组态软件在窑炉温度监控系统中的应用

强明辉，周宇侯

（兰州理工大学 电气工程与信息工程学院，甘肃 兰州 730050）

随着控制技术、计算机技术的飞速发展，采用单回路仪表实现窑炉生产过程控制已不能满足生产需要，无法实现对窑炉生产过程的有效监控。本文分析了“二步法”泡沫玻璃的生产工艺，针对40 m发泡窑炉和80 m退火窑炉，研制了上、下位结构的泡沫玻璃生产线窑炉监控系统。系统采用工业以太网、组态软件及OPC(OLE for Process Control)技术实现了现场的数据采集与处理、数据存储、数据显示、打印报警的功能，并完成了对窑炉生产过程的实时监控。实际运行表明，系统设计先进合理、运行稳定可靠。

1 生产工艺

泡沫玻璃生产是将废弃玻璃、粉煤灰等主要原料，添加辅料、发泡剂、改性剂，经过细碎、粉磨形成混合均匀的配合料,将配合料装入模具，经预热、发泡、定型、退火后制成合格的泡沫玻璃[1-2]。“二步法”是将装有混合料的模具通过步进方式进入40 m发泡窑炉，经预热、发泡、定型、降温、脱模后，再放入80 m退火窑炉进行退火，生产出具有防火、防水、保温隔热、吸音、防腐等良好性能的泡沫玻璃。

2 系统结构

2.1 系统组成

泡沫玻璃生产线窑炉监控系统由工业控制计算机和PLC(Programmable Logic Controller)组成 （如图1所示）。工控机是基于组态软件和OPC技术的客户机，实现对窑炉生产过程的实时监控；下位机采用西门子PLC（S7-300），实现与现场执行机构和检测设备的数据交互。上、下位机通过工业以太网实现网络互连。

图1 系统组成

2.2 OPC技术简介

OPC即过程控制的对象链接和嵌入，是将Microsoft对象的连接和嵌入技术OLE(Object Link and Embed)应用于过程控制[3]。在OPC技术广泛应用之前，不同厂商的设备互连要由开发人员编写大量的专用驱动程序来实现通信和存取硬件设备的数据。OPC技术的出现，建立了一套符合工业控制要求的通信接口规范，硬件设备只需要一个驱动程序按照OPC的标准提供数据源，使不同厂商的设备互连变得非常容易，只需按照OPC接口规范去存取数据，便可以实现应用程序与硬件设备的通信。OPC技术由OPC服务器和OPC客户端两个部分组成。OPC服务器负责采集数据，将现场设备与驱动程序封装起来，作为数据源，供应用程序使用。

2.3 系统的通信原理

系统的通信原理如图2所示，在读取现场数据的过程中，首先由PLC采集信息，保存在CPU模块的数据块中。PLC的运行包括5个不断循环的过程：内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新[4]。在通信服务过程中，PLC的CPU模块经过通信模块和以太网与上位机建立连接，OPC服务器通过相应的驱动程序获取CPU模块中的数据。

图2 系统通信原理

3 OPC服务器的配置与开发

系统的组态软件采用图灵开物 (Turing Control以下简称 TC)的 CONTROX-工具包，提供对 OPC Data Access（简称DA）2.04规范的支持。工具包并不是一个OPC服务器。用户必须对它进行包装，使得在工具包基础上建立的应用程序成为一个OPC服务器。开发人员不需要了解COM机制及OPC数据访问服务器接口细节，不需要了解开发工具中实现COM的具体技术。利用开发工具包进行OPC数据访问服务器的开发需要调用工具包接口。其调用流程图如图3所示。

图3 调用工具包接口的流程图

关于流程的说明：

① 用户首先调用initOPCSvr进行初始化；

② 初始化成功之后，注册回调函数；

③ 用户通过createTag向OPC运行库可添加多个标签；

④ 通过setTagProperties函数设置标签属性；

⑤ 调用 runSvr函数，运行服务器，这时，服务器可以向客户端提供服务；

⑥ 用户和驱动通信，得到标签数据后，调用update-Tag等函数,刷新OPC运行库中标签的数据；

⑦ 在服务器退出时，调用uninitOPCSvr。

OPC DA服务器的开发先要建立应用程序，加载OPC运行库。然后按照工具包提供的接口进行正确的函数调用。最后实现与设备的通信。OPC服务器作为一个COM服务器，提供注册与反注册的功能。

4 组态软件的配置

设定OPC服务器的访问接口为自动化接口，其接口是基于脚本编程语言而定义的标准接口，系统使用VB开发OPC服务器的客户应用。本系统使用的是TC 7.3版本。

TC作为客户程序从VB中得到数据的操作步骤如下：

① 新建 VB应用程序，工程名为Server.vbp，添加窗体名为form1，窗体form1的属性设置如图4所示；

② 在form1窗体中添加文本框控件Text1；

③ 在TC的硬件系统中新建一个DDE设备；

④ 新建字符串类型标签FromVBtoView，在标签的属性中配置主设备为新建的DDE设备，主地址：VB的工程名|窗体的Linktopic属性名|文本框控件名；

⑤ 添加文本框以显示FromVBtoView标签的数值；

⑥ 启动VB应用程序运行Server.vbp工程，再运行TC，这时可以在TC中编辑Text1控件中的内容。

在读取OPC服务器数据的程序中，把读取到的数据赋给VB中的全局变量。在此，调用模块中的数据处理函数，使形参与实参相结合，完成数据处理过程。处理完成后，把结果写入OPC服务器中，控制现场设备，调节窑炉内的温度。OPC接口开发及数据处理、存储流程如图 5所示[5]。

每隔一段时间（时间长短可以根据实际需要自行设定）自动生成一个Excel文件的工作薄，记录窑炉内温度的变化情况，以便于工程技术人员对历史数据进行分析总结。

本文介绍了基于工业以太网及OPC技术的组态软件与PLC的数据通信，采用图灵开物组态软件和VB软件开发了OPC服务器，实现了PLC与工控机之间的通信，并将此方法应用于泡沫玻璃生产线窑炉监控系统。系统正常运行一年的实践表明，采用OPC技术对组态软件进行二次开发应用，实现了控制系统的无缝集成，取得了满意的监控效果。

[1]李月明,李华,邹卓辰.利用废玻璃研制泡沫玻璃[J].中国陶瓷工业,2000(2):4-8.

[2]方荣利,刘敏,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]张竹梅,任庆莲.iFIX与OPC技术[J].电气时代,2003(6):88-89.

[4]李建兴.可编程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2004:49-50.

[5]宁营营,朱伟兴,王东宏.基于 OPC技术的PC与S7-315-PLC实时通信与数据处理[J].低压电器,2009(5):36-39.

图5 OPC接口开发及数据处理、存储流程图