OPC在SIEMENS PLC与IFIX之间冗余网络中的实现

一、引言 以太网作为一项比较成熟的技术正向自动化领域逐步渗透，从企业决策层、生产管理调度层向现场控制层延伸。 以太网由于采取冲突竞争的传输方式，具有传输不确定性的特点。但随着带宽的增加、冗余措施的加强和自诊断程序的完善，以太网完全可以满足中大型控制系统实时性的要求。现代工业控制系统通常以PC机为上位机，通过与现场工控设备如PLC的数据交换与处理，实现对生产过程的自动控制。 对于自动化行业的不同厂家都规定了自己的通讯方式，都形成了自己的通讯标准，但是在众多厂家的兼容性问题上，为了克服这样的障碍，那么每个厂家要预留第三方的通讯接口，这时OPC的出现，随着OPC技术的成熟发展和普及，它已成为工业过程控制的通信标准。 本文描述了SIEMENS公司的400H PLC和上位机IFIX之间的冗余OPC通讯的实现方法。 二、OPC技术简介 OPC(OLE for Process Control—用于过程控制的对象连接与嵌入)是一套以微软对象连接与嵌入OLE、组件对象模型COM、分布式组件对象模型DCOM(Distributed COM)技术为基础，基于Windows操作平台，为工业应用程序之间提供高效的信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准。OPC实际上是提供了一种机制，通过这种机制，系统能够以服务器/客户端标准方式从服务器获取数据并将其传递给任何客户应用程序。这样，只要生产商开发一套遵循OPC规范的服务器与数据进行通信，其他任何客户应用程序便能通过服务器访问设备。 OPC技术建立了一组符合工业控制要求的接口规范，将现场信号按照统一的标准与SCADA 、HMI等软件无缝连接起来，同时将硬件和应用软件有效地分离开。只要硬件开发商提供带有OPC接口的服务器，任何支持OPC接口的客户程序均可采用统一的方式存取这些设备，无须重复开发驱动程序。这样大大提高了控制系统的互操作性和适应性。 三、系统设计 1、配置说明： 结合OPC的特点，SIEMENS针对第三方的产品开发了SIMATIC NET软件，SIMATIC NET 是SIEMENS在工业控制层面上提供给您的一个开放的，多元化的通讯系统。它意味着您能将工业现场的PLC、主机、工作站和个人电脑联网通讯，为了适应自动化工程中的种类多样性，SIMATIC NET 推出了多种不同的通讯网络以因地制宜，OPC是其中的一种通讯方式。SIMATIC NET OPC 服务器随SIMATIC NET 软件光盘提供， 其名称为OPC.SimaticNET。OPC 客户应用程序可以通过一个标准、开放的多供应商接口，与OPC 服务器进行通讯。 另外，SIEMENS为了解决冗余PLC到OPC Server的数据交换，需要采用SIEMENS公司的 CP1613冗余通讯卡来实现冗余网络的OPC数据交换。 在HMI组态方面，采用当前比较流行的，使用非常广泛的IFIX 作为上位机监控软件，为了解决IFIX 与 SIEMENS PLC之间的通讯，可以从SIMATIC NET 中读取数据，IFIX提供了SI7 的通讯驱动，只要安装了SI7驱动，就可以对SIMATIC NET OPC Ser- ver中进行数据读写。从理论分析的到的框架结构如图一所示。 2、控制系统硬件和软件需求： 在控制系统的设计方面，硬件和软件需求如下： 1)、SIEMENS 414-4H 控制系统一套 2)、CP1613冗余通讯卡 3)、Step7V5.4编程软件 4)、SIMATIC NET OPC服务软件 5)、IFIX3.5 组态软件 6)、SI7驱动软件 图一、SIEMENS PLC和IFIX的实现方法 3、控制系统的网络结构： 结合以上的硬件和软件的需求实现的网络架构如图二所示： 图二、控制系统的网络结构 4、OPC通讯方法测试 第一步、在Step7中对SIEMENS PLC进行组态，组态的时候需要进行网络组态，具体的组态配置如图三所示： 图三、PLC的硬件组态和OPC的组态 第二步、组态完毕后通过Ethernet对PLC硬件下载和SIMATIC NET的OPC下载。只有这样才能使得OPC Server 正常运行。 第三步、当OPC正常运行后，在SIMATIC NET中启动OPC SCOUT，在OPC SCOUT中创建需要跟S7通讯的变量。通过编程测试PLC通过冗余以太网跟OPC SCOUT之间的通讯正常。 第四步、通过IFIX的SI7实现与OPC SCOUT 之间的数据交换。简单的测试结果如图四所示： 图四、OPC 通讯测试结果显示 从图四中可以看出，OPC SCOUT与PLC的冗余网络通讯正常，通讯质量OK。在IFIX中，同时创建了2个变量访问OPC SCOUT，得到的结果可以证实，OPCServer在IFIX与SIEMENS PLC之间的通讯起到了承前启后的作用。 三、项目应用 通过OPC在SIEMENS PLC与IFIX的冗余网络测试成功后，对现有的测试结果应用到项目中。 河南省南阳天益电厂2X600MW的锅炉补给水系统采用SIEMENS 414-4H冗余控制器，上位机采用IFIX组态软件对现场设备进行监控、操作、数据存储，由于OPC的灵活开放的功能，才能够简单、方便、无需编程的方法实现了通讯功能。 四、结束语 采用OPC的通讯方式，编程方便、调试简单， OPC通讯，解决了各大自动化厂家的通讯难题，同时打破了各大自动化厂家垄断的格局。该项目2007年10月运行至今，系统运行稳定、良好可靠。 五、参考文献 [1]廖常初 S7 300/400 PLC应用技术 2005 [2]IFIX电子编程手册