OPC技术在卷烟机械设备中的设计与实现

任科明,文　韬

(常德烟草机械有限责任公司，四川 常德 415000)



OPC技术在卷烟机械设备中的设计与实现

任科明,文韬

(常德烟草机械有限责任公司，四川 常德 415000)

摘要：针对卷烟机械设备的智能化改造，为满足多组设备实时集中监控功能,提出了具有OPC功能的上位机系统设计方案，完成了对卷烟设备上位机系统的改进设计。通过对工业以太网实现OPC服务器与西门子PLC之间实时通信的具体方法介绍,以及OPC客户端程序编写和实时数据库的建立，实现对现场PLC数据交互访问和机组数据信息保存，从而达到对卷烟机械机组远程监控的目的。该系统实际运行过程中稳定、可靠，便于生产操作人员对机组的集中监控，避免设备故障产生的不良影响，提高了生产效率。

关键词：OPC服务器；OPC客户端；卷烟机械；PLC

引用格式：任科明,文韬. OPC技术在卷烟机械设备中的设计与实现[J].微型机与应用，2016,35(13)：1-3.

0引言

随着信息技术的不断发展，工厂设备的自动化程度日益提高，国产卷烟机械设备也在不断地吸收新技术进行智能化改造，从而提高生产效率和可靠性。卷接机组是烟机设备中的重要生产环节，集机、电、气、液、光于一体，其电气控制系统采用西门子PLC控制器。为了随时接收报警信息、准确判断设备生产运行情况，避免故障发生和扩大，研发截取西门子PLC设备的过程数据就变得尤为重要。由于OPC(Object Linking and Embedding (OLE) for Process Control)规范把硬件供应系统和软件开发者分离开来，使得软件开发者不需要过多地了解硬件的实质和操作过程，只要遵循OPC规范进行开发，就可以访问OPC服务器的数据[1]。OPC改变了原有的控制系统模式，作为一项逐渐发展起来的技术目前已经赢得国内外厂商的高度重视，许多公司在原来产品的基础上增加了对OPC技术的支持。

本文将OPC技术应用于卷烟机械控制系统中，设计开发具有OPC服务器功能的上位机系统，实现与西门子PLC的以太网通信功能。编写相应客户端软件程序，对工业生产数据进行远程访问和过程监控。

1OPC技术

OPC是OPC基金会制定的一个工业标准，以OLE/COM/DCOM技术为基础,包括一整套接口、属性和方法的标准集。采用该标准规范后，硬件开发商将取代软件开发商为自己的硬件产品开发统一的OPC接口程序，软件开发者也免除了对驱动程序开发的工作，把更多的精力投入到其核心产品的开发上，从而双方的工作效率得到大大的提高[2]。OPC技术实现采用典型的CLIENT/SERVER模式，其中OPC的服务器是数据的供应方, 收集现场设备的数据信息提供给OPC客户端应用；OPC客户端是数据的使用方, 通过标准的OPC接口接收数据信息并进行处理[3]。目前应用最为广泛的是OPCDA规范,该规范提供了服务器与客户端之间实时数据的存取方法，并提供有多种访问方式。规范中定义了3类对象:服务器对象(Server)、组对象(Group)和项对象(Item)[2]。一个OPC客户端可以与多个OPC服务器同时进行通信，多个 OPC 客户端也可以同时与一个 OPC 服务器通信。与传统控制系统相比，其数据传输处理过程更为灵活有效。

2卷烟机械系统总体结构

人机交互系统是卷接机组的人机对话界面，即上位机系统。系统交互软件主要与PLC、SRM(重量控制系统)、CIS(检测系统)、故障显示器进行通信完成采集和设置卷接机组的生产管理数据[4]。文中提出的OPC技术的卷接机组上位机系统采用工业总线+以太网的模式，可进行实时通信和实时数据查询。将PC站配置成OPC服务器，并开发另一端PC(HOST)上应用软件(即OPC客户端)去访问OPC服务器，从而实现客户端与PLC间的通信。该系统软件与SRM、CIS、故障显示器的通信采用CAN总线模式，与PLC通信采用ETHERNET总线通讯接口。设计总体结构如图1所示。

图1　总体结构设计图

设计主要针对烟机生产运行状态及机器故障报警情况进行实时信息采集，通过OPC技术从卷接机组控制设备采用的PLC控制器中获取控制过程的状态数据，选定需要的原始数据，生成状态及故障信息报表，从而对运行情况进行准确的跟踪和判断。一个HOST可与多个卷接机组服务器相连,以便生产操作人员集中监控，避免设备故障产生的不良影响。

3OPC技术的应用设计

系统采用的主控PLC为S7-400系列CPU414控制器，通过专用通信模块CP343建立与上位机系统的以太网连接。西门子公司推出的Simatic Net软件在工业控制层提供一个开放的、多元的通信系统，具备OPC服务器功能，因此上位机系统使用西门子提供的PC Access OPC作为OPC服务器。配置上位机系统IP地址及OPC服务器的DCOM，利用组态软件获得PLC 中的I/O点和DB存储区内的数据。其次，实现上位机客户端的开发，通过OPC接口协议，建立OPC客户端与服务器之间的通信连接。如图2所示，客户端和OPC服务器通信是基于DCOM对象实现的[5]。

图2　OPC技术实现结构图

3.1OPC服务器与PLC通信的组态

要实现OPC服务器与PLC之间实时通信，首先需要通过组建工业以太网来实现TCP/IP协议通信，所以需要完成对OPC服务器的硬件组态。其中硬件组态的建立和配置利用SIMATIC NET和STEP7软件来实现[6]，步骤如下：

(1)PC站的硬件机架配置。添加OPC Server和IE General；在本地连接中设置网卡参数，把PC作为以太网的一个站点，即PC station。

(2)控制台的使用与设置。在Access Points设定窗口中，将S7-online指向PC-internal(local)。

(3)在STEP 7中组态PC Station。在SIMATIC Manager中创建一个新项目，建立一个PC站；确认硬件组态及组态参数；设置与步骤(1)相对应的以太网络参数；OPC Server建立一个“S7 connection”新连接；编译存盘。

(4)组态下载。确认所有配置，将所定义的Item嵌入到OPC Scout中。如Quality显示为“good”，则表明OPC Server与PLC之间已经建立连接。

3.2OPC应用程序开发

在Visual Basic环境下, 遵循OPC数据访问规范主要完成两个功能：其一是通过OPC接口实现对OPC服务器的连接，进而实现对实时数据的读取和查询；其二是根据集中监控需求对数据以可视化界面形式进行显示，实时将数据存储在实时数据库(ACCESS)中。OPC客户端程序与OPC服务器的数据通信流程如图3所示,主要由连接服务器、建立OPC组、读数据和写数据等功能块组成。本设计采用异步通信方式[7]，在程序中构造了OPC服务器对象、OPC组对象以及OPC项对象。

图3　OPC客户端访问服务器的流程框图

为了监管的简单便捷，根据现场需求设计可视化界面，建立ACCESS数据库实时反映卷接机组设备生产运行情况[8]，其结构框图如图4所示。

图4　软件结构设计图

4设备运行效果

上位机软件集成OPC数据服务器，软件启动时，OPC服务即随之启动。OPC服务器程序以OPC DA2.0标准发布生产数据，可以使用任何支持OPC DA2.0及以上协议的客户端软件连接服务器，操作人员可以通过打开客户端软件远程观察实时生产运行情况界面。如图5、图6所示。

图5　实时生产信息界面

图6　实时报警信息界面

实时生产信息界面显示最重要的生产数据，如小时报告、停机记录、停机分析、运行状态、消耗统计、报警信息等。每一次停机报警都记录报警发生时间和结束时间。历史报警是一种循环的数据库，用于存放预先定义好数目的报警信息。

5结束语

本文将OPC技术融入到卷烟机械控制系统中，介绍了开发基于OPC技术的 PLC上位机系统的实现过程及客户端程序实现。运行结果表明，该系统实现了对卷接机组设备信息的交互和关键数据的实时采集、监测与报警，从而提高了设备生产效率和企业效率，为今后的数据分析、生产管理等提供一定保障。

参考文献

[1] 柴凯,侯立刚,姜军银.OPC技术在工业过程控制中的应用研究[J]. 工业仪表与自动化装置，2005(3) :70-72.

[2] 李南,薛孝存,王大海，等.浅谈OPC技术[J].中国仪器仪表,2003(1):5-7.

[3] 王鲲,袁中凡. OPC接口技术在工业自动化系统中的应用[J].中国测试技术,2005,31(1):95 - 97.

[4] 深圳市鸿捷源自动化系统有限公司. HJY-2人机交互系统使用说明书[Z].深圳：2012.

[5] 张俊彪,王鸿辉,何长安.基于OPC Server的PC与S7-300/ 400的通信[J]. 电力自动化设备,2007，27(4)：83-86.

[6] 西门子(中国)自动化与驱动集团.通过ETHERNET建立SIMATIC NET OPC服务器与PLC的S7连接[Z]. 北京:2005.

[7] 何海江.OPC客户端关键技术的实现[J].微计算机信息，2003，19(7)：76-78.

[8] 黄征,吕劲松,曾尔阳.基于OPC技术的集散控制系统的实现[J].烟草科技,2012，45(7)：32-35.

中图分类号：TP29

文献标识码：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.13.001

(收稿日期：2016-03-08)

作者简介：

任科明(1987-)男，硕士研究生，工程师，主要研究方向：烟草机械设备产品研发。

文韬 (1989-)男，硕士研究生，工程师，主要研究方向：烟草机械设备产品研发。

Design and implementation of OPC technology for cigarette machine system

Ren Keming，Wen Tao

(Changde Tobacoo Machinery Co.,Ltd., Changde 415000,China)

Abstract:Aiming at the intelligent reform of cigarette machine equiqment, and in order to meet the real-time centralized monitoring and control function for multi-group devices, a design of OPC function for PC system is proposed. This paper introduces the realization process of communication between OPC Server and Siemens PLC through Ethernet in detail. Though implementation of OPC client program and the establishment of real-time databases, the objective of field PLC data interactive access and remote control can be achieved. The practical running results show that this system is stable and reliable. It is convenient for the production personnel to monitor the unit, to avoid the bad influence caused by the failure of the equipment and improve the production efficiency.

Key words:OPC Server; OPC client; cigarette machine; PLC