杨璐
（东莞怡合达自动化股份有限公司）
摘要：随着我国科学技术水平的不断进步，工业在这一时期得到了长足的发展。这一行业发展现状是与OPC工业标准的确立分不开的，文章阐述了OPC技术在PC系统上的连接方式，详细的分析了其进行通讯过程的原理。这一内容的指出明确了搭建OPC技术中的PC机与西门子PLC系统通信架构的方式。在此过程中，Simatic NET应用软件实现了OPC客户端与OPC服务器的实时连接。
关键词：OPC技术的PC；西门子PLC控制系统；连接通讯
引言
伴随着工业发展不断先前推进，这就使科学技术人员面对着大量的信息数据处理和长距离实时通讯的问题。西门子PLC由于其具有功能性强以及易操作性的特点，被广泛的应用于我国各类工业领域的建设过程中。本文对西门子PLC技术的应用现状进行分析，旨在使相关行业建设者更加清晰PLC当前的使用情况。
一、OPC技术的PC
OPC（OLE for Process Control），是一种用于过程控制的工业标准，它可以解决各种信息设备驱动程序的通信和应用软件的通信。对于不同制造商提供的服务程序和驱动程序，具体的解决方式是将这两种程序结合在一起。 这就解决了以往要想及时存取现场设备的数据信息，必须对每一个应用软件开发商进行编写接口函数的技术难题。随着科学技术的不断进步现场设备的型号种类繁多，与之对应的产品也跟着不断更新升级，这就为设备用户和软件开发人员带来了庞大的工作量。OPC工业标准在这一时期应运而生。OPC工业标准是以微软公司的OLE技术为研发基础的，而在OPC技术中所使用的技术是OLE 2技术。OLE技术标准成功的连接起多台计算机，使之可以在相互之间交换图案、文档等信息数据。可以说OPC工业标准的研发使用，为连接现场不同设备以及建立企业信息系统的复杂程序提供了一个工作效率高、可靠性强以及交互操作性好的进行方案。
此外，这一技术还定义了在Microsoft操作系统中PC之间过程信息数据的交换形式。而且OPC技术还形成一个系统，这一系统是由OPC客户端以及OPC服务器组成的。这就使得0PC客户端与OPC服务器之间的连接互换是通过标准COM来进行实现的。
二、西门子PLC
现阶段，德国西门子公司的PLC产品在我国的工业领域应用的范围相当广泛，如化工、冶金以及印刷等都有其身影。西门子PLC之所以在我国应用范围之广是由于其具有体积小、使用便利、速度快以及标准化的特点。除此之外，西门子PLC还具有计算机网络通信能力以及功能性更强的应用效果。西门子PLC这一可编程控制器不需要大量的元件来为运行提供支撑，这就使得这种设备内部的连线得到减少。与此同时，连线减少使得系统设备在维修的过程中降低了维修的难度缩短了停工的时间，这就为企业节约了一定的经济成本。西门子PLC还具有断电保护功能，当控制器发生故障时系统会自动断电来对信息数据进行保护。西门子PLC是为工业生产而开发出的过程控制系统，这就意味着它需要具有更简单、易操作的编程控制语言和更质量过关的设备硬件。西门子PLC正是如此，采用了极为精简的编程控制语言，这就在很大程度上降低了进行编程的出错率。
西门子PLC具体的编程操作内容是将程序输入系统中，可编程控制器将输入的信息直接在屏幕上显示出来，这可以实现对输入的程序进行检查和完善。此外，西门子PLC系统中有多种程序语言可以使用，而且这些语言与电气原理和梯形图较为相似。这就使得实际的操作人员更容易理解程序内容，进而对设备的应用进行熟练的掌握。
三、通讯的实现
3.1系统的软、硬件配置
软件配置为：SIMATIC Step7 V5.4，SIMATICNET PC SOFTWARE V6.2 SP1，LabVIEW 8.2。Step 7和SIMATIC NET PC SOFTWARE V6.2 SPI用于对西门子PLC进行编程并组态OPC Server；LabVIEW 3.2用于PC机监控系统程序的编写。
硬件配置为：PC机，Siemens PLC- 300（CPU-315 2DP），以太网通讯模块，数字输入/输出模块，模拟输入/输出模块，存储卡，编程线缆，普通自适应以太网卡，网线。
针对以上软硬件配置，结合以太网的通讯优势，考虑最简化程序设计，PC机与PLC通讯硬件连接如下图所示。
3.2 基于以太网的S7-300 PLC与OPC Server通讯的组态
这里要建立的OPC Server与PLC的连接是以SIMATIC NET为基础的，SIMATICNET是西门子在工业控制层面上提供的一个开放的，多元的通讯系统。它能将工业现场的PLC、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，这些通讯网络符合国际标准。
我们可以先在PC机.上建立OPC服务器，通过网络（以太网、Profibus、Profinet、Canbus等），OPC服务器中的数据就可以与西门子PLC中的数据建立起互为映像的关系。本文采用以太网作为传输介质，所使用的OPC Server为SIMATIC.NET OPC Server，其名称为：OPC.SimaticNETB。
3.2.1 配置PC站硬件机架
当SIMATIC NET软件成功安装后，即可通过点击Station Configuration Editor进入配置窗口。选择一号插槽，点击Add按钮添加，在添加组件窗口中选择OPC Server点击OK即完成。同样方法选择三号插槽添加IE General。插入IE General后，即弹出其属性对话框。点击NetworkProperties，进行网卡参数配置。点击NetworkProperties后，Windows网络配置窗口即打开，选择本地连接属性菜单设置网卡参数，设置IP地址和子网掩码。点击Station Name按钮，指定PC站的名称，这里命名为E_ OPC.
3.2.2配置控制台（Configuration Console）
配置控制台是组态设置和诊断的核心工具，用于PC硬件组件和PC应用程序的组态和诊断。正确完成PC站的硬件组态后，打开配置控制台（start simatic- simatic net- Configurationconso；ole），可以看到所用以太网卡的模式已从PGmode切换到Configuration mode，插槽号（Index）也自动指向3。在Acess Points设定窗口中，将S7ONLINE指向PC intermal（local）。此设定是为PC站组态的下载做准备。
3.2.3在Step 7中组态PC Station并下载到PLC中
打开SIMATIC Manager，创建一个新项目，如“E_ OPC”。通过Insert- +Station- +Simatic PcStation插入一个PC站。双击Configuration即可进入PC Station组态界面。
在硬件组态中，从硬件目录窗口选择与已安装的Simatic net 软件版本相符的硬件插入到与在Station Configuration Editor 配置的PC硬件机架相对应的插槽中。
点击IE General属性对话框中Properties按钮打开以太网接口参数设置对话框，按要求设置以太网卡的IP地址和相应的子网掩码。IP地址应与实际硬件所设以太网卡IP地址一-致。并用New按钮建立一个Ethermet网络。确认所有组态参数，完成网卡设置。
完成PC站组件设置后，按下编译存盘按钮确定且存储当前组态配置，编译无误后，点击Configure Network按钮，进入Net Pro配置窗口。
在Net Pro网络配置中，用鼠标选择OPCServer后在连接表第一行鼠标右键插入-一个新的连接。
确认所有配置后，已建好的S7连接就会显示在连接列表中。点击编译存盘，如得到No error的编译结果，则正确组态完成，如下图所示。
图，正确组态完成后的Net Pro窗口
完成PC站组态后，即可在NetPro窗口点击功能按钮栏中下载按钮将组态下载到PC站中。下载完成后，可以打开Station Configuration Editor窗口检查组件状态。
3.3 PC机通过LabVIEW与S7-300 PLC实时通讯的实现
PC机通过LabVIEW与OPC Server进行通讯有三种方法：1）通过ActiveX自动化接口实现对OPC Server的访问；2）通过NI的DataSocket技术实现与OPC Server的通讯；3）利用LabVIEW DSC模块与OPC Server通讯。其中前两种方法只适合与少量点数的OPC标签连接。因为需要编写多段重复代码或是通过For循环来读写，因此当点数增多时会降低读写速度并让系统变得不利于维护。通过DSC模块内建的与OPCServer通讯的机制，不仅编程变得相当容易，而且其编程规模和读写速度皆不受点数的限制。鉴于实际系统的点数很多，结合项目的实际情况，我们选择了第三种方法。
3.3.1 LabVIEW DSC模块介绍
DSC（datalogging and supervisory control）数据记录与监控模块专为分布式数据获取与监控（supervisory control and data acquisition，SCADA）系统设计，能轻松与OPC Server通讯，也能生成自己的OPC Server。此外还有很多SCADA常用功能。例如基于配置的警报和事件。应用程序的用户级安全机制，分布式监测和控制的图形化开发，实时与历史数据追踪，内置联网便于与第三方设备的数据共享和集成，分布式数据记录的联网数据库等。由于DSC模块能与LabVIEW8.2开发环境无缝集成，因此基于LabVIEW8.2及DSC模块开发的SCADA系统能充分利用LabVIEW强大的数据处理与分析功能，具有传统SCADA组态软件无可比拟的优势。
3.3.2 利用LabVIEW DSC实现对OPC Server的访问
LabVIEW8.2 DSC通过引用共享变量与OPC标签连接的方法。共享变量可以与本地或网络上任何一台电脑上的OPC标签绑定。当绑定好后，用户只需要把共享变量当作普通变量- -样操作就可以了。
在LabVIEW8.2中绑定共享变量很容易。首先必须利用西门子提供的OPC Scout软件对PLC中需要通讯之变量的数据类型和地址进行定义，这样就完成了OPC标签值的制作。接着打开LabVIEW8.2，在项目中新建一个库，然后在库中新建一个I/O Server，在建立过程中可以浏览到本机或网络，上的OPC Server，然后将I/O Server与所需要连接的OPC Server绑定。在Library中新建一个共享变量与I/O Server中列出的OPC标签绑定。共享变量通过OPC.SimaticNET与PLC中的数据进行绑定。绑定完成后就可以把这个共享变量当作一个普通的变量在LabVIEW编程中使用了。
通过共享变量读取OPC标签值有几种方法：直接将共享变量拖到前面板直接绑定运行或者拖到后面板当成变量进行编程，这两种方法使用起来很简便，但是在变量多时，不利于变量的管理；还有一种就是利用DSC模块提供的事件方法。
采用事件驱动方法的好处是：一方面，程序不需要像轮询那样去不断读取OPC标签值，而只是当OPC标签值变化时才触发相应的处理程序；另一方面，Library中的共享变量不论多少，我们的程序都无需作任何改动，就能将所有的OPC标签值读到同一数组中，再对该数组进行索引即可得到相应的各变量值，因此这种方法效率最高。
图，利用事件驱动方式读取OPC标签值的程序
四、OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯
西门子PLC系统的S7系列具有设备体积小、运行速度快以及操作标准化的特点，笔者根据这一系统中的S7-300以及IFIX软件为例来阐述OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯方式。
4.1 通信架构
OPC技术中PC机与西门子PLC之间的通信是依靠西门子S7-300设备中的 Simatic NET的配置元件来实现的，这就使得两者之间的通信是在PC机中的两个虚拟站里完成的。首先，将其中一个PC机虚拟站配置成OPC技术的服务器，并使OPC工业标准的函数接口和PLC系统进行通信。IFIX软件在其过程中发挥的作用是实现OPC客户端与 OPC 服务器之间的有效连接。其中西门子S7-300PLC系统设备的软硬件配置是由一台PC机、通信模块以及DP通信电缆等组成连接线的。
4.2 OPC技术与西门子PLC系统的通讯组态
Simatic NET配置元件是西门子S7-300PLC设备中负责控制系统层面上的多元通信系统。这一通讯系统的运行是在OPC工业技术标准的支持下而实现的，这就使得Simatic NET支持多种通信系统的协议。当Simatic NET配置元件安装完毕后，就可以在PC机的桌面上显示出所应用软件的图标。点进去选择1号插槽选择添加就可以在窗口中成功添加组件。然后，选择3号插槽来添加CP5613，这样就可以通过这一软件内容来分配数据参数。例如，波特率、设备地址等。此外，还可以将CP5613 PROFIBUS设备的地址设置为2，而波特率设置为1.5M。这些步骤都操作完毕后即完成了CP5613通讯组件的添加。需要注意的是在分配CP5613 PROFIBUS参数时，也可以将其设置为DP。当CP5613 PROFIBUS作为DP的主站时，BUS profile则应也随之设置为DP。最后，选定PC虚拟站的站名，可命名为 Profibus OPC。设置完成后点击确认，这一过程就是PC站硬件组态的运行全过程。
结束语
OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯是将两个系统所具备的优势集中到一起，目的是提高其现阶段的系统设备使用效率。笔者以西门子PLCS7系列中的S7-300与PC机进行实时通讯的过程来阐述在连接过程中需要注意的问题。
参考文献：
[1]吴明. 基于OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯.船电技术，2011.
[2]叶羽君. 基于OPC技术的PC机与西门子PLC的通信.自动化技术与应用，2015.
论文作者:杨璐
论文发表刊物:《河南电力》2018年5期
论文发表时间:2018/9/7
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