張世超，劉建生，張 超，張 偉，李 敏

（1.北京利瑪環(huán)太科技有限公司，北京 100120；2.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

該技術(shù)應(yīng)用于“高壓電容高頻干燥設(shè)備”，該設(shè)備是我公司為國內(nèi)某企業(yè)研發(fā)的新一代高壓電容干燥設(shè)備，用來升級(jí)傳統(tǒng)的導(dǎo)熱油干燥設(shè)備。由于該設(shè)備使用了高壓高頻電加熱，傳統(tǒng)設(shè)備上利用多個(gè)熱電偶接觸式測量電容溫度的方法不適用于此設(shè)備，因此該設(shè)備使用了能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式多點(diǎn)測量溫度數(shù)據(jù)的Optris紅外測溫系統(tǒng)。在設(shè)備調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)OPtris紅外測溫系統(tǒng)在利用工控機(jī)的RS485接口與PLC通訊時(shí)頻繁被工廠的其他設(shè)備干擾，出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤現(xiàn)象，因此嘗試在Optris紅外測溫系統(tǒng)開發(fā)包的基礎(chǔ)上開發(fā)具有OPC客戶端功能的通訊軟件，并利用OPC服務(wù)器軟件Kepserver和以太網(wǎng)對PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，而以太網(wǎng)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、高效的通訊特性是該技術(shù)研發(fā)的前提基礎(chǔ)。經(jīng)過長期現(xiàn)場測試，該方案徹底解決了Optris紅外測溫系統(tǒng)與PLC通訊異常的問題。

1 OPC簡介

OPC是基于Microsoft的OLE/COM/DCOM技術(shù)，包含了自動(dòng)化應(yīng)用中一整套的接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)[3]。OPC技術(shù)在應(yīng)用上主要包含OPC服務(wù)器和OPC客戶端兩部分。OPC服務(wù)器是一個(gè)數(shù)據(jù)源提供程序，收集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)信息；按照面向?qū)ο笤瓌t，OPC服務(wù)器被作為一個(gè)對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面，客戶程序通過標(biāo)準(zhǔn)接口訪問OPC服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性。OPC客戶端是一個(gè)數(shù)據(jù)接收程序，通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC服務(wù)器通信，獲取OPC服務(wù)器的信息，凡是符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶程序可以訪問任何廠商的OPC服務(wù)器[3]。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在利用OPC通訊技術(shù)之后，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，工控機(jī)上安裝的Optris紅外測溫軟件通過以太網(wǎng)讀取紅外熱成像儀上的圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)。OPC通訊軟件利用Optris紅外測溫軟件開發(fā)包里的溫度數(shù)據(jù)讀取函數(shù)從電腦讀取不同溫區(qū)的溫度數(shù)據(jù)，并把溫度數(shù)據(jù)寫入Kepserver配置好的變量中，而Kepserver上的變量與PLC中的變量一一對應(yīng)，這樣即可將溫度數(shù)據(jù)寫入PLC中。

2.2 開發(fā)OPC客戶端的接口方式選擇

OPC服務(wù)器通常支持兩種類型的訪問接口：自定義接口和自動(dòng)化機(jī)接口，它們分別為不同的語言環(huán)境提供訪問機(jī)制。

自定義接口是任何OPC服務(wù)器必須支持的訪問接口，為用C/C++等高級(jí)語言編寫的客戶程序帶來靈活高效的調(diào)用手段。

自動(dòng)化接口是可選接口，它提供了自動(dòng)配置和存取過程數(shù)據(jù)的接口，能為高級(jí)語言客戶程序提供極大的便利，但其傳輸效率比自定義接口要低。

該項(xiàng)目中所設(shè)計(jì)的OPC通訊軟件采用C#編程語言，由于溫度變化緩慢，短時(shí)間內(nèi)的溫度變化對PLC控制影響可以忽略，為了加快項(xiàng)目進(jìn)度，因此使用自動(dòng)化接口。

2.3 自動(dòng)化接口層次模型

OPCAutomation.dll包含了用于OPC通訊的自動(dòng)化接口，自動(dòng)化接口之間的層次模型如圖2所示，從上至下呈包含關(guān)系。

圖2 自動(dòng)化接口層次結(jié)構(gòu)圖

OPC Server：OPC服務(wù)器，是獲得其他對象和服務(wù)的類，并用于返回OPC Group類對象。

OPC Groups：OPC Server對象內(nèi)OPC Group對象的集合。

OPC Group：存儲(chǔ)由若干OPC Item組成的Group的狀態(tài)信息，用于返回OPC Item類對象，并為OPCItem提供數(shù)據(jù)訪問機(jī)制。

OPCItems：OPC Group對象內(nèi)OPCItem對象的集合。

OPCItem：用于存儲(chǔ)具體Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。

OPCBrowser：用來瀏覽OPCServer內(nèi)OPCItem名稱，一個(gè)OPCServer內(nèi)只能有一個(gè)OPCServer。

2.4 OPC通訊軟件程序?qū)崿F(xiàn)

該OPC通訊軟件是在開發(fā)包TempMonitor程序的基礎(chǔ)上編寫的，TempMonitor是在VisualStudio 2013平臺(tái)上利用C#語言編寫的讀取溫度數(shù)據(jù)的程序。由于OPC通訊軟件程序篇幅較大，下面只對程序創(chuàng)建的關(guān)鍵步驟和方法進(jìn)行描述。

2.4.1 在TempMonitor程序中添加OPC功能

1）在項(xiàng)目上新建OPC類OPC.cs，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建OPC類示意圖

2）在OPC類上引用OPCAutomation文件，如圖4所示。

圖4 OPC類引用OPCAutomation文件示意圖

3）用下列語句在OPC類內(nèi)創(chuàng)建并連接本地OPC服務(wù)器。

4）用下列語句在OPC類內(nèi)創(chuàng)建組對象

5）用下列語句向組中添加讀寫項(xiàng)（AddItems函數(shù)中參數(shù)省略，具體可閱讀OPC技術(shù)手冊）

2.4.2 讀取溫度數(shù)據(jù)并寫入PLC

1）在主程序畫面中放置backgroundWorker組件。

BackgroundWorker是·net里用來執(zhí)行多線程任務(wù)的組件，有些耗時(shí)較長任務(wù)在主程序中運(yùn)行時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致用戶界面停止響應(yīng)，此組件可以解決這個(gè)問題。由于讀取溫度數(shù)據(jù)和向PLC寫溫度數(shù)據(jù)會(huì)占用大量時(shí)間，如果直接在Formain主程序中實(shí)現(xiàn)這些功能，會(huì)導(dǎo)致窗口界面停止響應(yīng)，所以通過使用BackgroundWorker組件，使讀寫溫度數(shù)據(jù)的功能在后臺(tái)任務(wù)中實(shí)現(xiàn)。

2）激活BackgroundWorker組件的DoWork函數(shù)，該函數(shù)內(nèi)可以放置后臺(tái)操作的任務(wù)。本程序?qū)囟葦?shù)據(jù)寫函數(shù)KepGroup1.AsyncWrite( )和開發(fā)包里的溫度讀取函數(shù)GetTempMeasureArea( )放進(jìn)該函數(shù)內(nèi)執(zhí)行。

3 軟件測試結(jié)果

圖5是軟件現(xiàn)場測試截圖。高壓電容溫度測量包括對金屬導(dǎo)體鋁芯和非金屬表層介質(zhì)紙卷的測量。實(shí)驗(yàn)中設(shè)定了8個(gè)溫區(qū)分別測量了4只電容鋁芯和紙卷的溫度數(shù)據(jù)，從圖4可以看出溫度數(shù)據(jù)正常。其它溫度數(shù)據(jù)顯示-100表示測試時(shí)Optris測溫軟件沒有設(shè)定相關(guān)溫區(qū)，測溫軟件默認(rèn)返回-100。

圖5 軟件現(xiàn)場測試截圖

4 結(jié)束語

該技術(shù)成功解決了高壓電容高頻干燥設(shè)備上Optris紅外測溫系統(tǒng)與PLC在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中通訊時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸異常的問題，對于設(shè)備的成功研發(fā)起到非常重要的作用。