【正文】 正是基于 OPC 技術(shù)的工業(yè)通信技術(shù)接口。 無論您與之通信的設備是過程儀器、可編程邏輯控制器（ PLC）、智能傳感器還是單循環(huán)控制器， LabVIEW 都提供了各種可靠的、易于使用的工具，以幫助您滿足您的任何通信需求。 LabVIEW 支持用于不同自動化設備間信息交換的面向過程控制 OLE（ OPC）。 LabVIEW 包含對 OPC 數(shù)據(jù)訪問 OPC 規(guī)范的一次新近擴展，它提高了訪問來自過程控制軟硬件的實時數(shù)據(jù)的性能與可靠性的兼容性。利用面向 NI LabVIEW 的Modbus 函數(shù)庫或者 DSC 模塊中內(nèi)置的 Modbus I/O 服務器，您可以使用任何以太網(wǎng)或串口作為一臺 Modbus TCP 或 Modbus 串行主設備或從設備。利用這一 Modbus I/O 服務器與通信網(wǎng)關(guān)，您可以將任意工業(yè)網(wǎng)絡上的現(xiàn)有設備方便地吸納至您的 LabVIEW 應用。通信網(wǎng)關(guān)支持各種網(wǎng)絡，其中包括 DeviceNet、 ControlNet、 EtherIP、 PROFIBUS 與PROFIN等。 本文是基于 DSC模塊中內(nèi)置的 Modbus I/O Servers 與 NI OPC Servers 通信連接。 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 3 本研究課題名稱 : 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 LABVIEW 概述 LabVIEW是虛擬儀器 (Virtual Instrument， VI)領(lǐng)域最具代表性的圖形化編程軟件，廣泛應用于工業(yè)自動化測試、過程處理和控制領(lǐng)域 。 虛擬儀器（ Virtual VI）的概念，是美國國家儀器公司（ National Instruments NI）于 1986年提出的。 NI公司同時也提出了 “ 軟件即儀器 ” 的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無法改變的局面，從而引起了儀器 和自動化工業(yè)的一場革命。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級實驗室以及研究機構(gòu)發(fā)展的方向。虛擬儀器，它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器。它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計算機的先進技術(shù)，使儀器的測試和測量及自動化工業(yè)的系統(tǒng)測試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。 虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)在計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字化，智能化，模塊化，網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。電子測量儀器發(fā)展至今，大體上可以分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能一起和虛 擬儀器。第一代模擬儀器，這類儀器在某些實驗室里還能看到，它是以電磁感應基本定律為基礎(chǔ)的指針式儀器，如指針式萬用表、晶體管電壓表、指針式電流表等。第二代數(shù)字化儀器，這類儀器現(xiàn)在相當普遍，這類儀器將模擬信號的測量值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應和較高準確度的測量，如數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率計等。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，可以進行自動測試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力，習慣上稱為智能儀器。它的功能模塊全部都是以硬件或固定軟件的形式存在，無論是開發(fā)還是應用，都缺乏靈活性。第四代虛 擬儀器，它是現(xiàn)在計算機軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測試技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項革命性技術(shù)，其導致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設計觀點都發(fā)生了巨大的變革，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術(shù)進入了一個新的發(fā)展紀元。 PLC概述 可編程控制器 (Programmable Controller),簡稱 PC，因早期主要應用于開關(guān)量的邏輯控制，因此也稱為 PLC(Programmable Logic Controller)，即可編程邏輯控制器。現(xiàn)代可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)的、高度集成化的新型工業(yè)控制裝置，是計算機技術(shù)和工業(yè)控制技 術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品。 可編程控制器是 1969年美國數(shù)字設備公司 ((DEC)研制成功的，并在通用汽車公司 (GDI)汽車生產(chǎn)線上應用，獲得成功從此，可編程控制器技術(shù)就迅速發(fā)展起來 1971年日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制成了日本第一臺可編程控制器 DCS8, 1973年，西陜西科技大學本科畢業(yè)論文（設計說明書） 4 歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從 1974年開始研制， 1977年開始工業(yè)應用。 可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的工業(yè)控制器它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、面向用戶的“自然語言”編程，是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于電力、鋼鐵、石油、化工、建材、機械制造、汽車、輕紡、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)隨著 PLC性能價格比的不斷提高，其應用會越來越廣。 PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期主要側(cè)重于開關(guān)量順序控制 PLC在 60年代問世以后，于 70年零 散進入了實用化階段， 16位、 32位微處理器和各種位片式處理器的應用，使它在技術(shù)和功能上發(fā)生飛躍，在初期的邏輯運算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值計算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，其運算速度提高，輸入輸出范圍與規(guī)模擴大 PLC與上位計算機之間相互連成網(wǎng)絡，構(gòu)成以可編程控制器為主要部件的初級控制系統(tǒng)。 現(xiàn)代可編程控制器的模擬量功能很強，多數(shù)都配備了各種智能模塊，以適應現(xiàn)場的多種特殊要求，同時也具有順序控制功能。到目前為止， PLC與集散系統(tǒng)發(fā)展越來越接近，很多工業(yè)生產(chǎn)過程既可用 PLC，也可用集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)其控制功能。 目前， PLC在國際 市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用 PLC設計自動控制系統(tǒng)也成為世界潮流。 SEIMENS公司 S7200系列 PLC是工業(yè)過程與現(xiàn)場控制廣泛應用的一類控制器。實現(xiàn)LabVIEW與 PLC的數(shù)據(jù)通信 ，是建立基于 PLC的虛擬儀器與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，具有很好的應用價值。 各種 PLC型號如下圖 2所示： 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 5 圖 12 各種 PLC 型號如圖所示 本文是以 Seimens S7200 軟件為基礎(chǔ)的通信連接。如圖所示 圖 13 Seimens S7200 軟件 OPC 技術(shù)概述 工業(yè)控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場設備，在 OPC 出現(xiàn)以前，軟件開發(fā)商需要開發(fā)大量的驅(qū)動程序來連接這些設備。即使硬件供應商在硬件上做了一些小小改動，應用程序就可能需要重寫；同時，由于不同設備甚至同一設備不同單元的驅(qū)動程序也有可能不同，軟件開發(fā)商很難同時對這些設備進行訪問以優(yōu)化操作。硬件供應商也在嘗試解決這個問題，然而由于不同客戶有著不同的需要，同時也存在著不同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，因此也一直沒有完整的解決方案。 陜西科技大學本科畢業(yè)論文（設計說明書） 6 自 OPC 提出以后，這個問題終于得到解決。 OPC 規(guī)范包括 OPC 服務器和 OPC 客戶兩個部分，其實質(zhì)是在硬件供應商和軟件開發(fā)商之間建立了一套完整的“規(guī)則”，只要遵循這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的，硬件供應商無需考慮應用程序的多種需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程。 OPC(OLE for Process Contro1)技術(shù)的提出為這類異構(gòu)設備、軟件的通訊提供了有效的解決方法，它借用 Microsoft的 OLE(object linking and embedding)和 COM(ponent object mode1)／ DCOM技術(shù)，并將其應用于過程控制中，為過程控制和工業(yè)自動化領(lǐng)域提供了一套標準的接口、屬性和方法，是實現(xiàn)控制系統(tǒng)現(xiàn)場設備級與過程管理級信息交互和控制系統(tǒng)開放性的關(guān)鍵技術(shù)。 論文的內(nèi)容簡介 本文研究虛擬儀器軟件 S7200 PLC的 OPC接口技術(shù)。應用 NI公司的OPC服務器和 DSC模塊技術(shù)建立工作站與 PLC的數(shù)據(jù)通信方式，為 PLC控制系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控提供了一種通用方法。 系統(tǒng)框圖如下圖 5 所示 圖 15 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信的 系統(tǒng)框圖 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 7 第二章 系統(tǒng)的總體方案設計 系統(tǒng)總體設計方案概述 系統(tǒng)總體設計如下圖所示 21 圖 21 系統(tǒng)總體設計 本文是在 PC 運行的 WINDOWS XP 上完成的 ,系統(tǒng)上運行 ，附加 DSCNI OPC Client/Servers S7200 PLC S7200 PLC WINDOWS XP 陜西科技大學本科畢業(yè)論文（設計說明書） 8 模塊技術(shù) modbus I/O Servers，通過 NI OPC Client/Server，完成添加 S7200 軟件（通信參數(shù)設置相一致），最終在 上建立新的 OPC 層上共享變量（數(shù)據(jù)常量），并把通過波形圖顯示出 來。 系統(tǒng)方案論證 可編程控制器可行性論證 可編程控制器作為一個完整的自動化系統(tǒng)，可由三個層次組合而成 :信息層、控制層和設備層。信息層是對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)和信息進行處理和管理的一層，是測試系統(tǒng)的最高層次控制層是操作所在的一層，它將處理器與處理器之間的信息、交流、將處理器與輸入 /輸出接口之間的信息、交流集成在這一層。設備層是面向現(xiàn)場設備的一層，也是整個測試系統(tǒng)的最低層，它可以將操作信息送到現(xiàn)場設備，也可以將現(xiàn)場設備的情況反饋到操作者。 PLC 與 PC 架構(gòu)如下圖 22 所示： 圖 22 PLC 與 PC 架構(gòu) 可編程控制器簡稱 PLC，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置其主要特點為： 、擴充方便、組合靈活 PLC 產(chǎn)品具有各種擴展模塊，可以方便的對輸入輸出點、 A/D 通道等進行擴展 。具有很強的繼承性且降低了開發(fā)周期。 、抗干擾能力強表現(xiàn)在下列兩個方面 :其一，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，可編程控制器不需要大量的活動和電子元件，它的接線也大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間縮短 。其二，與通用的計算機控制系統(tǒng)比較，它具有比通用計算機控制系統(tǒng)更簡 單的編程語言和更可靠的硬件。 、易于使用 PLC 編程采用梯形圖語言，使得操作人員可以方便的調(diào)整系統(tǒng)編程和組態(tài)。 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 9 、具有很好的柔性在控制工藝流程發(fā)生變化時，不必改變硬件設備，只需要改變程序就可以滿足。 、定時、計數(shù)、算術(shù)運算等功能外，配合特殊功能模塊還可以實現(xiàn) PID 運算、過程控制、數(shù)字控制等功能?？梢苑奖愕呐c上位機通訊和遠程通訊。 由于以上的原因，可以預見隨著 PLC 成本的下降和機器要求的提高，將很快在大部分場合取代繼電器控制屏。無論是與傳統(tǒng)的 繼電器、接觸器控制邏輯相比，還是與現(xiàn)代的微型計算機系統(tǒng)乃至專用于控制的單片機相比，在工業(yè)控制方面 PLC 都具有明顯的優(yōu)越性尤其是對生產(chǎn)流水線、動作復雜的單機，比起前述幾種控制手段來具有壽命長、可靠性高、對環(huán)境無特殊要求、開發(fā)費用低、周期短、無需專門的計算機軟、硬件知識就可在短期內(nèi)掌握，功能擴展方便，成本可為一般用戶所接受等優(yōu)點，是現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品控制裝置的理想選擇。 本課題研究 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 ，為保證儀器的穩(wěn)定可靠工作，節(jié)省維修費用及時間，選用可編程控制器組建控制系統(tǒng)雖然單片機組 建系統(tǒng)的成本低，但由于 PLC 采用模塊化組建系統(tǒng)，克服了單片機開發(fā)過程中復雜的接口設計，降低了開發(fā)成本，并且 PLC 系統(tǒng)便于維護。在運算能力方面 PLC 也在不斷提高，當前最新的PLC 運算能力已經(jīng)趕上甚至超過了傳統(tǒng)單片機的運算能力另外，本檢測裝置需要開關(guān)量控制，故適于用 PLC 實現(xiàn)控制本課題采用先進的西門子 S7200 小型化 PLC 設備控制，它是一種新型的 PLC，除以上特點外，還具有體積小、與計算機通訊簡單可靠、指令功能強大，并且可靠性高、抗干擾能力強、體積小、能耗低的優(yōu)點。但本文采用 S7200軟件做為硬件替代。 常 見的 PLC 設備及其通訊連接方式見表 21。 生產(chǎn)商 產(chǎn)品型號 通訊方式 OMRON CPM1 RS232/RS422 CQM1 RS232/RS42 COMPOBUS/S、 COMPOBUS/D C1000H/C2021H C200Hа CVM CV CS1 RS232/RS42 Controller Link、 SYSMAC LINK、 SYSNET、 Ether、 CompoBus/s、 CompoBus/D C20HC60H RS232/RS422 MISTUBISH FX 系 列 RS232/RS422 A系列 Q 系列 RS232/RS422/USB、 PROFIBUS、 Modbus、 MELSECNET CCLink、 Ether 陜西科技大學本科畢業(yè)論文（設計說明書）