【導(dǎo)讀】研究虛擬儀器軟件LabVIEW與可編程控制器S7-200PLC的數(shù)據(jù)接口技術(shù)。數(shù)據(jù)通信方式，為LabVIEW環(huán)境下PLC軟件控制系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控提供一種通用方法?？删幊踢壿嬁刂破?，或可編程序控制器是一個數(shù)字化的計算。機用于自動化的工業(yè)生產(chǎn)過程，如控制機械的工廠裝配生產(chǎn)線。對于過程控制的對象連。接與嵌入是一種標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的原始命名通過工業(yè)自動化的工業(yè)任務(wù)。數(shù)據(jù)進(jìn)入到客戶端的PC上。DSC既可作為OPCClient從現(xiàn)場設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，又可作為OPCServer. 系統(tǒng)集成提供了一種高效的解決方案。上位機LabVIEW開發(fā)平臺與PLC連接的論證……………………

　　

【正文】 中的工具都使得整個工作變得更加高效易行。在軟件的體系結(jié)構(gòu)上， LabVIEW DSC 通過一個基于事件 的處理器來記錄歷史數(shù)據(jù)、處理報警信息并與 I/O 設(shè)備進(jìn)行通信。如果 DSC 不能滿足開發(fā)需要，還可以利用 LabVIEW 圖形開發(fā)環(huán)境定義控制運算法則，為監(jiān)控、分析和顯示提供良好的操作界面。 LabVIEW DSC 采用了多線程技術(shù)。開發(fā)者在 LabVIEW 中能快捷地完成圖形用戶界面設(shè)計、動畫連接的定義等。利用 DSC 的 Image Navigator 工具可以調(diào)用豐富的圖庫資源，從而大大減少界面設(shè)計時間，從整體上提高人機界面的質(zhì)量。 LabVIEW DSC 使監(jiān)視和記錄歷史數(shù)據(jù)簡單易行。它自動完成數(shù)據(jù)記錄和事件記錄。提供實時、歷史 趨勢控件，并將所有的歷史數(shù)據(jù)和信息保存在數(shù)據(jù)庫中。 LabVIEW DSC 模塊功能介紹 LabVIEW DSC(數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控 )模塊是交互地開發(fā)分布式監(jiān)測和控制系統(tǒng)的比較好的途徑。該模塊能拓展 LabVIEW 的應(yīng)用，主要功能如下 : 可以將數(shù)據(jù)高效地記入分布式歷史數(shù)據(jù)庫中； 警報和事件管理； 實時和歷史數(shù)據(jù)的記錄； 輕松地將 OPC 設(shè)備與 LabVIEW 實時終端集成在同一完整的系統(tǒng)中； 設(shè)置系統(tǒng)安全機制。 LabVIEW DSC 與 NI OPC Servers LabVIEW 訪問 OPC Server 的途徑 為了提高系統(tǒng)的開放性，選用 ”LabVIEW+OPC”，的設(shè)計方法。利用 LabVIEW 作為上位機監(jiān)控軟件，可以采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)一 Datasocket 技術(shù)，通過 OPC 服務(wù)器接口來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)共享。 在 LabVIEW 中訪問 OPCServer 的方法有兩種，一種是通過 Datasocket 函數(shù)，另一種是通過 LabvIEW DSC 模塊。通過 LabVIEW 與 OPCServer 進(jìn)行通訊有 3 種方法 : 通過 ActiveX 自動化接口實現(xiàn)對 OPCServer 的訪問 。 通過 Modbus 的 Datasocket 技術(shù)實現(xiàn)與 OPCserver 的通訊 。 利用其 DSC 模塊與 OPC Server 通訊。 其中前兩種方法只適合與少量點數(shù)的 OPC 標(biāo)簽連接，因為需要編寫多段代碼或者是通過 For 循環(huán)來讀寫，因此當(dāng)點數(shù)增多時會降低讀寫速度并讓系統(tǒng)變得不利于維護(hù)。而通過 DSC 模塊與 OPC Server 的通訊，其編程就變得相當(dāng)容易了，而且其編程和讀寫速度寫不受點數(shù)限制。 通過 LabVIEW DSC 模塊訪問 NI OPC Server 陜西科技大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 26 DSC 模塊是 LabVIEW 面向工業(yè)自動化領(lǐng)域的功能擴展，它提供了很多實現(xiàn)工業(yè) 自動化所必需的功能，如訪問實時數(shù)據(jù)庫、瀏覽歷史數(shù)據(jù)庫、分析歷史趨勢、報警、生成報告、管理用戶、訪問數(shù)據(jù)源服務(wù)器等。它所訪問的數(shù)據(jù)源服務(wù)器有 OPC Server、 DDE Server 和 NI 公司自己的 IA(Industrial Automation) device Server，其中 OPC Server 是最重要的一部分。 DSC模塊使用 Tag連接 OPC數(shù)據(jù)項。通過 Tag Conguration Editor 菜單，可以將 DSC Tag OPC 數(shù)據(jù)項 Item 對應(yīng)起來，生成 .scf 文件。在 .scf 文件中記錄了 Tag的詳細(xì)信息。在運行 DSC RunTime system 時， Tag Engineering 會根據(jù) .scf 文件配置系統(tǒng)，建立與 OPC服務(wù)器的連接。 Tag Engineering 是 DSC 模塊的重要組成部分，它是 OPC 數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)項 Item與 DSC 模塊的 Tag 進(jìn)行連接的中間件，完成開關(guān) OPC 服務(wù)器、初始化連接、記錄數(shù)據(jù)、報警等功能。 Server Browse 可以顯示本機或遠(yuǎn)程計算機上的 OPC 服務(wù)器及其相關(guān)信息，功能類似于 OPC 服務(wù)器瀏覽器組件 OPC ， Server Browse 對發(fā)現(xiàn)的 OPC Server 給定一個 Address Space Interface，如果 OPC 服務(wù)器支持此接口， Serve:Browse 會顯示這個服務(wù)器上的相關(guān)數(shù)據(jù)項 Item 信息。另外通過選擇 View Server in USe 可以瀏覽正在運行的 OPC Server 及其相關(guān)數(shù)據(jù)項 Item。 Tag Monitor 是一個監(jiān)控單元，用戶通過它可以了解 Tag 和現(xiàn)場數(shù)據(jù)節(jié)點 Item 的連接情況，同時還可查看采集數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息。 通過 Datasocket 實現(xiàn)對 OPC Sevrer 的訪問， 基于 ActiveX 的實現(xiàn)方法只能訪問 OPC Server 的自動化接口，應(yīng)用范圍窄，實時性較差 。基于 Datasocket 的實現(xiàn)方法采用了對數(shù)據(jù)項直接定位的辦法訪問 OPC Server，這種方法連接性、實時性較好 ?；?DCS 模塊的方法面向工業(yè)自動化領(lǐng)域，提供了很多操作 OCP Server、管理數(shù)據(jù)存儲和訪問權(quán)限及用戶信息的工具，能全面掌握數(shù)據(jù)服務(wù)器的信息，連接性和實時性好，功能強大，但要另外購置軟件模塊，增加系統(tǒng)成本。 由于 Datasocket 實時性最好，這里通過 Datasocket 實現(xiàn)對 OPC Server 的 第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計訪問。在實現(xiàn)對 OPC Server 訪問前，先要對系統(tǒng)進(jìn)行配置 :OPC Server 支持軟件的安裝、 OPC Server 的注冊和 OPC Server 運行環(huán)境的配置。就是上面所說的 PC AcceSS的項目配置。 Datasocket 是 NI 公司面向網(wǎng)絡(luò)化測試和工業(yè)自動化領(lǐng)域推出的技術(shù)解決方案，它基于 TCP/PI 協(xié)議，提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)操作功能，典型的有數(shù)據(jù)廣播，多數(shù)據(jù)源訪問等。它的最大特點是實時高速數(shù)據(jù)交換，可用于一個計算機內(nèi)或者網(wǎng)絡(luò)中多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。 Datasocket 技術(shù)的核心是 Datasocket Server Manager 和 Datasocket Server，它們可以位于網(wǎng)絡(luò)任意一臺計算機上。 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 27 圖 42 DataSocket 進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊 Datasocket Server 通過全球資源定位符 (URL)確定數(shù)據(jù)源的具體位置，連接后，用戶可以像使用 LabVIEW 中的其他數(shù)據(jù)類型一樣使用 Datsocket 讀寫字符串、整形數(shù)、布爾量及數(shù)組數(shù)據(jù)。 Datasocket Server Mnagaer 設(shè)定客戶對 Datasocket Server 的訪問權(quán)限，管理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)變量。 Datasecket提供了三種數(shù)據(jù)目標(biāo) :file， datasocket Server 和 OPC Server。訪問它的 URL 格式為“ Datasoeket Server與 OPC Server 建立連接后，可以實時傳遞數(shù)據(jù)，即 Datasocket 以一定的速率循環(huán)訪問OPC Sevrer 的數(shù)據(jù)項，一旦數(shù)據(jù)改變，新數(shù)據(jù)就會發(fā)送到 DataSocket Server 上。 Datasocket的典型節(jié)點及其功能描述見表 41。 表 41 Datasoeket 典型節(jié)點 PLC 控制 LabVIEW 程序設(shè)計 圖 43 OPC 初始化框圖程序 陜西科技大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 28 圖 43 其中一個 OPC 初始化 VI 的流程圖設(shè)計。 從 OPC Server 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) (這里的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)映射 PLC 的輸出過程映象寄存器字節(jié) QBI) ，并對 的 AcessMode 進(jìn)行設(shè)置，如 Read、 write，這里對 QBI 進(jìn)行初始化為 00000011(二進(jìn)制 )，用 Datasocket Write 來完成，對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行修改后，用 Datasocket Update 來實時更新 PLC 寄存器數(shù)據(jù)，達(dá)到實時控制的目的，最后將相應(yīng)的 Datasocket Referrence保存到全局變量，方便后面編程調(diào)用 URL。 圖 35 矩陣法查鍵思路流程圖 圖 43 基于 DSC 模塊訪問 OPC 服務(wù)器的軟件結(jié)構(gòu)框圖 利用 LabVIEW 開發(fā)自己的 OPC Server 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 29 當(dāng)用戶開發(fā)自己的硬件設(shè)備或者某些硬件廠商不提供 OPC Server 時，編寫該硬件設(shè)備的 OPC Server 就很重要了。但是專用的的 OPC Server 開發(fā)工具一般價格昂貴，而且難于使用。而通過 LabVIEW 生成自己的 OPC Server 非常的簡單。我們可以首先通過LabVIEW 來與硬件設(shè)備的驅(qū)動直接進(jìn)行通訊。然后將讀取得數(shù)據(jù)放在 OPC Server 中作為一個個的 OPC 標(biāo)簽發(fā)布即可。 LabVIEW 與 OPC 標(biāo)簽建立聯(lián)系 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。各種儀表， PLC 等工業(yè)監(jiān)控設(shè)備都提供了與計算機通信的協(xié)議。這使得計 算機控制成為現(xiàn)實。但是，在計算機控制的發(fā)展過程中，不同的廠家提供不同的協(xié)議，即使同一廠家的不同設(shè)備。各之間與計算機通信的協(xié)議也可能不同。此外，不同的編程語言對驅(qū)動程序的接口有不同的要求。這樣又產(chǎn)生了新的問題 :軟件開發(fā)商需要為不同的設(shè)備編寫大量的驅(qū)動程序，而計算機硬件廠家要為不同的應(yīng)用軟件編寫不同的驅(qū)動程序。這種程序可復(fù)用程度低，不符合軟件工程的發(fā)展趨勢。在這種背景下，產(chǎn)生了 OPC 技術(shù)。 OPC 是 OLE(Object Linking Embeded)Process Control 的縮寫，是目前工業(yè)控制互連的標(biāo) 準(zhǔn)。它由一些世界上領(lǐng)先地位的自動化系統(tǒng) (如 DSC、 PLC)硬件生產(chǎn)廠家，開發(fā)監(jiān)控軟件、驅(qū)動軟件的公司，還有一些開發(fā)優(yōu)化軟件的公司等與微軟緊密合作而建立的。這個標(biāo)準(zhǔn)定義了在應(yīng)用 Microsoft 操作系統(tǒng) COM(Component object Model) 和DCOM(Distributed Object Model)協(xié)議的基礎(chǔ)上，基于 PC 的客戶機 /服務(wù)器之間交換實時數(shù)據(jù)的方法。 采用這項標(biāo)準(zhǔn)后，針對硬件的驅(qū)動程序不再由軟件開發(fā)商開發(fā)，而是由硬件開發(fā)商根據(jù)硬件的特征提供統(tǒng)一的 OPC 接口程序。由于硬件開發(fā)商對自己 的硬件特征了如指掌，從而能夠最大限度地挖掘硬件的潛力，提高驅(qū)動程序的性能。應(yīng)用程序開發(fā)者只需編寫一個接口便可以連接不同的設(shè)備。工程人員和用戶在設(shè)備選型上有了更多的選擇，可以根據(jù)實際情況的不同，選擇切合實際的設(shè)備。此外， OPC 還擴展了設(shè)備的概念，只要符合 OPC 服務(wù)器的規(guī)范， OPC 客戶都可與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而無需了解設(shè)備究竟是PLC 還是儀表，甚至如果在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上建立了 OPC 規(guī)范， OPC 客戶也可與之方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。近一次從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的時間。服務(wù)器對設(shè)備寄存器的讀取是不斷進(jìn)行的，時間戳也在不斷更新。 DSC 作 為 OPC 客戶可方便地從 OPC 服務(wù)器緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。 通過 DSC 模塊與 OPC 標(biāo)簽的連接方法與以前版本不同。 LabVIEW 引入了共享變量的概念。共享變量可以與本地或網(wǎng)絡(luò)上任何一臺電腦上的 OPC 標(biāo)簽綁定。當(dāng)綁定好以后，擁護(hù)就可以把共享變量當(dāng)作普通的變量一樣操作就可以了，而不需要知道這個共享變量的底層到底在和哪臺電腦的哪個 OPC 標(biāo)簽通訊。 與 OPC 標(biāo)簽的綁定非常簡單。 陜西科技大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 30 新建一個 LabVIEW Library，在 Library 里新建一個 I/O Server 如圖 44， 圖 44 新建 一個 I/O Server 在建立過程中可以瀏覽到本機或網(wǎng)絡(luò)上有哪些 OPC Server 可以連接，然后將 I/O Server 與你需要連接的 OPC Server 綁定如圖 45。 圖 45 OPC Server 綁定 在 Library 中新建一個共享變量與 I/O Server 中列出的 OPC 標(biāo)簽綁定。如圖 46 所示 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 31 與此同時還可以設(shè)定該共享變量的一些其它屬性，例如 :是否存儲，報警上下限，變量描述，用戶獲取權(quán)限等。然后一個 OPC Server 就建好了。如下圖所示 47 圖 47 OPC Server 已建立 最后在 OPC 上添加 I/O Items，如圖所示 48 陜西科技大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 32 圖 48 OPC 上添加 I/O Items 變量 3 本章小結(jié) DSC 為 PCBased 控制系統(tǒng)提供了強大的系統(tǒng)管理能力，大大減少了開發(fā)時間。根據(jù)測控對象的實際情況。合理選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備，充分利用 LabVIEW 集成開發(fā)環(huán)境和 DSC 模塊的優(yōu)勢。能夠更使得監(jiān)控系統(tǒng)具有更強的功能和更多靈活性，同時還能顯著提高軟件開發(fā)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，從而取得良好的經(jīng)濟。 基于 OPC 技術(shù)的 LabVIEW 與 PLCs 通信 33 第五章 LabVIEW 通過 OPC 與 PLCs 之間的連接與通信 測試系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境