基于PLC和OPC的实验台挂件识别系统.pdf

P L C 与D O S PL C a n d DCS 自动化技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 5期 基于 P L C和 O P C的实验台挂件识别系统 余威 ， 危韧勇 中南大学信息科学与工程学院， 湖南长沙4 1 0 0 7 5 摘要 0I c o uf o r p r o c e s s c o n t r o 1 是个 骐于组 件对象模 技 术的】 此 自动化软件接 F I 的国 怀准 ， 随荷 l 业控 制的发喂 ， O t ’ C 技 术已做r泛应f H 于 J ． 系统之 中。本系统通过 0l C方式住 P L C的输人输出变量 币 l J D e l p h i 7 ． 0 的组件之 间建 链接通道 ， 现 厂 f f 饥埘晒门了 P I C的监控。经 删酞， 此系统运仃稳定、可靠 ， 效果 良好。 关键词 , i t 编 控 制 ； OP C； 别系统 ； D e ] p h i 7 ． 0 中圈分类l ‘ T P 2 3 文献 码 } { 文章编 I T ‘ l 0 0 3 7 2 4 l 2 0 1 0 0 5 0 0 7 9 0 4 Re c o g n i t i o n Sy s t e m o f E x p e r i me n t a l P I a t f O r m Ha n g s B a s e d o n P L C a n d OP C YU W e i ． W EI Re n - y o n g S c h o o l o f I n f o r ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y ， Ch a n g s h a 4 1 0 0 7 5 Ch i n a Ab s t r a c t oP cOLE f 0 r p r o c e s s c o n t r o 1 i s a n i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d f o r i n d u s t r i a l a u t o ma t i o n s o f t wa r e i n t e r f a c e b a s e d o n c o mp o n e n t o b j e c t mo d e 1 ． Al o n g wi t h t h e d e v e l o p me n t o f i n d u s t r i a l c o n t r o l ， t h e OP C t e c h n o l o g y r e a c h e s i t s ma t u r i t y ， a n d i s wi d e l y a p p l i e d i n i n d u s t r i a l s y s t e ms ． Th i s s y s t e m c o n n e c t s i n p u t a n d o u t p u t v a r i a b l e s o f PLC wi t h De l p h i c o mp o n e n t s ， a n d S O i m p l e me n t s t h e m o n i t o r o f h os t c o m p u t e r t o S i e m e n s PL C． Ex p e r i me n t s r e s u l t s s h ow t h a t t h e s y s t e m ’S p e r f o r m a n c e i S s t a b l e ． r e l i a b l e a n d i t wo r k s we l t ． Ke y wo r ds P L C； OP C OL E f o r p r o c e s s c o n t r o 1 r e c o g n i t i o n s y s t e m； De l p h i 7 ． 0 1 引言 随着过程控 制 自动化 的发展 ，自动化系统厂商希 望能够集成不 同厂家的不同硬件设备和软件产品 ， 各 家设备之间实现相互操作 ， 工业现场的数据能够从车 间级汇人到整个企业信息系统 中。正是基于这种需要 产生了OPC标准， 有了这样一个标准， 使得系统与设备 之 间完全 无缝地 真 正开 放 和方便 地 进行 企业 级 的通信 成为可能[ 。 De l p h i 是微软视 窗环境下 的新一 代可视化开 发工 具， 拥有一个可视化的集成开发环境 I DE 。为用户提供 方便、快捷的 W i n d 0 w S应用程序开发工具。使用 Mi c r o s o f t Wi n d o ws 图形用户界面的许多先进特性和设 计思想， 采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 2 9 语言 O b j e c t O r i e n t e d L a n g u a g e 、当今世界上最快的 编辑器、最为领先的数据库技术。De l p h i 提供了5 0 0 多 个 可供使 用 的构 件 ， 利用这 些部 件 ， 开发人 员可 以快 速 地构造 出应用系统或者根据 自己的需要修改部件或用 D e l p h i 本身编写自己的部件。目前De l p h i 已经成为一 个品牌 ， 而不仅仅是一个开发平 台或开发语言的名称。 D e l p h i 产品已经由 C o d e G e a r 公司继续发展， 以高度可视 化的方式全面支持面 向对象 的 P HP网站开发 ， 大大提高 了 PHP开发网站的代码复用程度 ， 成为 W E B应用 开发 的新 利器 。 现代工业控制系统通常以P C机为上位机 ，通过与 现场工控设备 如 P L C 的数据交换与处理 ，实现对生产 过程的 自动控制 。随着 0PC技术的发展和普及 ， 它 已 成为工业过程控制的通信标准。0P C服务器有两类接 自 动 化 技术 与 应用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 P L C 与D O S PL C a n d DCS 口， 自定义接 口 Cu s t o m I n t e r f a c e 和 自动化接口 Au t o ma t i o n I n t e r f a c e [ 2 ] 。其中自动化接 口主要用于 D e l p h i 、VB等开发工具 。本文 以中南大学谐波 抑制综 合实验台的研发项 目为背景 ， 介绍了一种利用 0PC驱 动方式在 D e l p h i 环境中实现P C机与 S i e me n s S7 2 0 0 P L C实时通信的方法， 并准确的识别挂件， 从而实现 了 良好的系统控制。 图 1 系统总体结构 2 系统硬件总体设计 系统硬件结构由公共基础实验 台、总线接 口转换 板、槽位板、各种挂件和上位机等构成。任意一个功能 挂件可以挂在任意槽位对应的接口上面 ， 系统总体结构 如图 l 所示。本系统中使用的P L C为西门子系列的s 7 2 2 4 C P U和E M2 2 2 8 ． 继电器 扩展模块， 7 - 2 2 4 C P U有 l 4个输入 点， 1 0个输 出点 ， 1 个 RS - 4 8 5 通信 口， 最多能 接 7个扩展模块， 程序存储器为4 0 9 6字 ， 用户数据存储 器为 2 5 6 0字【 3 】 。P L C的 I ／ O分配表如表 1 所示 。E M2 2 2 8 继电器 有 8 个输出点， 分成两组， 每组需要用户提供 一 个外部电源 可以是直流或交流电源 输出方式为继 电 器输出方式。系统 中使用的继电器采用 HH5 4 P MY4 型号 ， 计算机与 P L C 之间采用P P I 通信方式。 表 1 P L C的 I ／ 0分配表 C P U 2 2 4 输 入 C P U 2 2 4输 出 I O ． 0 启动涪号 Q O ． 0 主继电器常 端 I O ． 1 自检信号 O 0 ． 1 主继电器线匿黾压信号 1 0 ． 2 B M i窟号 Q O ． 2 自俭灯输入电E 信号 I O ． 3 B ,I 2 信号 q O ． 3 1 号继电器线圈电压信号 1 0 ． 4 B M 3信号 Q O ． 4 号臻 由辩游 圈由 洁普 I O ． 5 {信号 Q O ． 5 3 号继 黾嚣线 匿电匿信号 I O ． 6 B ． I5信号 Q 0 6 4 号继 电器线 蟹电压信号 I O 串 薯联信号 Q 0 7 号聪由辨尊霹由 信号 I 1 0 主裔信号 O 1 ． 0 6号 由罂磐霜由 信号 I 1 ． 1 警止信粤 0 1 1 普臻由转缚圆由 信号 2 。 1 公共基础实验台 公共基础实验台是 电力谐波治理实验装置 以及相 关功能挂件的公共基础平台， 为相关实验的各类功能挂 件提供所需的各种电源、公共接 口、保护 电路 、仪表 显示 以及工控机接 口电路等一体化综合性的功能。公 共基础台设置了总开关、支路开关、复位开关以及继 电器保护电路等。交流电源从实验室 3 8 0 V动力电源引 入到公共基础实验台， 采用三相四线制端子 A、B、C 和 N， 按照实验装置不同的接线方式和容量要求 ， 经多 抽头隔离变压器灵活配置成三相三线、三相四线和单 相 电源 。 2 ． 2 总线接口转换板 总线接 口转换板主要起信号转换的作用。由电源 模块和 7个光耦组成 ， 电源模块主要实现 2 4 V转 5 V的 功能， 为实验台上各个槽位板上的三块芯片提供 5 V直 流供 电电源 。光耦主要采用 4 N2 5 芯片 ， 主要实现 5 V信 号控制 2 4 V信号的作用。它的阳极信号来 自挂件编码 的B MI 信号、B M2 信号、B M3 信号、B M4 信号、B M5 信号、串／并联信号、生命信号。阴极通过 2 0 0欧姆电 阻接地 以防止光耦 中二极管 电流过大被烧毁， 集 电极接 2 4 V 电源 因为P LC的输入信号的电压等级为2 4 V ， 发 射极产生的信号作为 P L C的输入信号 。 2 ． 3 槽位板 图 2 槽位板电路 槽位板电路主要由7 4 L S 1 3 6 、7 4 L S 0 5 、7 4 L S 2 0 三块 芯片组成。把槽位板一通过跳线设定其地址为 0 0 0， 槽 位板二通过跳线设定其地址为 0 0 1 ， 依次类推槽位板五 通过跳线设定其地址 1 0 0。7 4 L S 1 3 6是异或芯片 ， 7 4 L S 0 5 是反相器 ， 7 4 L S 2 0 是与非芯片 。7 4 L S 1 3 6 芯片和 7 4 L S 0 5 芯片一起构成同或电路， 用来比较P L C轮询发送 的识别地址 AB 1 ， AB2， AB 3 与槽位板上的设定地址 P L C 与D C S PL C a n d DCS P 1 ， P 2 ， P 3为跳线端子 是否一致。如果与某块槽位板 上的设定地址一致则选通 7 4 L S 2 0与非芯片使其产生一 个低电平信号 C S信号 触发挂件上的缓冲器电路 ， 从而 把该槽位对应的挂件编码板上的各路信号传送给 P L C。 其 电路如 图 2所示 。 2 ． 4 挂件编码板 挂件编码板主要起给功能挂件命名的作用。其 电 路主要由三态八缓冲器 7 4 L S 2 4 4 芯片来实现， 其逻辑图 如图3所示 ， 三态允许端为低电平有效。1 A 1 、l A 2、 1 A3 、1 A4 、2 Al 端表示编码 l 至编码 5 的信号输入， 2 A2 端表示挂件串并联信号输人。2 A 3端始终连接 电源端 其输出作为挂件的生命信号。所以只要有挂件接在台 子上面了， 2 Y3端即L i f e 信号即为高电平。P L C的I 1 ． 0 输入端则总为高电平。 昌 ∞ h n 寸 n ■ - ■ ■ _ ■ ■ ■ 。 至 N H 兰 寒 74LS2 44 10 簧 蕞 罱 H N H N H 图3 7 4 L S 2 4 4芯片逻辑图 3 系统软件部分 o P t是 O L E f o r p r o c e s s c o n t r o l 的缩写， 即用于过 程控制的O L E o b j e c t l i n k i n g a n d e mb e d d i n g ， 对象链 接与嵌入 。它是一个标准化 ， 与供应商无关的软件接 口， 适用于各种设备和应用程序之间交换数据。OP C软 件大体上可分为 OP C服务器软件和 OP C客户机软件。 OP C服务器软件作为数据源 ， 以标准方式提供需要的数 据和数据访问机制， 而OPC客户机能访问OP C服务器 提供的数 引 。O PC S e r v e r 透过一组一组的接 口提供 服务， 不过在实作的架构上 ， O P C S e r v e r共分为三层 分别是O P C S e r v e r ， O P C G r o u p ， O P C I t e m。 O P C S e r v e r 即OP C启动服务器 ， 获得其他对象和服务的起始类， 并 用于返回OP C G r o u p类对象； O P C Gr o u p用于存储由 若干 O PC I t e m组成的 Gr o u p信息， 并用于返回 O PC 自动化技术 与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 5期 I t e m类对象； OP C I t e m用来存储具体I t e m的定义、数 据值 、状态值等信息。 本系统用 S I ME NS E公司提供的通讯软件 S 7 2 0 0 P C Ac c e s s V1 ． 0用作 OP C服务器， 通过它将 P LC中 的电路状态变量值传送给 De l p h i O PC的客户端 中定 义的变量。当 P LC中的 电路状态变量值发生变化时 ， OPC服务器就会 自动更新数据。用 De l p hi 7 ． 0编写 OPC Cl i e n t 访问代码 即可访问 OPC服务器中的数 据 ， 使用 De l p h i 7 ． 0开发的客户端访问服务器 的过程 如 图 4所 示 匿 罾圆圆 l l 卜 一 _ 筻 c I N I 千 图4 OP C客户程序访问服务器过程 利用西 门子 S 7 2 0 0 P L C的编程软件 S T E P 7 一 Mi c r o ／ Wi n 3 2编写挂件识别程序， 其流程图如图5所示。 厂 P L C发地址0 O O 选通槽 位1 是 台连接 了挂件 T一 读编 码信 号 并存于指定存储 1 号槽 位识别 完成 P L C 发地 址0 0 1 依次发到1 O 0 选通槽位2 至5 部 识别完成 结束 图 5 挂件识别流程图 通过 S 7 2 0 0 P C Ac c e s s V1 ． 0 软件将 P L C中的各 种变量值赋给D e l p h i 7 ． 0 定义的各个变量 ， 根据 s t a和i d d 变量 值 的不 同将 在上 位 机 里 面 显 示 不 同 的挂 件 。 De l p h i 7 ． 0中相关程序如下 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 P L C 与D C S Pk C an d DCS p r o c e d u r e T F 0 r m1 ． c h e c k t e s t ； ／ ／识别挂件 b e g i n c a s e s t a1 O f 0 be g i n I ma g e 4． v i s i bl e Fa l s e； I ma ge l l。 Vi s i bl e Fa l s e ； La be l 5． Vi s i b l e Fal s e； La be l l 2． Vi s i bl e Fa l s e； e nd； 1 beg i n ／ ／串联 I ma ge 4． Vi s i bl e Tr u e； I ma g e1 1． Ⅵ s i bl e Fa l s e； La be l 5． Vi s i bl e Tr u e； La be l l 2． Vi s i b l e Fa l s e； c a s e I d1 o f 1 L a b e l 1 2 ． C a p t i o n 调理挂件 ； 2 L a bel l 2 ． C a p t i o n ’ 主 电路挂件 ； 3 L a b e l l 2 ． C a p t i o n T S C挂件 ； 4 L a b e l l 2 ． C a p t i o n ’ TC R挂件 ’ ； 5 L a bel 1 2 ． C a p t i o n ’ 负载挂件 ； e nd； e nd； 2 b e g i n ／ ／并联 I ma g e 4． Vi s i b l e Fa l s e； I ma ge l 1． Vi s i bl e Tr ue； La b e l 5 ． Vi s i b l e F a l s e ； La be 1 l 2． Vi s i b l e Tr u e{ c a s e I ddl o f l L a b e l l 2 ． C a p t i o n 调理挂件 ； 2 L a b e l 1 2 ． C a p t i o n ’ 主 电路挂件 ’ ； 3 L a b e l l 2 ． C a p t i o n ’ T S C挂件 ； 4 L a b e l l 2 ． C a p t i o n ’ TC R挂件 ’ ； 5 L a be l 1 2 ． C a p t i o n ’ 负载挂件 ’ ； e nd； e nd； e n d； 4 识别结果 把 P C AC E S S ， S T E P 7 Mi c r o ／ Wi n 3 2 ， D e l p h i 7 ． 0软件在 电脑 中安装好， 在 De l p h i 7． 0软件中安装好 OP C控件， 运行 D e l p h i 7 ． 0软件， 连接 P L C， 启动自检 按钮 ，则可 以得到实验台上各个挂件的识别效果 图。 如 图 6所示 图6 挂件识别效果图 从 图中我们可 以清楚的看 出哪一个槽位上 串并联 的是什么挂件 。第一个槽位上则是串联 的调理挂件 ， 第二， 三 ， 四， 五个槽位上则是并联的主电路挂件 ， TS C 挂 件 ， T CR 挂件 ， 负载 挂件 。从 而表 明该系 统运行 情 况 良好 。 5 结束语 随着 O PC技术的快速发展， OP C技术的优越性吸引 了越来越多的人开始从事 OP C程序的研究和开发。本 文介绍 的通过 O P C方式建立 D e l p h i 7 ． 0 与 P L C之间的 通信， 并准确的识别各个功能挂件的方法具有较高的参 考价值。该方法已应用于实际项 目中， 系统运行稳定， 可靠， 效果 良好。 参考文献 [ 1 】陈欣 ， 王浩字 ， 郎朗 ． 基 于 OP C技术的上位机与西门子 P L C的通信 ． 自动化与仪器仪表， 2 0 0 8 ， 1 7 0 - 7 3 ． 【 2 】顾键， 王京春， 黄德先． OP C - C O M技术在工业自动化软 件中的应用[ J ] ． 计算机工程与应用， 2 0 0 2 ， 1 2 2 0 7 2 0 9 ． [ 3 】吴中俊， 黄永红． 可编程序控制器原理及应用[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 4 6 -5 8 ． [ 4 J刘华波 ． 西门子 S 7 2 0 0 P L C编程及应用案例精选f MJ ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 9 1 7 0 -1 7 1 ． 作者简介 余威 1 9 8 4 一 ， 男， 硕士研究生， 研究方向电气传 动 与 控 制 。