PLC及OPC在高速公路隧道中的应用

摘 要：在高速公路隧道中的PLC在功能块、模拟量应用，OPC的应用，OPC在多PLC情况下如何配置变量，OPC与PLC及C#、DLEPHI等上位机开发环境之间的关系。

关键字：PLC OPC 功能块 模拟量 隧道

中图分类号：U45 文献标识码：A

引言

随着高速公路中的隧道越来越多，隧道智能化要求越来越高，在一个高速公路项目中PLC设备应用也是越来越广泛，如何在高速公路隧道建设期尽快方便快速部署软件提出了更高要求。本文关于OPC及PLC、上位机的关系及注意事项进行探讨，以便快速部署。

1、PLC在高速公路中简单概述

PLC即可编程逻辑控制器，英文全名叫Programmable logic Controller，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，以微妙级（us）的速度存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作，能通过数字式或模拟式的输入和输出、命令串口方式控制各种类型的机械或生产过程。PLC有易扩展、易安装、性能稳定，计算高速等特性，易于与上位机通用开发语言（C#、DELPHI)形成一个整体。在高速公路中的隧道机电设备控制检测中有着广泛的应用，PLC在高速公路中的应用主要是在隧道设备的控制及检测，如风机、照明、车道指示器、交通信号灯、一氧化碳能见度(COVI)检测、洞外亮度洞内照度检测、隧道风向风速的检测、隧道横洞卷帘门、消防水泵与高低位水池检测等设备。

2、OPC的简单概述

OPC英文全称OLE for Process Control，是应用于过程控制的OLE, 是一个工业标准，包括世界上所有主要的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制系统。基于微软的OLE(现在的Active X)、COM (部件对象模型)和DCOM (分布式部件对象模型)技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。在上位机中安装OPC控件就可以集成到通用的上位机软件上，如现在通用的Microsoft Visual Studio平台中C#语言、DELPHI开发环境中。现在通用的PLC厂家基本都支持OPC服务。如西门子PLC、欧姆龙PLC、AB PLC、GE PLC、施耐德PLC等厂家都有自己OPC服务程序软件，现在也有许多集成了各个厂家的通用OPC服务软件，如kepWare公司的KEPServerEx V4.0等版本，现在kepWare还推出了更高的版本支持PLC冗余架构kepServer如KEPServerEx V5.0。使用通用版本的OPC服务，就可以使底层的数据有利于数据的标准化，也不用程序开发人员去学习每一个品牌的PLC的OPC服务软件，使上位机编程软件人员基本不用关注PLC程序的具体开发，只要规定上位机与下位机之间自行约定的接口就可以了。 OPC是上位机与PLC之间中间层软件。上位机必须首先安装OPC控件（如Iocomp控件），而上位机访问PLC的数据是通过访问OPC的标签变量名称来实现的，而与具体的每个变量的PLC地址是无关的。

3、PLC功能块的应用

PLC程序在高速公路有具体的应用，可以在PLC程序中建功能块会比较方便，如可以建立风机功能块、照明功能块、车道指示器功能块、交通灯功能块、模拟量功能块等。功能能块就像普通用DELPHI或C#语言编程的上位机中的某一个函数一样，先定义好输入变量接口、输出变量接口，内部变量，这样就可以使在高速公路PLC程序的编程中减少编写程序中的编程量，同时由于用了功能块把编写的梯形图程序封装在里面，只要调试好一个功能块，其他同类型的设备只要输入PLC的输入输出地址和上位机控制反馈地址即可，极大的减少了程序编写过程中可能由于不仔细而出现的错误。现在绝大部分中型大型PLC品牌基本都支持功能块这个功能，现在举个例来说明功能块这个功能，如下图是用欧姆龙的Programmer软件编写的车道指示器功能块：

图1：车道灯功能块

这个一个车道灯指示器功能能块，左边是输入参数地址，右边是输出参数地址，Z01LS_C是上位机下发给PLC的控制地址标签，Z01LS_F_S、Z01LS01_V_S分别是一个车道灯正反面的PLC状态标签，用于把设备状态反馈给上位机的，这些标签可以先定义好，当然定义PLC标签名称要尽量跟OPC软件中的标签名称相同，这样就可以直接在PLC的符号中用全选所有符号，再复制到EXCEL文件中来建OPC变量，批量建OPC变量先要在OPC软件上用Export CSV导出，在EXCEL文件中就会生成标准的列名称，再把PLC编程软件的符号复制到此EXCEL文件中，这样尽可能最大限度的保证OPC软件的名称地址与PLC的符号地址相同，尽管相同PLC地址的OPC变量的名称可以PLC标签名称不同，但是，这样采用这种批量建的方法可以最大限度地避免变量PLC地址写错。然后把功能块里面的程序完成好。在功能块界面的输入选项里建输入变量标签，在输出选项里建输出变量标签，在下面写好块里面的程序。在任务程序中只要复制就可以写好多个车道灯指示器的程序来完成主程序，把外面的参数地址写上。

4、模拟量在PLC中应用及换算

模拟量设备在PLC中的应用主要是指COVI检测设备、风速检测设备、光照光强检测设备。在编写PLC设备的采集功能块中要首先知道检测设备是采用4-20mA、还是采用0-5V或0-10V；其次要知道设备的量程，如北京曼德克公司英国的CODEL的一氧化碳（CO）设备量程是35ppm,，信号采用4-20mA；还要知道PLC的信号与转换值之间的关系，如欧姆龙的关系图如下：

图2 模拟量转换值图

其对应关系是0-40mA与0-4000（普通模式）成正比例关系，这个关系图在各种PLC的比例关系是不一样的，可以通过相关品牌模块手册当中查到。进行模数转换后我们可以通过算术公式进行计算：

需传给上位机的显示值=PLC模拟量通道检测到的值*设备量程值/4000

要注意的是：在程序中用所有用的数值都转换成实型（REAL类型），再进行乘除操作。一般模拟量模块在硬件上都要进行拨码选择是电压输入还是电流输入，同时软件的模块参数设置也要进行是什么信号的选择。由于高速公路采用的模拟量设备基本都是4线制方式的传感器，普遍在相互模拟量通道中会产生共模干扰信号，造成传入模拟量通道的值跳动会比较大，一般要采取4-20mA的负信号线跟开关电源的DC24V-短接在一起。甚至还要跟整个PLC柜的地线相连，以清除共模信号。

5、OPC的通道建立与多通道

各种OPC服务软件建参数变量基本大同小异，我们建议还是采用集成了几乎所有PLC厂家及各种通信方式的kepServer软件，kepServer软件尽量一个PLC设备就建一个通道，由于kepServer的一个通道对应到计算机的一个线程，在一个高速公路项目中有多个PLC,就建多个通道，在通道下面建一个PLC,这样如果某个PLC通信故障，就基本不会到其他通道的PLC通信，但是一个kepServer软件最大只能建32个通道数，也就是说如果一个项目超过32个PLC，就没办法再建通道理了，这个问题我们可以用kepServer的DCOM方式来解决，微软的XP系统，WIN7系统、WIN2003 Server等操作系统都有支持DCOM的计算机之间的通信，通过DCOM我们可以在另外一台计算机也安装kepServer软件，这样我们就可以有俩台甚至三台计算机运行kepServer软件，我们的通道数就可以达到64甚至是96个通道，基本就可以满足一条高速公路项目的应用了。如果使用欧姆龙PLC，在kepServer软件通道值中Port参数默认值是9600，在建多通道应用中必须使每一个通道的端口不一样，同时在欧姆龙PLC的Programmer软件上要对每一个通信模块的FINS/UDP端口进行自定义更改，是其与kepServer中的通道端口值相同,但在西门子PLC中就不存在这个问题。

参考文献

1.CS CJ系列模拟量模块操作手册 2003年4月出版

2.CS CJ系列可编程手册 2003年4月