基于OPC技术的矫直机中的研究与应用

郑豪

（杭州师范大学钱江学院计算机科学与技术系，浙江 杭州310012）

1 OPC通讯协议的构成

OPC技术是为了使不同制造厂商的设备和用户程序之间的软件接口规范化，并且使得它们之间的信息转换更加简便化。因此它可以向客户提供这样的过程控制产品对于特定研发语言和研发环境不存在依赖性，并且可以自由组合使用。

所使用的OPC系统，是由以下几部分组成：按照用户程序客户程序的要求提供信息采集服务的OPC服务器、使用OPC服务器所特定的OPC接口、接受服务的OPC用户程序。OPC服务器是根据各种各样制造厂商硬件的硬件所研发的，因而使它可以吸收各个制造商硬件和系统的差别和不同，从而达到不依赖于硬件的系统组成。与此同时，采用一种被叫做VARIANT的变量，完全可以不依靠于硬件中特有的信息类型，根据用户程序的要求和条件提供信息格式，使用可以使接口规范化。应用客户可以不对设备的内部结构及它们的供应厂商产生依赖性。从而来选用监视、趋势图和报表用户程序。

OPC是一种客户端服务器模式。它是具有以下几种优点语言无关性、代码重用性、易于集成性等。如图1所示，服务器中的代码规定了服务器所存取的设备和数据、数据项的命名规律和服务器存取信息的细节问题。无论现场设备以什么形式的方式存在，客户都会以特定和固有的方式去访问。从而保证软件对用户的透明度，使得用户完全从低层的研发中解脱开来。客户用户程序只需要利用规范化接口和服务器通信，而并不需要了解底层的实现细节信息。利用服务器，用户不仅可以直接识别物理设备的信息，而且还可以对等系统的端口变量进行操作。

图1 生产控制信息系统的构成

2 全液压矫直机开发实例

该矫直机矫直的对象是不规则的中厚钢板，而且矫直过程是在高温下进行的。

在矫直过程中，需要矫直的钢板的厚度、宽度、长度、温度都在变化。有时甚至出现明显的凹陷或凸起。因此钢板的参数在变，操作控制量在变。它们构成了十分复杂的随机变动，在矫直过程中，希望情况稳定，提高矫直钢板质量。最主要的问题就是根据错综复杂的变动，制定正确的操作控制方案。因此对钢板异常情况的预测和控制是当前矫直控制的主要问题，最好的解决办法是建立矫直机预测、控制专家系统。依靠专家提供的经验、知识构造知识库，根据系统的推理进行逻辑运算和判断，对异常矫直状况进行预测，而且给出相应的操作方案。以便增强矫直控制的准确性和规范性。

矫直异常状况预测、控制专家系统是在控制系统中加入一个有经验的“监测工程师”。系统可以为他提供一个“监测工具箱”，也就是可对监视、测量、辨识、判定等各种方法和算法选择自便，调用自如。所以，专家系统能够看成是一个“矫直操作专家”，在判定矫直时，对各种情况或控制操作时的思路、方法、经验、策略进行模拟。在执行操作任务的过程中，矫直控制专家主要进行三件工作，一是观察、检测系统中相关的变量和状态。二是利用自身的知识和经验，确定当前系统运行的状况，而且分析比较每种可能使用的控制策略。最后再选择控制方案予以执行。

设计矫直异常状况预测、控制专家系统，首先我们要定义所需的异常炉况预测参数，这些主要是在矫直生产中随时可以得到的钢板类型、钢板块数、钢板宽度(mm)、钢板厚度(mm)、实测矫正温度等各项实时数据。作为专家系统的通讯模块，OPC客户端必须能够达到这样的目的，即要把矫直时有关数据实时采集到SQL数据库中。在数据处理确定矫直状况后，再准确地把控制信息通过网络传送到矫直生产现场，使矫直工作正确操作。专家系统的结构如图2

另外，该专家系统亦接受自学习数据，从现场液压伺服阀反馈出的数据，经过自学习系统，写入到专家系统，经专家系统运算后再返回到现场。该系统具有以下几大部分：①数据采集：要是获取各种钢板状况的实时数据，如钢板宽度(mm)、钢板厚度(mm)、实测矫正温度以及一些计算所需的常数。具有两种输入方式，一种是手动输入，一种是通过OPC客户端自动采集矫直实时运行工况。②数据预处理：盖所有特征参数和复合参数的计算。从现场设备采集到的数据经常夹杂很多噪音信号，所以在采用这些信号之前必须要用数据预处理模块对采集的数据信息进行滤波、平滑处理及复合参数的运算。③数据库：存一定历史阶段的即时数据和信息库等。④专家系统核心：主要是知识库和推理机这两部分，是专家系统的重要组成部分。⑤自学习系统:接受来自伺服阀的实时现场数据，返回到专家系统对比运算。

OPC客户端程序的主要功能就是通过实时获取OPC服务器中的数据。把异常矫直预测所需的参数，即时写入SQLServer:数据库保存起来，再提供给专家系统预测推理。因为系统对数据的即时性要求较高，所以开发工具必须采用VC++6.0，与OPC服务器的通讯使用OPC定制接口。应用在全液压矫直机上的服务器有Wincc和Simatic.net两种。OPC客户机可以通过Wincc的OPC服务器访问Wincc的数据，可以通过Simatic.net的OPC服务器访问PLC的数据。数据通讯采用异步方式通讯结构。

本节所讨论的连接包括两种，一种是Simatic.net与PLC的连接;一种是Wincc服务器与Wincc监控数据的连接。只介绍前一种连接。设置Simatic.net与PLC的连接具体步骤如下：(1)准备工作。所需组件:Pc机、以太网网卡、Simatic.net软件、57-400以太网模块、NCM PC,STEP 7软件。成功安装软件和硬件并重启机器。（2）配置PC站。a.在STEP7中，建立PC站，组态OPCSERVRE，设置IP地址。b.打开SIMATIC NET的站组态编辑器，组态OPCSERVER。设置同(1}一样的IP地址。c.配置NCM，建立驱动连接。（3）测试连接。OPC SCOUT进行设置，创建项，建立连接。

图2 专家系统结构框图

3 总结与展望

OPC技术在工业控制领域中的优势越来越明显，受到越来越多的工控硬、软件开发商和生产商的青睐。关于今后的发展，在很多领域OPC技术将要代替先前的驱动程序技术，这种趋势是无法阻挡的。OPC技术不仅能应用于应用程序与现场设备之间，而且还应该把它作为一种Windows应用程序相互交换数据的通用规范。

[1]冯冬芹.《工业通信网络与系统集成》.科学出版社，2005.77-93.

[2]张卫钢《通信原理与通信技术》.西安电子科技大学出版社.2003.67-70.

[3]许宝祥.过程控制系统中的OPC技术.冶金自动化，1999,6(1):2-75.