OPC客户端的动态创建技术在现代造纸机横向定量控制中的应用

乔 　 想，　冯 郁 成，　石 先 城，　曾 劲 松，　陈 克 复

( 华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室， 广东 广州　510641 )



OPC客户端的动态创建技术在现代造纸机横向定量控制中的应用

乔 想，冯 郁 成，石 先 城，曾 劲 松，陈 克 复

( 华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室， 广东 广州510641 )

摘要:针对造纸过程中的横向定量控制系统，具体分析了OPC客户端与现代造纸机横向定量控制系统之间的数据通信。基于LabVIEW设计了一种动态创建OPC客户端的方法，通过调用配置文件，在库中实现了OPC客户端的动态创建，该OPC客户端程序具有动态绑定共享变量和动态部署库的功能，而且具有很好的自适应性和可移植性。采用订阅访问的方式访问了现场的OPC测量服务器，实现了读取横向定量控制过程中的测量数据，大大提高了数据访问的效率。通过实际应用效果证明采用本方案开发的横向定量控制系统的有效性和可行性。

关键词:造纸机；横向定量；OPC客户端；测量数据

0引言

在造纸过程中，纸张质量的横向控制是纸张质量控制系统的核心组成部分，其研究与应用受到了广泛的重视[1]。在横向定量控制过程中，控制站需要从测量服务器中获取测量数据以达到控制横向定量的目的。传统的获取数据的方式是需要安装不同制造商的驱动，并通过总线协议来实现。目前，OPC技术为这些过程提供了方便，用户只需要开发OPC客户端便可以实现与测量服务器之间的通信[2]。开发OPC客户端一般通过某种高级编程语言来实现，如VC++[3]、VB[4]、Java[5]等，对于编程经验不足的工控工程师来说还是比较困难。另外一种方法是利用第三方动态链接库，来实现客户端的快速开发，如MATLAB、LabVIEW等。这种方法操作简单，开发周期短。LabVIEW作为一种图形化的编程语言，而且本身具备的监视和数据处理功能，在测控领域中应用非常广泛[6]。在LabVIEW中，一般通过手动方式创建OPC客户端[7]，其中的OPC配置信息已经通过硬编程的方式嵌入到了程序中，当OPC配置信息发生更改或需要在新环境下部署程序时，需要手动更改程序中的OPC客户端才能保证程序的正常运行，因此不能适应系统智能化控制的需求。作者分析了OPC与现代造纸机横向定量控制系统之间的通信，通过运用LabVIEW中的数据记录与监控(DSC)模块，提出了一种动态创建OPC客户端的方法。

1纸机横向定量控制过程

现代造纸机的纸页横向定量差是衡量纸页产品质量的重要指标，因此它是纸机质量控制系统中的主要控制参数。如图1所示，造纸机的横向定量控制系统主要由测量部分(扫描架)、控制部分和现场执行部分组成。其中控制部分是整个系统的核心，横向定量控制站主要由OPC客户端、横向定量控制器和CAN总线通信模块组成。

图1　横向定量控制系统

横向定量控制站中的OPC客户端从扫描架的OPC服务器中获取横向定量的扫描原始数据曲线和扫描架运行状态信息等数据，并传送到系统的横向控制器，由定量控制器的控制算法产生稀释水阀门开度曲线数据，然后通过CAN总线通信模块将曲线数据传送到现场的CAN总线执行器，控制相应分区的稀释水阀门开度，从而调节相应流浆箱分区的浆料浓度，实现稀释水横向定量的自动控制。OPC 客户端在整个横向定量控制过程中，起到连接测量部分与控制部分的作用，客户端与测量服务器实现通信，从而控制整个横向定量过程。

2OPC客户端的动态创建

2.1创建基础

在LabVIEW中，DSC模块的基础是OPC技术，因此它能够轻松实现与OPC服务器的通信。通过OPC技术进行数据存取，实际上是由共享变量通过网络间通信实现的。共享变量可以与OPC客户端的OPC标签绑定，当共享变量绑定完成之后，就可以像对待共享变量一样操作OPC项。LabVIEW中，通过共享变量引擎(SVE)来管理和发布共享变量的连接和使用。通常对共享变量进行绑定，都是通过手动添加来完成。而运用DSC模块的相关特性，就可以实现动态创建OPC客户端和动态绑定共享变量。

2.2动态创建OPC客户端

动态创建OPC客户端，横向定量控制系统程序所需的信息保存在持久化配置文件(.ini)中，通过更改配置文件而无须烦琐地修改横向定量控制系统程序，减小了现场调试的工作量，增加了程序的可移植性。

在动态创建关于横向定量控制的OPC客户端之前，首先需要创建配置文件。配置文件主要用来配置OPC客户端中测量服务器和横向控制站的相关信息，便于统一管理。配置文件由段、键、值三部分组成，用于动态创建OPC客户端的配置文件如表1所示。

表1　配置文件的格式和内容

动态创建OPC客户端，主要通过Create and configure IO Server实现。其中，Machine 为远程主机，Prog ID为远程定量测量系统OPC服务器的ID，I/O server name为创建的横幅定量控制系统OPC客户端标识，Process name为OPC客户端所属的SVE中的库。

动态创建OPC客户端的过程如图2所示。动态创建过程主要包括创建Client和批量创建共享变量，这里分别运用DSC模块中的Create and configure IO Server来创建OPC client和Create Shared Variable来批量创建共享变量；在动态创建过程中，通过读取配置文件中关于横向定量测量值的信息(测量服务器ID、测量服务器的名字和测量数据曲线的路径等)，进行动态绑定共享变量到所需访问的OPC项；部署库模块，将动态创建的OPC客户端的信息部署到SVE；读写数据模块，通过操作已部署的共享变量来实现与OPC服务器的通信，从OPC服务器中读写所需的测量数据。

图2　OPC客户端的动态创建流程

动态创建OPC客户端的程序如图3所示，采用动态创建OPC客户端的方法，通过调用配置文件，就可以很容易应对OPC项的改变。当OPC服务器的信息发生变化时，如横向控制系统的测量数据由施胶前定量测量扫描架改为卷曲前侧的定量测量扫描架时，只需要统一更改配置文件，便可以二次使用。所以，应用该OPC客户端的横向定量控制系统具有很好的适应性和可移植性。

图3　OPC客户端的动态创建程序图

3订阅方式访问测量数据

由于基于共享变量的OPC项是通过VI(文本语言函数)创建而不是手动创建，无法通过直接读写共享变量来与OPC服务器传递数据，但通过VI创建的OPC项经过库的部署后存在于SVE中，可通过DataSocket[8]实现共享变量的读写，即OPC客户端通过读写方式与OPC服务器通信。此外，OPC技术中还可以通过订阅方式[9]实现OPC通信，这也是本文中横向控制系统的主要OPC通信方式。事实上，LabVIEW中并没有直接的OPC通信访问VI，而是通过DataSocket或其他方式间接实现OPC通信，这里通过共享变量来实现订阅数据访问。订阅访问方式不需要OPC客户端主动申请访问OPC服务器，当扫描架测量数据发生改变时，OPC测量服务器便会通知OPC客户端读取共享变量数据。

在现代造纸机横向定量控制系统中，扫描架巡回移动扫描整幅纸页需要一定的时间周期，而且每次将产生大量的定量测量数据，采用订阅方式访问OPC测量服务器会更加有效。这里以横向定量测量数据作为共享变量，采用订阅方式访问测量服务器，流程图如图4所示。

图4　订阅方式访问测量数据流程图

如图5所示，OPC客户端采用订阅方式，从定量测量系统的OPC服务器中读取横向定量的测量数据。实际上，订阅方式只能单向地从服务器中读取数据，而不能向服务器写数据。但是，现实中，需要监测的数据远大于需要调节的参数，尤其像横向定量控制过程，订阅方式仍然有很大的优势，而且这种方法可以大大减少客户端对服务器的访问次数，从而避免了由于大量数据交换而造成的网络阻塞。

4应用

本技术方案已在广州造纸股份有限公司PM5流浆箱的升级改造中成功应用。该纸机幅宽4 350 mm，车速800 m/min，生产48 g/m2新闻纸，纸机配备Honeywell的扫描架，流浆箱为Valmet的Symflo气垫式流浆箱，采用本技术方案的稀释水横向定量控制系统。如图6所示，OPC技术在整个横向定量控制中占重要地位，它将在线测量纸页定量的扫描架与横向定量控制系统联系起来。扫描架在线测量纸页的横向定量数据，并通过OPC将数据传送到稀释水横向定量控制系统，从而完成纸页的横向定量控制。

图5　订阅方式程序图

图6　应用示意图

通过测量扫描架对定量48 g/m2新闻纸进行测量，如图7所示，平均测量绝干定量为43.358 g/m2，横向绝干定量差2δ达到0.294 7 g/m2，比流浆箱改造前的2δ(1.2～1.8 g/m2) 有大幅度的降低，达到了较好的控制水平，有效提高了产品质量。

图7　横向定量测量数据

5结论

随着造纸现代化程度的提高以及对控制精度的要求增加，OPC技术在纸页质量控制领域已经得到越来越多的应用。对于纸页横向定量控制系统而言，在LabVIEW中动态创建的OPC客户端，能够自适应绑定共享变量和部署共享变量，而且采用订阅的方式访问测量数据，能够大大地提高数据访问效率。实践证明，应用此OPC客户端的横向定量控制系统具有很好的自适应性和可移植性，为工程技术人员的安装和调试带来了很大的方便。

参考文献:

[1] 张辉,王淑梅,程金兰,等.我国制浆造纸装备科学技术的发展[J].中国造纸,2011,30(4):54.

[2] 石先城,冯郁成,曾劲松,等.基于CAN总线和OPC技术的分布式横向控制系统[J].中国造纸,2015,34(8):44-48.

[3] 苏磊,李茜,汤伟.OPC数据访问客户端的研究与实现[J].计算机工程,2010,36(11):80-82.

[4] 刘文波,汤伟,王樨,等.纸机横向定量控制系统中的数据交换方法[J].中国造纸,2015,34(9):31-36.

[5] 焦青松,吴应良.OPC客户端的Java实现方法[J].微计算机信息,2006,22(4-1):60-62.

[6] 雷美,沈文浩.LabVIEW在制浆造纸过程控制中应用的探索[J].造纸科学与技术,2004,23(3):37-40.

[7] 乔毅,栾美艳,袁爱进,等.基于LabVIEW和OPC的数据通信的实现[J].控制工程,2005,12(2):153-155.

[8] 何奇文.OPC技术在LabVIEW8.0DSC模块中的运用[J].计算机工程与设计,2006,27(22):4389-4391.

[9] 肖俊.OPC客户端订阅式数据采集的实现和研究[J].电气传动自动化,2012,34(4):52-54.

The technology of creating OPC client dynamically applied in cross-direction basis weight control on modern paper machine

QIAOXiang,FENGYucheng,SHIXiancheng,ZENGJinsong,CHENKefu

( State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China )

Abstract:Data communication between OPC client and cross directional basis weight control system of modern paper machine were analyzed in the process of paper-making. A method of creating OPC client dynamically was designed based on LabVIEW and the OPC client was created dynamically in the library by reading the configuration profiles, which had the function of binding the variables and deploying the libraries dynamically and also had good adaptability and portability. The way of subscription to communicate with OPC server was used to achieve the measurement data of cross directional basis weight in the control process, which greatly improved the efficiency of data access. The application results indicated that the cross directional basis weight control system based on the scheme was feasible and effective.

Key words:paper machine; cross directional basis weight; OPC client; measurement data

中图分类号:TS736.4

文献标志码:A

作者简介:乔 想(1989-)，男，硕士研究生；通信作者：冯郁成(1971-)，男，高级工程师.

基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2014ZX07213001).

收稿日期:2016-01-13.

文章编号:1674-1404(2016)02-0149-04