摘 要： 結合組態軟件與PLC之間的應用實例,介紹了基于工業以太網及OPC技術的組態軟件與PLC的通信及數據采集的基本原理，設計了全新的窯爐溫度控制系統。在VB環境下，實現了計算機與S7-300系列PLC的實時通信，給出了相應的軟件流程。實際應用表明，該系統實現了對窯爐溫度的監控功能，運行穩定可靠，提高了產品的質量。
關鍵詞： 可編程序邏輯控制器； 組態軟件； 溫度控制； 通信； 數據處理
隨著控制技術、計算機技術的飛速發展，采用單回路儀表實現窯爐生產過程控制已不能滿足生產需要，無法實現對窯爐生產過程的有效監控。本文分析了“二步法”泡沫玻璃的生產工藝，針對40 m發泡窯爐和80 m退火窯爐，研制了上、下位結構的泡沫玻璃生產線窯爐監控系統。系統采用工業以太網、組態軟件及OPC(OLE for Process Control)技術實現了現場的數據采集與處理、數據存儲、數據顯示、打印報警的功能，并完成了對窯爐生產過程的實時監控。實際運行表明，系統設計先進合理、運行穩定可靠。
1 生產工藝
泡沫玻璃生產是將廢棄玻璃、粉煤灰等主要原料，添加輔料、發泡劑、改性劑，經過細碎、粉磨形成混合均勻的配合料,將配合料裝入模具，經預熱、發泡、定型、退火后制成合格的泡沫玻璃[1-2]。“二步法”是將裝有混合料的模具通過步進方式進入40 m發泡窯爐，經預熱、發泡、定型、降溫、脫模后，再放入80 m退火窯爐進行退火，生產出具有防火、防水、保溫隔熱、吸音、防腐等良好性能的泡沫玻璃。
2 系統結構
2.1 系統組成
泡沫玻璃生產線窯爐監控系統由工業控制計算機和PLC(Programmable Logic Controller)組成（如圖1所示）。工控機是基于組態軟件和OPC技術的客戶機，實現對窯爐生產過程的實時監控；下位機采用西門子PLC（S7-300），實現與現場執行機構和檢測設備的數據交互。上、下位機通過工業以太網實現網絡互連。
2.2 OPC技術簡介
OPC即過程控制的對象鏈接和嵌入，是將Microsoft對象的連接和嵌入技術OLE(Object Link and Embed)應用于過程控制[3]。在OPC技術廣泛應用之前，不同廠商的設備互連要由開發人員編寫大量的專用驅動程序來實現通信和存取硬件設備的數據。OPC技術的出現，建立了一套符合工業控制要求的通信接口規范，硬件設備只需要一個驅動程序按照OPC的標準提供數據源，使不同廠商的設備互連變得非常容易，只需按照OPC接口規范去存取數據，便可以實現應用程序與硬件設備的通信。OPC技術由OPC服務器和OPC客戶端兩個部分組成。OPC服務器負責采集數據，將現場設備與驅動程序封裝起來，作為數據源，供應用程序使用。
2.3 系統的通信原理
系統的通信原理如圖2所示，在讀取現場數據的過程中，首先由PLC采集信息，保存在CPU模塊的數據塊中。PLC的運行包括5個不斷循環的過程：內部處理、通信服務、輸入采樣、程序執行、輸出刷新[4]。在通信服務過程中，PLC的CPU模塊經過通信模塊和以太網與上位機建立連接，OPC服務器通過相應的驅動程序獲取CPU模塊中的數據。
3 OPC服務器的配置與開發
系統的組態軟件采用圖靈開物(Turing Control以下簡稱TC)的CONTROX-工具包，提供對OPC Data Access（簡稱DA）2.04規范的支持。工具包并不是一個OPC服務器。用戶必須對它進行包裝，使得在工具包基礎上建立的應用程序成為一個OPC服務器。開發人員不需要了解COM機制及OPC數據訪問服務器接口細節，不需要了解開發工具中實現COM的具體技術。利用開發工具包進行OPC數據訪問服務器的開發需要調用工具包接口。其調用流程圖如圖3所示。
關于流程的說明：
① 用戶首先調用initOPCSvr進行初始化；
② 初始化成功之后，注冊回調函數；
③ 用戶通過createTag向OPC運行庫可添加多個標簽；
④ 通過setTagProperties函數設置標簽屬性；
⑤ 調用runSvr函數，運行服務器，這時，服務器可以向客戶端提供服務；
⑥ 用戶和驅動通信，得到標簽數據后，調用updateTag等函數,刷新OPC運行庫中標簽的數據；
⑦ 在服務器退出時，調用uninitOPCSvr。
OPC DA服務器的開發先要建立應用程序，加載OPC運行庫。然后按照工具包提供的接口進行正確的函數調用。最后實現與設備的通信。OPC服務器作為一個COM服務器，提供注冊與反注冊的功能。
4 組態軟件的配置
設定OPC服務器的訪問接口為自動化接口，其接口是基于腳本編程語言而定義的標準接口，系統使用VB開發OPC服務器的客戶應用。本系統使用的是TC 7.3版本。
TC作為客戶程序從VB中得到數據的操作步驟如下：
① 新建VB應用程序，工程名為Server.vbp，添加窗體名為form1，窗體form1的屬性設置如圖4所示；
② 在form1窗體中添加文本框控件Text1；
③ 在TC的硬件系統中新建一個DDE設備；
④ 新建字符串類型標簽FromVBtoView，在標簽的屬性中配置主設備為新建的DDE設備，主地址：VB的工程名|窗體的Linktopic屬性名|文本框控件名；
⑤ 添加文本框以顯示FromVBtoView標簽的數值；
⑥ 啟動VB應用程序運行Server.vbp工程，再運行TC，這時可以在TC中編輯Text1控件中的內容。
在讀取OPC服務器數據的程序中，把讀取到的數據賦給VB中的全局變量。在此，調用模塊中的數據處理函數，使形參與實參相結合，完成數據處理過程。處理完成后，把結果寫入OPC服務器中，控制現場設備，調節窯爐內的溫度。OPC接口開發及數據處理、存儲流程如圖5所示[5]。
每隔一段時間（時間長短可以根據實際需要自行設定）自動生成一個Excel文件的工作薄，記錄窯爐內溫度的變化情況，以便于工程技術人員對歷史數據進行分析總結。
本文介紹了基于工業以太網及OPC技術的組態軟件與PLC的數據通信，采用圖靈開物組態軟件和VB軟件開發了OPC服務器，實現了PLC與工控機之間的通信，并將此方法應用于泡沫玻璃生產線窯爐監控系統。系統正常運行一年的實踐表明，采用OPC技術對組態軟件進行二次開發應用，實現了控制系統的無縫集成，取得了滿意的監控效果。
參考文獻
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