基于OPC服务的上位机与PLC系统在自动化项目中的开发与应用

摘要：本文简要介绍了OPC原理、KEP Server EX等第三方OPC服务器，以及通过OPC服务实现通讯的IFIX SCADA和SIEMENS S7系列PLC的自动化控制系统，并根据工程实践简述该方式的工业自动化控制系统的控制结构和功能，可供该领域的自动化设计及工程人员参考。

关键词：工业自动化；OPC通讯；SCADA；SIEMENS S7 PLC

中图分类号：TP323 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-02

The Development and Application of OPC-based Services PC and PLC system in Automation Project

Peng Yabin

(Zhejiang Kaiyuan Engineering Co.,Ltd.,Jinhua321014,China)

Abstract:This paper briefly introduces the principle of OPC,KEP Server EX and three OPC servers,and through the implementation of OPC service communication of IFIX SCADA and SIEMENS S7 series PLC automation control system,and according to the engineering practice in the way of industrial automation control system structure and function,can be used for the fields of automation design and reference works.

Keywords:Industrial automation;OPC communication;SCADA;SIEMENS S7 PLC

在通常使用的控制类产品中，包括DCS、PLC两大类。随着时代的进步和控制理念的更新，我们又将DCS的概念拓展到FCS，而且在一个工业自动化系统中，会共存很多系统与设备，为了满足自动化控制的需要，不同设备，不同系统之间的连接和通信需要可靠并且相互开放，OPC定义了一系列规范来满足多种系统和设备之间数据通信的需求，OPC为不同厂商的硬件设备、软件和系统定义了公共的接口，使得过程控制和工厂自动化中的不同系统、设备和软件之间能够相互连接、通信、操作。作为应用之一，SIEMENS及GE FANUC公司的S7系列PLC和IFIX组态软件通过KEPWARE、PC-ACCESS等OPC服务器通信，具备了可靠性高，编程简单，连接方便，通用性好，便于维护等特点，可满足各种自动控制需要外，还有良好的扩展性及强大的指令功能。

一、基于opc服务的控制系统结构

工业自动化系统的核心是合理的控制逻辑及可靠的数据通讯，各种工业总线和数据库系统是在为可靠的数据通讯服务，因此OPC服务器必须满足上述要求，通过PLC及SCADA系统完成的控制结构大体如下：

（一）OPC简介。OPC（OLE for process control）是一个工业标准。它是由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软合作而建立的、满足开放性的和互操作性的接口标准。OPC标准的建立基于微软的COM（Component Object Model，组件对象模型）技术规范，并由OPC基金会这个国际组织管理。

OPC定义了一系列规范来满足多种系统和设备之间数据通信的需求。主要包括OPC数据存取规范、OPC报警与事件处理规范、OPC历史数据处理规范等。OPC规范只是定义了COM接口，OPC服务器提供者必须去实现这些接口和方法。

OPC服务器通过OPC规范定义了OPC COM组件的接口实现对数据源进行存取（读/写）或通信的方法等，数据源可以是现场的I/O设备，也可以是其它的应用程序。通过OPC服务器中COM组件提供的接口，OPC客户程序可以通过一个或多个厂商提供的OPC服务器来对数据源进行存取（读/写）或通信。如下图：

（二）KEP Server EX OPC 服务器简介。KEP Server EX OPC服务器由Kepware公司提供，Kepware公司在工业界通讯领域有着很高的声誉，是全球最知名的OPC服务器产品供应商。其产品.KEP Server EX OPC服务器：Kepware的为全球工业界领先的超级OPC服务器，提供非常卓越的工业互连通讯能力。她嵌入了工业市场上广泛范围的超过100多种通讯协议支持数百种以上设备型号的可下载驱动程序。

二、基于OPC服务的化学工业自动化控制系统

该系统为基于OPC服务的自动化控制系统，下位机采用SIEMENS S7300PLC（CPU313C），OPC服务器选用了KEPWARE Kep server Ex OPC服务器，上位机采用GE FANUC IFIX组态软件；整个系统开关量包括各种泵、阀的开启，电机的启停及状态检测；模拟量包括了反应器压力、温度及车间易燃气体浓度等信号，全部信号通过plc采集后，经由OPC服务器传输回监控室数据库，由组态软件实现人机的交互，计算机需要记录各个过程的参数并以趋势图的方式显示出来供工艺人员使用，并提过越限报警记录功能，备查，各个过程的逻辑就地位于各个现场PLC当中，避免当通讯被破坏时执行机构的误动作。

由此可见，该系统采用本文所述方案，依靠PLC作为现场采集运算单元，应用成熟组态软件构成SCADA系统，基于OPC服务器以实现PLC与SCADA之间的可靠通讯接口，采集到数据库，藉以完成整个系统各个参数与逻辑的集成与控制。

（一）就地PLC单元。就地PLC主要完成的任务有：监控要求的各个工艺参数信号的采集，并根据工艺需要和控制需求，开发与之相适应的运算逻辑并输出控制信号，利用CP-341模块的通讯能力，通过以太网方式，将数据上传至数据库。1#PLC硬件配置如下（其余略）：

（二）PLC的OPC通讯服务器单元。OPC服务器采用的KEP Server EX OPC，内置的协议满足通过SIEMENS TCP/IP Ethernet方式与KEP Server EX通讯，配置如下：

通讯建立后，按规定格式，添加TAG，并与PLC测点表地址匹配，将自己需要通讯的数据按一定的命名规则，数据OPC服务器；完成后如下图。

（三）SCADA单元（OPC CLIENT）。上位机采用了主流的组态软件制作，GE FANUC公司出品的IFIX，GE Fanuc的iFIX是世界领先的工业自动化软件解决方案，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。在安装了IFIX OPC CLIENT驱动后，即可将PLC侧数据与上位机数据库数据通过OPC服务连接并通讯，如下：

通过VB脚本，完成控制界面及功能的制作：

至此，我们就已经建立了一条由PLC开始，通过OPC服务（PLC及上位机），到用户界面的数据通路，依靠这样一条通路，我们实现了数据的通讯，可满足在工业自动化要求的自动控制。通过上位机组态软件，我们可以利用过程数据库制作实时报表、趋势图以及历史数据查询等功能，在此不在敖述。最终HMI界面如下：

目前，该系统已投入运行多年，依靠该系统，可以实现以下功能：

1.获取工程现场电机及阀门状态。

2.获取现场主要工艺参数如压力、温度、浓度、电机电流等实时值，并记录，重点参数连锁逻辑自动控制。

3.数据记录，超限报警、报表显示。

自投运以来，通过OPC服务器运行稳定，数据丢包率极低，采集的数据准确可靠，满足工业运行的需要。

三、结束语

本文分析介绍了基于OPC服务的上位机与PLC控制的工业自动化系统的利弊，详细描述了如何通过OPC服务完成数据通讯的方法，给出了基于PLC的OPC服务器接口方案，采用通用软件开发工具，完成自动化控制系统，并通过该开发实例进一步验证了基于此种方式的工业自动化系统的可行性和有效性。

[作者简介]彭亚彬（1978-），男，工程师，学士，主要从事通信及自动化控制、高速公路机电系统（隧道与三大系统）施工与维护。