摘 要: 工業(yè)自動化正朝著企業(yè)綜合自動化, 管理控制一體化的方向發(fā)展。如何利用信息集成技術與實時控制技術, 充分發(fā)揮設備這一資源的重要作用是安全、優(yōu)質、低成本、高利潤的關鍵。本文的主要的研究工作是開發(fā)一套基于OPC技術的開放式玻纖物流線控制系統(tǒng)。 關鍵字: 工業(yè)控制, OPC, 現(xiàn)場總線 1 引言 　　在當今計算機網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展的推動下,工業(yè)自動化系統(tǒng)己在逐漸完成由集中式向分布式的轉換。由于在多服務器與工作站的分布式系統(tǒng)中,通常是通過局域網(wǎng)來形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。這樣,就可利用增加服務器或工作站作為新的結點接入網(wǎng)絡來實現(xiàn)系統(tǒng)完善和增強功能。OPC技術是面向對象技術的最新發(fā)展,將它應用于FCS系統(tǒng)的設計中,可以實現(xiàn)開放式FCS系統(tǒng)。FCS系統(tǒng)是一種重要的過程控制系統(tǒng),實現(xiàn)FCS系統(tǒng)的開放性和互操作性是工業(yè)自動化軟件的發(fā)展方向。利用VB高級編程語言、西門子公司強大的編程組態(tài)軟件STEP 7及SIMATIC NET軟件,開發(fā)了基于OPC技術的玻纖物流線控制系統(tǒng)。 2 PROFIBUS總線的應用 　　PROFIBUS現(xiàn)場總線技術與其它的現(xiàn)場總線技術相比,具有它自身獨特的優(yōu)勢。針對工業(yè)現(xiàn)場的實際情況,為了降低系統(tǒng)成本和簡化實現(xiàn),PROFIBUS-DP將其系統(tǒng)中的站點分為三種類型:一類DP主站（DPM 1）、二類DP主站（DPM2）及DP從站。當然,這三類站點只是從邏輯功能上來進行劃分的,實際上一個物理設備可以同時實現(xiàn)這三種功能,這時它既是主站也是從站。PROFIBUS-DP提供如下的一些基本的服務功能: 　　1. 讀取主站診斷信息。 2. 參數(shù)的上下載。 3. 激活總線參數(shù)。 　　4. 讀取從站診斷信息。 5. I/O數(shù)據(jù)交互。 6. 設置從站參數(shù)。 　　7. 檢驗從站組態(tài)信息。 8. 向從站發(fā)布控制命令。 9. 讀從站組態(tài)數(shù)據(jù)。 　　10. 讀取從站I/O數(shù)據(jù)通過。 11. 設置從站地址數(shù)據(jù)。 　　PROFIBUS-DP采用兩種傳輸技: RS485與光纖。其數(shù)據(jù)傳輸速率可調,也可以滿足低速要求,也可以滿足高速要求,其最高速率達到12Mbps,比其它主要的現(xiàn)場總線速率都要高。 　　RS485是一種技術成熟、廉價的數(shù)據(jù)傳輸技術。它采用雙絞線作為傳輸介質,其傳輸距離與傳輸速率有關。在遠距離傳輸或者電磁干擾嚴重的應用場合,可以采用光纖傳輸技術。應用中繼器可以擴展總線段的范圍,應用光纖連接模塊可以構成電纜與光纖混合的網(wǎng)絡。同時,通過這些網(wǎng)絡連接模塊。 3 控制系統(tǒng)總體結構設計 　　3.1 系統(tǒng)概述 　　物流系統(tǒng)就是指按準確的時間,將準確的物料,以準確的質量要求,運放到準確的地點所組成的一個整體,所以物流系統(tǒng)具有很強的時空性,技術性和經(jīng)濟性,是左右現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的重要因素。根據(jù)規(guī)劃設計,整個玻纖物流傳輸系統(tǒng)分成五個工作單元,分別為拉絲下料單元、烘干爐分配單元、立體庫存放單元、出庫絡紗區(qū)分配單元和空車處理單元。系統(tǒng)的控制軟件部分要完成從玻纖原絲到玻纖產(chǎn)品的自動、半自動連續(xù)輸送控制,并解決分類儲存及按需分配等相關問題,同時還要對生產(chǎn)線的運行狀況進行實時控制、顯示報警等相關信息。 　　整個物流線需要很高的輸送能力。要保證物流線的高輸送能力,除了需要輸送設備的低故障率外,更需要性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠的自動化控制系統(tǒng)來完成對整個物流過程的控制和管理。 根據(jù)系統(tǒng)需求及實際應用經(jīng)驗,玻纖物流線自動化控制系統(tǒng)技術方案的思路是采用西門子公司系列PLC自動化產(chǎn)品組成集散控制系統(tǒng),實現(xiàn)高水平的自動化控制和管理,從而達到低能耗、可靠穩(wěn)定運行的目標。在系統(tǒng)配置上充分考慮了系統(tǒng)軟、硬件資源的可擴展性,以便在日后需要擴充時,在不影響現(xiàn)有設備運行的隋況下,即可將系統(tǒng)擴大升級。 　　3.2物流線工作流程 　　整個物流傳輸自動線由5個工作單元組成,分別是拉絲下料單元、烘干爐分配單元、立體庫存放單元、出庫絡紗區(qū)分配單元、空車處理單元。其工作流程如圖1所示: [align=center] 圖1系統(tǒng)工作流程[/align] 　　3.3系統(tǒng)組成 　　系統(tǒng)主要由研華上位工控機、西門子S7-400工作站、S7-300智能從站及CP5611采集卡等部分構成,見圖2。 [align=center] 圖2 控制系統(tǒng)結構圖[/align] 　　整個控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線Profibus-DP模式: 在結構上將計算機控制系統(tǒng)抽象為一個包括由基礎設備層、過程控制層和上位信息管理層組成的三層模型;基礎設備層包括機械手和積放式輸送線以及立體庫的控制PLC、小車的ID識別裝置和大量傳感器裝置組成;過程控制層采用了西門子57-400 PLC,下掛Profibus-DP網(wǎng),并通過DP/PA鏈接器將總線儀控設備接入上位控制工控機,將實時通用數(shù)據(jù)集成到上位機的服務器。上位信息管理層將控制過程、信息管理、通信網(wǎng)絡融為一體,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,有關人員登陸到上位機服務器就可以根據(jù)各自權限控制到生產(chǎn)現(xiàn)場的設備的運行情況,真正實現(xiàn)了集中管理,分散控制的目的。 　　基礎設備層: 現(xiàn)場設備以網(wǎng)絡節(jié)點的形式掛接在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡上,由帶有功能塊的現(xiàn)場總線設備完成對生產(chǎn)過程的控制。隨著系統(tǒng)所采用現(xiàn)場設備的增多,功能的不斷增強,設備層所能提供的現(xiàn)場數(shù)據(jù)也越來越多。 　　過渡控制層: 用以監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的系統(tǒng)使用情況,將采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到信息管理層。過渡控制層配合并協(xié)調各現(xiàn)場設備的工作,為實現(xiàn)先進控制和過程操作優(yōu)化提供支撐環(huán)境,使得系統(tǒng)具有更高的控制水平和管理層上位信息管理層。 　　上層應用程序不僅參與和控制現(xiàn)場設備通信的每一個步驟,還需要協(xié)調和管理系統(tǒng)中其他現(xiàn)場設備的通信過程,檢測并消除多個通信過程相互沖突的情況發(fā)生。 　　3.4系統(tǒng)功能化設計 　　在此計算機控制系統(tǒng)中,上層的管理功能塊通過通訊功能塊訪問現(xiàn)場設備來獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù),從而使得系統(tǒng)上層的控制和信息、管理與底層的現(xiàn)場設備通信緊密地結合在一起,如圖3所示。 [align=center] 圖3通訊示意圖[/align] 　　采用獨立的現(xiàn)場通信功能塊,使系統(tǒng)的上層管理功能塊向現(xiàn)場通信功能塊發(fā)送數(shù)據(jù)請求,獲取所需的現(xiàn)場數(shù)據(jù);現(xiàn)場通信功能塊接收請求,完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集任務,并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)回給管理功能塊。這樣現(xiàn)場設備的通信任務由專門的設備通信程序完成,系統(tǒng)的管理層不直接訪問系統(tǒng)底層的硬件設備。因此對上層管理功能塊而言,不再存在著現(xiàn)場設備兼容性問題,并且系統(tǒng)底層現(xiàn)場設備的通信協(xié)議和通信方式的改變,甚至底層現(xiàn)場設備的更新、網(wǎng)絡結構的變化都不會對管理功能塊造成影響。 　　從計算機控制系統(tǒng)的基礎設備層、過程控制層和上位信息、管理層三個層次的模型中可以看出,在通訊功能塊中存在著兩個主要通信過程:設備層與數(shù)據(jù)層之間的通信,數(shù)據(jù)層和應用層之間的通信,這兩個通信過程既緊密聯(lián)系又相互獨立。設備層與數(shù)據(jù)層之間的通信主要任務是采集現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù),控制和管理現(xiàn)場設備。通訊功能塊在完成此層間的通信功能時,其實現(xiàn)方式與現(xiàn)場設備和通信設備的通信方式、網(wǎng)絡的拓撲結構密切相關。數(shù)據(jù)層和應用層之間的通信,主要任務是完成對數(shù)據(jù)的處理、加工,向管理程序提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺,實現(xiàn)應用程序之間的數(shù)據(jù)傳遞和共享。這一層的通訊功能塊的開發(fā)需要綜合考慮系統(tǒng)所采用的編程技術、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等各個方面的情況。 　　3.5 通訊功能塊的開放性 　　在許多計算機控制系統(tǒng)中,現(xiàn)場設備的更新升級頻繁,系統(tǒng)功能任務變動較大。因此保持通訊功能決的開放性、模塊化的體系結構是開發(fā)通訊功能塊的基本要求。通訊功能塊的開放性體現(xiàn)在: 　　1. 通訊功能塊應盡可能不受系統(tǒng)硬件變化的影響。 　　2. 通訊功能塊內部的各個模塊應相互獨立。 　　3. 通訊功能塊與上層管理模塊相互獨立。 　　但是在通訊功能塊的實際開發(fā)中,通信模塊許多功能的實現(xiàn)可以是基于系統(tǒng)的具體硬件環(huán)境和系統(tǒng)的具體應用要求,并不要求所開發(fā)的通訊功能塊的開放性和通用性能適應所有的系統(tǒng)和滿足系統(tǒng)的各種需要。這樣做可以省略掉通訊功能塊中某些用戶并不需要的功能。使軟件結構簡單,開發(fā)較為容易、快速,并能滿足用戶具體和特殊的要求。 4 中央控制系統(tǒng)功能分析 　　中央控制系統(tǒng)作為整個自動化控制系統(tǒng)的決策級管理機構,其配置是否合理、可靠、直觀等因素直接關系到物流自動化控制系統(tǒng)的可靠運行。該系統(tǒng)主要包括控制機工作站和數(shù)據(jù)服務器兩大部分。 　　數(shù)據(jù)庫作為物流線控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲部分,數(shù)據(jù)庫的性能直接影響到整個控制系統(tǒng)的性能,在設計物流線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時,我們主要從以下幾個方面出發(fā),來滿足物流線控制對數(shù)據(jù)的存儲、讀取需求。 　　1. 能夠滿足數(shù)據(jù)存儲需求。 　　2. 數(shù)據(jù)便于最終用戶訪問數(shù)據(jù)的可用性,也就是便于最終用戶訪問。 　　3. 具有良好的數(shù)據(jù)庫安全機制。 　　4. 數(shù)據(jù)庫整體性能合理。 　　5. 盡可能少地存儲冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。 本文作者創(chuàng)新點 　　本文首先對整個玻纖物流輸送線的工作流程進行了詳細的闡述,然后在此基礎上提出了基于OPC技術的開放式玻纖物流線控制系統(tǒng)的框架結構。在功能上,集控制與管理與一體;在實現(xiàn)技術上,設計了基于OPC技術的通訊功能模塊,并詳細的闡述了采用OPC技術的通訊模塊的原因及其優(yōu)越性能。本文還特別分析了PRFIBUS-DP現(xiàn)場總線的應用,從實踐上驗證這種總線的優(yōu)異性能。最后對整個控制系統(tǒng)的功能進行了詳細介紹。 參考文獻: 　　[1] 高建平,基于OPC技一術的電廠實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[J],工業(yè)控制計算機,2002 （5）: 67-69 　　[2] S.Vitturi. 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