基于OPC技术的陶瓷烧结温度控制系统

王 茜 张建华

(1 陕西能源职业技术学院 智能制造与信息工程学院 陕西 咸阳 712000) (2 陕西能源职业技术学院 科研信息处 陕西 咸阳 712000)

陶瓷手机盖板因其具有手感好、硬度高、耐磨损、品相高雅、无信号屏蔽等特点，成为5G移动通讯来临之前手机背板材料的热门选择。陶瓷盖板的原料为高性能的氧化锆粉体，在烧结工艺过程中，因推动力比较小，需要借助动态压力并对粉体施以高温，才能促使粉体变为烧结体。但由于坯体在高温作用下较为分散和复杂，若采用传统的信号传递方式，各种设备与采集卡的驱动程序难以兼容，会使数据的搜集变得相当复杂，而采用OPC技术，就能很好地解决这个问题。为此，我们建立一套基于OPC技术在热压烧结炉温度控制系统，实现对温度信号的采集与实时监控。

1 OPC技术简介

OPC(OLE for Process Control)是建立在微软操作系统由不同PC的客户机之间交换实时数据的方法，在Microsoft COM、DCOM和Active x技术的功能规程基础上开发一个开放的和互操作的接口标准。这个标准的目标是促使自动化控制应用、现场系统和设备应用之间具有更强大的互操作能力。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统[1]。不论采用的Active X、COM技术交互使用和分享数据，OPC为多种多样的过程设备之间进行通信提供了公用的接口。

2 系统总体结构

氧化锆陶瓷手机背板的生产工艺流程依托于陶瓷的生产工艺，但对原料、工艺参数要求更高。粉体制备的背板烧结通过高温作用坯体逐渐收缩，晶粒长大后坯体内气泡被排出，最终变成致密的多晶陶瓷材料，而热压烧结是一种机械加工的烧结方法，此方法是将氧化粉体装入磨具内，加压的同时将粉体加热到烧结温度，难点在于精准的压力和合适的温度控制。本系统通过触摸屏监控温度升温变化，热电偶测量的温度传入温度控制器，而温度控制器采用MODBUS通讯接口，而触摸屏采用的是OPC通讯接口，这就要进行接口协议转换，从温度控制器传输的数据通过转换协议Modbus/OPC将Modbus通讯方式转换成标准的工业OPC通讯方式。这样，通过该接口就可以直接与触摸屏进行硬件物理连接，从而实现数据的双向通讯[2]。

监控软件只需符合OPC规范，通过标准接口访问所有服务器，实现灵活配置，降低系统集成成本，同时缩短应用软件开发周期。本系统的总体结构如图2所示。

图2 控制系统网络结构

系统包括信息层、上位机监控层和PLC现场控制层，采用S7-300 PLC作为下位机进行数据采集和控制输出设备，采用WinCC作为上位机，通过OPC技术实现上位机组态与下位机PLC之间的通讯，将热压烧结炉各运行参数实时采集到WinCC对应变量中，由WinCC统一管理作为客户端，通过S7 300.OPCServer实时读取下位机PLC的数据，实现实时动画显示及监控。

整个系统的关键是数据库的实时更新，也是控制系统的数据处理中心。各部分的协调主要由各部分公共区域的实时数据库交换数据。设备窗口设置设备组件驱动外部设备，并将收集到的数据输入实时数据库，而用户窗口组成的图形对象与实时数据库中的数据对象相关联[3]。

3 通讯的实现

S7-300系列PLC常用的通信协议是PPI协议，而WinCC软件中并没有集成PPI协议。为此，采用西门子公司推出了用于S7-300PLC的OPC服务器软件 PC Access，这样WinCC可以通过OPC接口访问S7-300PLC的数据。在这种访问方式中，WinCC作为OPC DA客户机，而PC Access的角色是OPC DA服务器[4]。

烧结系统所需的各个数据都传输在OPC服务器中，每一个数据都对应唯一的地址。首先建立OPC集合，然后添加所需要的OPC项，即把OPC中所需要的数据读出来，在进行客户端程序设计时，具体命令如下：

Private Sub mnuConnect Click()

frmServerBrowser. Show vbModal

if frmServerBrowser.mbReturn=False Then Exit Sub

If Len(frmServerBrowser. ServerClassID)<1

Then Exit Sub

ServerHandle ASDAC Connect(frmServerBrowser. ComputerName)

PC Access控件可以与任何标准的OPC客户机进行通信，为OPC客户机提供数据信息，它自带OPC客户测试端，用户可以方便地检测其项目的通信及配置的正确性。组态WinCC与S7-300PLC的OPC DA连接，需要完成以下组态应用PC Access组态访问S7-300PLC的OPC DA服务器[4]。

4 结语

该文基于OPC技术对于陶瓷烧结温度控制进行了总体方案设计。针对氧化锆粉体加工特点和制备过程温度数据采集需求，分析OPC UA通讯协议和西门子S7300PLC的通讯方式，采用PC Access控件实现了对PLC的远程访问功能。实践表明，该系统可以快速准确的监控数据，在陶瓷盖板生产过程中具有可靠性高、灵活性强、稳定性好等特点，可以提高生产效率。