摘 要: 工業自動化正朝著企業綜合自動化, 管理控制一體化的方向發展。如何利用信息集成技術與實時控制技術, 充分發揮設備這一資源的重要作用是安全、優質、低成本、高利潤的關鍵。本文的主要的研究工作是開發一套基于OPC技術的開放式玻纖物流線控制系統。 關鍵字: 工業控制, OPC, 現場總線 1 引言 　　在當今計算機網絡技術飛速發展的推動下,工業自動化系統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中,通常是通過局域網來形成系統的數據通信。這樣,就可利用增加服務器或工作站作為新的結點接入網絡來實現系統完善和增強功能。OPC技術是面向對象技術的最新發展,將它應用于FCS系統的設計中,可以實現開放式FCS系統。FCS系統是一種重要的過程控制系統,實現FCS系統的開放性和互操作性是工業自動化軟件的發展方向。利用VB高級編程語言、西門子公司強大的編程組態軟件STEP 7及SIMATIC NET軟件,開發了基于OPC技術的玻纖物流線控制系統。 2 PROFIBUS總線的應用 　　PROFIBUS現場總線技術與其它的現場總線技術相比,具有它自身獨特的優勢。針對工業現場的實際情況,為了降低系統成本和簡化實現,PROFIBUS-DP將其系統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. 參數的上下載。 3. 激活總線參數。 　　4. 讀取從站診斷信息。 5. I/O數據交互。 6. 設置從站參數。 　　7. 檢驗從站組態信息。 8. 向從站發布控制命令。 9. 讀從站組態數據。 　　10. 讀取從站I/O數據通過。 11. 設置從站地址數據。 　　PROFIBUS-DP采用兩種傳輸技: RS485與光纖。其數據傳輸速率可調,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,比其它主要的現場總線速率都要高。 　　RS485是一種技術成熟、廉價的數據傳輸技術。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絡。同時,通過這些網絡連接模塊。 3 控制系統總體結構設計 　　3.1 系統概述 　　物流系統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,所以物流系統具有很強的時空性,技術性和經濟性,是左右現代企業生產經營的重要因素。根據規劃設計,整個玻纖物流傳輸系統分成五個工作單元,分別為拉絲下料單元、烘干爐分配單元、立體庫存放單元、出庫絡紗區分配單元和空車處理單元。系統的控制軟件部分要完成從玻纖原絲到玻纖產品的自動、半自動連續輸送控制,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,更需要性能優良、穩定可靠的自動化控制系統來完成對整個物流過程的控制和管理。 根據系統需求及實際應用經驗,玻纖物流線自動化控制系統技術方案的思路是采用西門子公司系列PLC自動化產品組成集散控制系統,實現高水平的自動化控制和管理,從而達到低能耗、可靠穩定運行的目標。在系統配置上充分考慮了系統軟、硬件資源的可擴展性,以便在日后需要擴充時,在不影響現有設備運行的隋況下,即可將系統擴大升級。 　　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系統工作流程[/align] 　　3.3系統組成 　　系統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 控制系統結構圖[/align] 　　整個控制系統基于現場總線Profibus-DP模式: 在結構上將計算機控制系統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,并通過DP/PA鏈接器將總線儀控設備接入上位控制工控機,將實時通用數據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、通信網絡融為一體,實現數據共享,有關人員登陸到上位機服務器就可以根據各自權限控制到生產現場的設備的運行情況,真正實現了集中管理,分散控制的目的。 　　基礎設備層: 現場設備以網絡節點的形式掛接在現場總線網絡上,由帶有功能塊的現場總線設備完成對生產過程的控制。隨著系統所采用現場設備的增多,功能的不斷增強,設備層所能提供的現場數據也越來越多。 　　過渡控制層: 用以監視和控制生產過程的系統使用情況,將采集的現場數據傳送到信息管理層。過渡控制層配合并協調各現場設備的工作,為實現先進控制和過程操作優化提供支撐環境,使得系統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場設備通信的每一個步驟,還需要協調和管理系統中其他現場設備的通信過程,檢測并消除多個通信過程相互沖突的情況發生。 　　3.4系統功能化設計 　　在此計算機控制系統中,上層的管理功能塊通過通訊功能塊訪問現場設備來獲取現場數據,從而使得系統上層的控制和信息、管理與底層的現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] 　　采用獨立的現場通信功能塊,使系統的上層管理功能塊向現場通信功能塊發送數據請求,獲取所需的現場數據;現場通信功能塊接收請求,完成現場數據采集任務,并將現場數據發回給管理功能塊。這樣現場設備的通信任務由專門的設備通信程序完成,系統的管理層不直接訪問系統底層的硬件設備。因此對上層管理功能塊而言,不再存在著現場設備兼容性問題,并且系統底層現場設備的通信協議和通信方式的改變,甚至底層現場設備的更新、網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:設備層與數據層之間的通信,數據層和應用層之間的通信,這兩個通信過程既緊密聯系又相互獨立。設備層與數據層之間的通信主要任務是采集現場設備的數據,控制和管理現場設備。通訊功能塊在完成此層間的通信功能時,其實現方式與現場設備和通信設備的通信方式、網絡的拓撲結構密切相關。數據層和應用層之間的通信,主要任務是完成對數據的處理、加工,向管理程序提供統一的數據平臺,實現應用程序之間的數據傳遞和共享。這一層的通訊功能塊的開發需要綜合考慮系統所采用的編程技術、操作系統、數據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中,現場設備的更新升級頻繁,系統功能任務變動較大。因此保持通訊功能決的開放性、模塊化的體系結構是開發通訊功能塊的基本要求。通訊功能塊的開放性體現在: 　　1. 通訊功能塊應盡可能不受系統硬件變化的影響。 　　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中,通信模塊許多功能的實現可以是基于系統的具體硬件環境和系統的具體應用要求,并不要求所開發的通訊功能塊的開放性和通用性能適應所有的系統和滿足系統的各種需要。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 中央控制系統功能分析 　　中央控制系統作為整個自動化控制系統的決策級管理機構,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的可靠運行。該系統主要包括控制機工作站和數據服務器兩大部分。 　　數據庫作為物流線控制系統的數據存儲部分,數據庫的性能直接影響到整個控制系統的性能,在設計物流線控制系統數據庫時,我們主要從以下幾個方面出發,來滿足物流線控制對數據的存儲、讀取需求。 　　1. 能夠滿足數據存儲需求。 　　2. 數據便于最終用戶訪問數據的可用性,也就是便于最終用戶訪問。 　　3. 具有良好的數據庫安全機制。 　　4. 數據庫整體性能合理。 　　5. 盡可能少地存儲冗余數據數據。 本文作者創新點 　　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的框架結構。在功能上,集控制與管理與一體;在實現技術上,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越性能。本文還特別分析了PRFIBUS-DP現場總線的應用,從實踐上驗證這種總線的優異性能。最后對整個控制系統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據管理系統[J],工業控制計算機,2002 （5）: 67-69 　　[2] S.Vitturi. On the use of Ethernet at low level of factory communication systems [M]. Computer standards & interfaces, 2003, 9（5）: 53-56 　　[3] 李建輝,蔡偉波,吳修國. 基于OPC技術的工業控制系統研究與設計[J]. 微計算機信息, 2007, 8-3: 16-18 　　[4] 賀志國,陳大澤,匡綱要.基于COM技術的通用標圖組件的設計與實現[J]. 微計算機應用研究,2005 （6）: 147-149 　　[5] Ash Rofail等著,邱仲潘等譯.COM與COM+從入門到精通[M].北京:電子工業出版社,2000:233-243 　　[6] David S.Platt著.Understanding COM+. Microsoft Corporation, 1999