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基于OPC的PC与PLC实时通讯的LabView实现18
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基于OPC的PC与PLC实时通讯的LabView实现18
第l2期李红梁:基于OPC的PC与PLC实时通讯;基于OPC的PC与PLC实时通讯的LabvieW;李红梁;(西昌卫星发射中心,四川西昌615000);摘要:主要介绍利用OPC标准驱动方式在Labvi;该方法具有一定的代表性;关键词:上位机;PLC;Labview;OPC;;ImpiementationofOPC-base;PLConLabviewPiatf
第l2期李红梁:基于OPC的PC与PLC实时通讯的Labview实现?ll5?基于OPC的PC与PLC实时通讯的LabvieW实现李红梁(西昌卫星发射中心,四川西昌615000)摘要:主要介绍利用OPC标准驱动方式在Labview中实现PC与SIEMENSPLC-300实时通讯的方法。该方法具有一定的代表性。关键词:上位机;PLC;Labview;OPC;SIMATICNET中图法分类号:TP311.11文献标识码:A文章编号:(5-04ImpiementationofOPC-basedCommunicationbetweenPCandPLConLabviewPiatformLIHong-iiang(XichangSatelliteLaunchCenter,XichangSichuan615000,China):Amethodisintroducedinthispapertocommunicatebetweenhost-computerandSIEMENSPLC-300byOPC-basedAbstracttechnoiogyonLabviewpiatform.Thismethodisarepresentativeone.(OLEforProcessControi);SIMATICNETKeywords:Host-Computer;PLC;Labview;OPC1引言以其可靠PLC作为现代控制技术的重要支柱之一,性高、抗干扰能力强等特点在现代控制系统中得到广泛(NationaIInstrument)公司的软的应用。Labview是美国NI件产品,是虚拟仪器编程语言的典型代表。Labview编程高效、灵活、面向对象,其强大的图形编程能力及可视化编程环境得到很多软件开发人员的青睐。(OLEforProcessControI)是基于WindowsNT技术OPC的OLE,其本质是OPCCIient用COM/DCOM接口的扩展,一种开放的、标准化的通讯方式与OPCServer进行通讯。使得不同厂家之间软硬件的OPC规范定义的标准接口,集成易于实现。使用第三方硬件时,只要硬件开发商提供OPCServer,软件开发人员无需编写低层的驱动程序,通过用户软件的OPCCIient即可与之进行数据交互。本文介绍一种基于OPC的PC与SIEMENSPLC-300实时通讯的Labview实现方法,将虚拟仪器技术与PLC技术结合到一起开发上位机控制系统,以实现良好的人机界面与可靠的系统控制。对通讯进行组态并配置OPCServer,Step7v5.l用于对SIEMENSPLC-300进行编程。2.2操作系统Windows2000ProfessionaI。只能SIMATICNET的OPCServer是32位应用程序,运行在WindowsNT4.0及其升级的操作系统中。Windows2000ProfessionaI是WindowsNT4.0的升级版本,因而可以在其中运行SIMATICNET的OPCServer。2.3硬件(CPU3l5-2DP),PC机,SIEMENSPLC-300SIEMENSCP56ll通讯卡,Profibus总线。Profibus总线是SIEMENS公司的一种用于工业控制的现场总线,在l00m范围内通讯速率可达l2Mbps。用于PC与Profibus连接。CP56ll是一种短PCI通讯卡,3通讯方案及其实现3.1通讯方案设计PC与PLC的连接如图l所示。2软硬件条件2.1软件(OPCIncIude),Labview6i,SIMATICNETStep7v5.l。其中Labview6i用于上位机编程,SIMATICNET用于收稿日期:;修返日期:l图lPC与PLC连接图在以上硬件条件下,要在Labview中实现PC与PLC的实时通讯,关键在于如何在Labview编程环境中驱动SIEMENSCP56ll通讯卡。CP56ll被驱动后,PC机即可?ll6?计算机应用研究2003年通过CP56ll与Profibus总线连接,从PLC-300地址块中读出数据或往地址块中写入数据。如SIEMENSCP56ll目前没有LabView的驱动程序,果要在LabView环境中开发SIEMENSPLC的上位控制系统,可以采取两种方案:!开发者自己开发CP56ll的驱动程序,从低层的动态链接库编起;&找到并安装利用NI的OPCCiientSIEMENS的OPCServer应用程序,与之进行数据交互。显然,第二种方案对开发者更方便快捷,因而选用第二种方案。!&#实时通讯的实现杂。采用S7协议时,(Master-COM组态采用主-主方式,只需要对主站进行组态,组态方式相对简Master)单。因而本例使用S7协议。使用S7协议对OPCServer进行组态之前,需要安装SIMATICNET软件中的COMLS7和S7OPCServer两个应“sn-pb-s7”目录,根用程序。在SIMATICNET光盘中找到据软件安装提示进行即可。运行“SIMATICISIMATICCOMLS7组态的步骤如下:应用程序,程序界面如图3所示。组态时NETICOMLS7”需要设置的主要参数为:S7ConnectionName,Remote(l)通讯卡的安装将通讯卡CP56ll插入PC机的PCI插槽,启动PC并安装CP56ll驱动程序。如果通讯卡没有配备专用的驱动程序安装盘,可在PC上安装SIEMENS的Step7软件。软件安装完后会自动搜索SIEMENS硬件,弹出Instaiiing/UninstaiiingInterfaces”对话框。在“Moduie”栏中找到CP56ll,然后按“Instaii!”键即可安装CP56ll的驱动程序。安装CP56ll是通讯处理器启动的前提条件。(2)Step7组态Step7组态的目的在于设置PLC与PC通讯的基本参数(通讯端口地址、通讯协议及通讯波特率)供OPCServer使用,并开放PC需要访问的PLC的内存区(M区)和数据区(DB区)。运行“SIMATICISTEP7ISIMATICManager”应用程序,在“Fiie”菜单中打开“NewProjectWizard...”对话框,在CPU型号栏中选中“CPU3l5-2DP”,在MPIAddress下拉框中选取PLC与PC通讯的端口地址(本例中取5),然后按照Wizard的提示继续,直到生成一个新的工程文件S7Prol)。打开工程文件(图2),双击右边窗口中的“Hardware”,弹出“HWConfig”界面,在“(0)UR”栏中双击“DPMaster”,可弹出DPMaster的属性菜单,在GeneraiIInterface”栏中按“Properties...”按钮,进入下一级菜单,可根据需要修改PLC与PC通讯的基本参数(本例中通讯协议选择DP协议,波特率选l2Mbit/s)。打开PLC电源开关,将Step7工程文件中创建的数据区(DB区)通过RS232转DP/MPI转接器下载到PLC中。至此,供PC访问的PLC数据已经准备好了。图2Step7工程文件(3)COM和OPCServer组态OPCServer启动之前需要在COM中进行组态。OPCServer的组态,根据通讯所使用协议的不同而选择不同的组态方式。使用Profibus总线进行PC与PLC通讯时,可以使用ProfibusDP,ProfibusS7等协议。采用DP协议时,COM组态采用主-从(Master-Siave)方式,需要对主站Master)和从站(Siave)分别进行组态,组态方式比较复Addr,RemoteTSAP,其它参数可取默认值。S7ConnectionName为通讯连接名,其定义应符合Windows文件名的命名规则。RemoteAddr即Step7中设置的通讯端口地址,两者应统一。RemoteTSAP中的参数以“?”号相隔分为两组。第一组为设备号,其中0l代表编程器,02代表上位机,03代表其它。本例中设置为02。第二组为PLCCPU的槽号,一般为02。设置COM参数后,在Fiie菜单中保存为一个TXT文件,并生成一个二进制数据库文件.LDB文件),该数据库文件在配置通讯处理器接口时使用。图3COMLS7组态OPCServer组态的步骤如下:!运行“SIMATICISIMATICNETIOPCServerIOPCSettings”应用程序,弹出SIMATICNETOPCServer界面,在“OPCParameter”选项卡中选中“S7Protocoi”;在“S7Protocoi”选项卡中设置通讯请求周期(本例中设为200ms),并在“SeiectedVFD/CPPairs”栏中选取配对的VFD/CP(本例中为CPL2l);其它参数取默认值。设置好OPCServer参数后,应用并确认即可。&OPCServer组态完毕后,应在Windows中启动该服务器。在“Windows桌面I开始I运行”中输入DCOMCNFG.EXE”命令,在“分布式COM配置属性”中激活OPC.SimaticNET即可。(4)通讯处理器的启动与诊断运行“SIMATICISIMATICNETISettingthePG-PCInterface”应用程序,程序界面如图4所示。在“AccessPath”选项卡“AccessPointofAppiication”下拉列表中选取CPL2l”。只有在“SetPG/PCInterface”中选取了该参数,在OPCServer设置时才能看到该参数的“VFD/CP”配对。在“InterfaceParameterAssignment”列表中选取CP56ll(Profibus)”,然后按“Properties...”按钮,弹出Properties-CP56ll(Profibus)”界面(图5),按照图5设置好参数。其中“HighestNodeAddress”即最大通讯站点数不能取得太大,否则会导致波特率不能设置较高而影响通讯传输速率,应根据实际需要设置。在“Properties-CP56ll(Profibus)”界面“SAPIS7”选项“(本例中为“((““““第l2期李红梁:基于OPC的PC与PLC实时通讯的Labview实现?ll7?卡的“SAPIS7Database”栏中,点击“Search...”按钮,找到COMLS7组态时存盘的二进制数据库文件然后确认。如需要诊断通讯处理器是否配置成功,可点击“SetPG/界面中的“Diagnotics...”按钮,对通讯处理PCInterface”器进行测试;还可以读取Profibus总线的“BUSStation,看Step7组态的通讯端口是否被激活。诊断出Nodes”来的通讯端口是实际被激活的端口,如通讯测试不成功,很有可能是COMLS7组态时,“RemoteAddr”参数没有设置成该被激活的端口。此时应重新对COM进行组态。变量的数据类型一致。在该变量的控件上点击右键(或在BiockDiagram中该变量的端口上点击右键),弹出快捷菜单,选择“DataOperationIDataSocketConnection...”,弹出“DataSocketConnection”对话框(图6)。点击对话框中的“Browse...”按钮,在下拉菜单中选择“Browse,弹出“BrowseforItem”对话框。在MeasurementData...”“BrowseforItem”对话框中双击“OPC.SimaticNET”项,进入将OPCScout中定义的PLCM区或DB区的变量列表,Labview的变量连接到OPCServer中相应的变量上。在“DataSocketConnection”对话框中可选择数据连接的类型,“Pubiish”为将该变量写入到PLC相应地址,(5)OPCScout中定义数据变量SIEMENSOPCServer软件附带了一个OPC监测程序―――OPCScout。这个应用程序在“主-主”组态的情况下非常有用。在OPCScout中可定义OPC连接组以及组中对应PLCM区、DB区特定地址的变量,Labview正是通过OPCCiient,OPCServer用这些变量与PLC进行数据交互的。在OPCScout程序界面的左框中双击“OPCSimaticNET”可新建一个OPC连接组。建组后双击该组名,可进入“OPC-Navigator”界面。双击界面左框的Connections”,打开连接,可看到PLC的M区、DB区、O区等。双击需要建立变量的M区或DB区,根据弹出的对话框生成或监测对应PLC特定地址的数据变量。在生成数据变量时,应注意变量的数据类型。S7的数据类型与vB,Labview中的数据类型在定义上有所不同,数据类型的对应关系见表l,在定义时需要注意。表lS7,vB,Labview数据类型的相互关系S7数据类型vB数据类型Labview数据类型XBooienBooienBByteU8WLongU6DDoubieU32CHARIntegerU8INTIntegerI6DINTLongI32REALSingieSingieSTRINGStringStringOPCScout中生成的S7数据变量与PLC地址是紧密相连的,从变量名可以看出该变量对应的是PLC哪一区的哪一块地址。(6)Labview与PLC数据通讯的建立Labview的DataSocket中隐含了一个NI的OPCCiient,可通过该OPCCiient与SIEMENS的OPCServer进行通讯,从而实现PC与PLC的数据交互。下面介绍如何在Labview中利用OPC建立与PLC的数据连接。在Labview的前面板上生成需要与PLC进行通讯的变量,该变量的数据类型应与OPCScout中定义的相应Subscribe”为从PLC相应地址读出数据显示到该变量。运行Labview程序,改变前面板变量的值,在OPCScout中可观察到PLC对应地址上数据的变化;同样,在OPCScout中改变PLC地址上的数据,该地址对应Labview中变量的值也会变化。至此,基于OPC的PC与PLC实时通讯在Labview中就实现了。图6DataSocket连接属性4提高通讯速率的几点方法前面提到,减少PLC站点数可提高通讯波特率以加快数据通讯;另外,使用更先进的通讯处理器,如将CP56ll卡更换为自带CPU的CP56l3卡或CP56l4卡,也可提高通讯速率。从软件编程的角度出发,提出在特定硬件、特定波特率下提高通讯速率的几点方法。4.1提高PLCCPU用于通讯的百分比Step7组态时,系统默认将PLCCPU的20%用于通讯。提高CPU用于通讯的百分比,也可以提高通讯速率。在图2所示的工程文件中,双击右边窗口中的Hardware”,弹出“HWConfig”界面,在“(0)UR”栏中双击CPU3l5-2DP”,在CPU的属性界面“Cycie/CiockMemery”菜单中,将“ScanCycieLoadfromCommunication”栏中的20改为30或40,即将PLCCPU的30%或40%用于通讯,可以提高通讯速率。但百分比尽量不要超过50%,以免通讯程序影响PLC主程序的运行。4.2根据系统实际情况设定通讯请求周期一般而言,通讯请求周期(ReguestCycie)越短,通讯的速度越快。但是,频繁的请求会加重CPU的负担,反而会降低通讯速率。本人在软件调试过程中发现,通讯请求周期小于20ms时,通讯速率不升反降;通讯请求周期设置在l50~200ms时,通讯速率比较高。在开发通讯程序时,如果程序运行比较快,可考虑在软件中主动进行延时。通讯请求周期的设定,不同系统是完全不同的,需要经过不断的调试才能取得较好的效果。改变通““““?118?计算机应用研究2003年讯请求周期,在“SIMATICISIMATICNETIOPCServerIOPC中进行。Settings”5结束语本文介绍的基于OPC的PC与PLC实时通讯Labview实现方法适用于SIEMENS几乎所有的通讯总线和通讯卡。如使用不同的通讯总线和不同类型的通讯卡,组态时选取相应的总线型号和通讯卡型号即可。vB,vC等其它编程环境使用OPC技术实现PC与PLC的通讯,亦可参考此方法。该方法已应用于西昌卫星发射中心常规加注控制系统改造项目中,系统运行稳定、可靠,效果良好。参考文献:[1]SIEMENSSIMATICNETIndustiaICommunications[Z].CataIog,[2]CarIosBarberino.HowtoCommunicatewithS7PLCUsingan[EB/OL]..AppIicomBoard[3][EB/OL].[4][EB/OL].[5]陈宇峰,张国忠,胡益民.OPC标准驱动程序实现方法[J](9):.计算机应用研究,-116,125.4.3减少PC与PLC之间的通讯变量OPC是一种使用变量进行通讯的方法。在具体的通讯过程中,通讯变量与通讯变量之间地位是相等的,即一个布尔量与一个几十或上百字节的数组在读写时通讯时间基本相当。因此,提高PC与PLC之间的通讯速率可采取适当压缩通讯变量个数的方法。实际操作尽量把中,在OPCScout和Labview中定义通讯变量时,类型相同的数据组合成一个数组,减少变量以加快PC与PLC之间的通讯。4.4方法PC对PLC通讯的控制变量采用变化时刷新的通讯PC从PLC读取数据比往PLC写数据时间要短,的主要时间消耗在PC往PLC写入数据的过程中。如果通讯速率显然难PC的每个软件周期均有数据写入PLC,以提高。因此应尽量减少PC往PLC写入数据的次数,对必须写入的数据即PC对PLC的控制变量,采取变化时发送通讯请求然后刷新数据的方法,可比较明显地提高通讯速率。(上接第114页)作者简介:李红梁(1971-),男,湖南汩罗人,工程师,硕士,主要研究方向为虚拟仪器及工业自动化控制技术。升级、扩充、联网方便,便于推广。2.2下位机软件下位机软件采用SIEMENSStep75.0版本编程软件。用Step7在上位机中对整个Profibus网络组网,然后下载到下位机(PLC)中。(图4)。OB组织块是下位机软件系统的总控模块它是循环执行的,周期可通过软件修改,组织块执行过程中调用功能和功能块以实现程序控制功能。4结束语中国啤酒业是我国酿酒行业中最年轻、最活跃,也是发展最快、规模最大的行业。二十年来,中国啤酒行业无论是在产量上还是质量上都取得了举世瞩目的成就,啤酒总产量现居全球第二位。在我国加入WTO后,企业面临着生存考验。为了确保企业市场竞争优势,加速科技产业化进程,积极采用先进技术和设备,使用FCS来取代DCS符合我国工业发展的根本利益,而且已经迫在眉睫。参考文献:[1]金以慧.过程控制[M]清华大学出版社,.北京:.[2]黎润钟.发酵工厂设备[M]航天工业出版社,.北京:.[3]钟肇新,王灏.可编程控制器入门教程[M]华南理.广州:工大学出版社,.3系统主要功能(1)实时检测温度、压力、流量、液位、溶氧、浊PH值、度、容量等参数值,能满足生产所需的测量范围和精度要求。(2)对控制对象的工作过程进行自动控制,使温度、压力、流量、重量、浊度、PH值等参数按规定要求保持变化。(3)执行元件及仪表采用国内外知名企业、进口或合资企业厂家生产的产品,能在密封、高低温、振动、潮湿、防爆等恶劣条件下长期稳定、可靠的工作。作者简介:刘炯(1974-),男,技术部经理,工程师,工业电气自动化专业学士,主要从事啤酒自动化控制系统的研究与开发;王利瑞图4下位机软件模块结构(1966-),男,副总经理,高级工程师,工业电气自动化专业学士,主要从事啤酒自动化控制系统的研究与开发;敖乐根(1977-),男,助理工程师,工业电气自动化专业学士,主要从事啤酒自动化控制系统的研究与开发;邓永峰(1980-),男,助理工程师,工业电气自动化专业学士,主要从事啤酒自动化控制系统的研究与开发。(4)电机、阀门等的开关既可由程序自动控制,也可由操作工手动操作,操作冗余,使用户操作更为方便。且当系统万一出现故障,也不致影响生产。(5)软硬件设计力求模块化、规范化、商品化,系统基于OPC的PC与PLC实时通讯的LabView实现作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:李红梁西昌卫星发射中心,四川,西昌,615000计算机应用研究APPLICATION RESEARCH OF COMPUTERS)15次 1.查看详情 2.Carlos Barberino How to Communicate with S7 PLC Using an Applicom Board3.SIEMENS SIMATIC NET Industial Communications 19984.陈宇峰;张国忠;胡益民 OPC标准驱动程序实现方法[期刊论文]-计算机应用研究 .查看详情 1.雷雨.陈白宁 基于OPC的S7-300PLC与力控组态软件通讯实现[期刊论文]-成组技术与生产现代化 .石灵丹.华斌.朱歆州.吴明 基于OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯[期刊论文]-船电技术 .杨艳霞 在Labview环境下利用PRODAVE实现PC与PLC数据通信[期刊论文]-中国高新技术企业 2010(17)4.李丹.任庆昌.闫秀英 基于OPC技术和欧姆龙协议宏的控制网络通信的实现[期刊论文]-工业控制计算机 .朱青.王直.李垣江.胡煜 基于LabVIEW与OPC的船舶机舱报警系统设计[期刊论文]-现代电子技术 2009(1)6.孔维社.李明.张家兵.陆万杰.甄国清 基于第三方OPC服务器的IFIX与PLC通信研究[期刊论文]-电脑知识与技术(学术交流) 2007(20)7.李丽娜.柳洪义.罗忠 语音控制电磁阀试验系统自动夹具的设计与实现[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术2007(3)8.李丽娜.柳洪义.孙一兰 一种基于LabVIEW及FluidSIM-H的PLC控制液压系统仿真方法[期刊论文]-机床与液压2007(10)9.魏宏波 基于Labview的发电机组监控系统的设计[期刊论文]-自动化技术与应用 .魏东.刘蕴红 基于LabVIEW的中央空调远程实验室的开发[期刊论文]-计算机应用 .方雄 基于OPC的PC与S7-300间实时通迅的VB6.0实现[期刊论文]-工业控制计算机 .郇黎明 基于虚拟仪器技术的发酵智能测控系统集成与应用研究[学位论文]硕士 200613.谭曦 基于OPC的光纤光栅传感器接口程序研究与设计[学位论文]硕士 200614.安琪 脱硫石膏炒制控制系统的开发与研究[学位论文]硕士 200515.徐恒斌 基于OPC技术的C/S模式的多层分布式数据库系统研究[学位论文]硕士 2005 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基于OPC技术的上位机与西门子PLC的通信
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