán)的過程：內(nèi)部處理、通信服務、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新[4]。在通信服務過程中，PLC的CPU模塊經(jīng)過通信模塊和以太網(wǎng)與上位機建立連接，OPC服務器通過相應的驅(qū)動程序獲取CPU模塊中的數(shù)據(jù)。

3 OPC服務器的配置與開發(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OPC Data Access（簡稱DA）2.04規(guī)范的支持。工具包并不是一個OPC服務器。用戶必須對它進行包裝，使得在工具包基礎上建立的應用程序成為一個OPC服務器。開發(fā)人員不需要了解COM機制及OPC數(shù)據(jù)訪問服務器接口細節(jié)，不需要了解開發(fā)工具中實現(xiàn)COM的具體技術。利用開發(fā)工具包進行OPC數(shù)據(jù)訪問服務器的開發(fā)需要調(diào)用工具包接口。其調(diào)用流程圖如圖3所示。

    關于流程的說明：
        ① 用戶首先調(diào)用initOPCSvr進行初始化；
        ② 初始化成功之后，注冊回調(diào)函數(shù)；
        ③ 用戶通過createTag向OPC運行庫可添加多個標簽；
        ④ 通過setTagProperties函數(shù)設置標簽屬性；
        ⑤ 調(diào)用runSvr函數(shù)，運行服務器，這時，服務器可以向客戶端提供服務；
        ⑥ 用戶和驅(qū)動通信，得到標簽數(shù)據(jù)后，調(diào)用updateTag等函數(shù),刷新OPC運行庫中標簽的數(shù)據(jù)；
        ⑦ 在服務器退出時，調(diào)用uninitOPCSvr。
    OPC DA服務器的開發(fā)先要建立應用程序，加載OPC運行庫。然后按照工具包提供的接口進行正確的函數(shù)調(diào)用。最后實現(xiàn)與設備的通信。OPC服務器作為一個COM服務器，提供注冊與反注冊的功能。
4 組態(tài)軟件的配置
　 設定OPC服務器的訪問接口為自動化接口，其接口是基于腳本編程語言而定義的標準接口，系統(tǒng)使用VB開發(fā)OPC服務器的客戶應用。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應用程序，工程名為Server.vbp，添加窗體名為form1，窗體form1的屬性設置如圖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DDE設備；
　 ④ 新建字符串類型標簽FromVBtoView，在標簽的屬性中配置主設備為新建的DDE設備，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標簽的數(shù)值；
　 ⑥ 啟動VB應用程序運行Server.vbp工程，再運行TC，這時可以在TC中編輯Text1控件中的內(nèi)容。
    在讀取OPC服務器數(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服務器中，控制現(xiàn)場設備，調(diào)節(jié)窯爐內(nèi)的溫度。OPC接口開發(fā)及數(shù)據(jù)處理、存儲流程如圖5所示[5]。    

    每隔一段時間（時間長短可以根據(jù)實際需要自行設定）自動生成一個Excel文件的工作薄，記錄窯爐內(nèi)溫度的變化情況，以便于工程技術人員對歷史數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)。
    本文介紹了基于工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術的組態(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服務器，實現(xiàn)了PLC與工控機之間的通信，并將此方法應用于泡沫玻璃生產(chǎn)線窯爐監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運行一年的實踐表明，采用OPC技術對組態(tài)軟件進行二次開發(fā)應用，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的無縫集成，取得了滿意的監(jiān)控效果。
參考文獻
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[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.
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