項(xiàng)目簡(jiǎn)介

在國(guó)家某重點(diǎn)科研生產(chǎn)單位的戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)型項(xiàng)目中，其工藝要求是在生產(chǎn)加工過(guò)程中，需要對(duì)加工的大型部件進(jìn)行精確的調(diào)姿，這就需要對(duì)承載加工部件的若干根pogo拄進(jìn)行精確的同步、等位移控制。從而避免由于pogo拄的等時(shí)運(yùn)動(dòng)偏差過(guò)大而導(dǎo)致加工部件的鋼性結(jié)構(gòu)被破壞的情況發(fā)生。

為了保證項(xiàng)目積極穩(wěn)妥的推進(jìn)直至最后成功，項(xiàng)目組決定其電氣控制系統(tǒng)采用西門子產(chǎn)品。其中西門子新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)simotiond445+ sinamicss120伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)承載大型加工部件的若干根pogo柱進(jìn)行精確的位置同步控制，以保證加工的精密性符合生產(chǎn)需要。同時(shí)，其上位監(jiān)控系統(tǒng)由原來(lái)基于操作員面板的protool組態(tài)軟件更換為功能更為強(qiáng)大的基于pc機(jī)系統(tǒng)的wincc，從而保證了從simotion中采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

控制系統(tǒng)構(gòu)成

除以上所描述的系統(tǒng)需求外，項(xiàng)目還要求網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)動(dòng)控制器和操作員面板的系統(tǒng)時(shí)間與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)保持一致，即達(dá)到時(shí)間同步功能?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)控制和采集系統(tǒng)的硬件組成由圖1加以說(shuō)明：

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用西門子全新的驅(qū)動(dòng)器sinamics s120系列。

sinamics s120采用了完美的模塊化設(shè)計(jì)，將智能控制單元和功率單元相分離。其中，控制單元采用西門子simotiond445。各單元之間通過(guò)全新通訊標(biāo)準(zhǔn)-drive-cliq串行數(shù)字總線相連接。

各遠(yuǎn)程分布式i/o和操作員面板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的profibus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連。同時(shí)，simotiond445提供的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)接口使其可連接到廣域網(wǎng)上，與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其數(shù)據(jù)信息流見(jiàn)圖2：

上位監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子wincc，其通訊采用的是opc技術(shù)。

操作員面板采用西門子wincc flexible組態(tài)軟件。

上位機(jī)wincc，simotion d445和操作員面板winccflexible要實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步功能。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)由于西門子的上位監(jiān)控軟件protool提供了基于運(yùn)動(dòng)控制器simotion的通訊驅(qū)動(dòng)，因此可以通過(guò)簡(jiǎn)單的組態(tài)實(shí)現(xiàn)與simotion的通訊，繼而將數(shù)據(jù)取入計(jì)算機(jī)中。

與protool不同，由于wincc本身沒(méi)有提供直接與simotion通訊的驅(qū)動(dòng)程序，因此無(wú)法通過(guò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)通訊?？紤]到simotion的編程軟件scoutv4.0可以將運(yùn)動(dòng)控制器中的變量表生成標(biāo)準(zhǔn)的opc文件后被計(jì)算機(jī)上的simatic net軟件所加載，而simaticnet又提供了標(biāo)準(zhǔn)的opc通訊接口，因此可以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控軟件wincc的數(shù)據(jù)通訊。

這樣，wincc作為opc通訊的客戶端，simaticnet作為opc通訊的服務(wù)器，而simotion通過(guò)自身生成的標(biāo)準(zhǔn)的opc文件與simaticnet進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)由底層最終到上層的傳遞。其性能完全可以替代protool的作用。

通訊準(zhǔn)備條件

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的連通，上位機(jī)應(yīng)安裝相應(yīng)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，目前項(xiàng)目服務(wù)器上安裝了以下西門子組態(tài)和編程軟件，其名稱和功能描述如下所述：

windows server 2003 standard edition multi-language sp1

step7 v5.4 sp1用于plc編程和組態(tài)opc服務(wù)器。

simotion scout v4.0 hf8 用于simotion編程和生成動(dòng)態(tài)的opc文件

wincc v6.2亞洲版 作為標(biāo)準(zhǔn)的opc客戶端與opc服務(wù)器建立通訊連接。

simatic net 2006 hf1導(dǎo)入simotionscout生成的動(dòng)態(tài)opc文件并作為標(biāo)準(zhǔn)的opc服務(wù)器為客戶機(jī)提供數(shù)據(jù)源。

服務(wù)器與simotion控制單元通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)相連接。保持同一網(wǎng)段。

將scout變量表導(dǎo)出為動(dòng)態(tài)的opc文件

在simotionscout中，不同的邏輯程序塊對(duì)應(yīng)著不同的變量symbol表，這就需要將不同變量表中的通訊變量導(dǎo)入到統(tǒng)一的watchtable中。為此，首先在scout中的programs一欄中右鍵點(diǎn)擊insert watchtable建立通訊表并取名為time_synchr。

在各個(gè)變量symbol表中選中要加載的變量，右鍵選擇add to watchtable功能后選擇剛生成的watch table表導(dǎo)入，如圖3。

生成用于通訊的watchtable后，需要將其導(dǎo)出為標(biāo)準(zhǔn)的opc文件。為此需要點(diǎn)擊菜單欄的options選項(xiàng)并選擇export opc data。。.一欄，在接下來(lái)彈出的組態(tài)菜單中選擇simatic net的版本和剛剛生成的watch table表名，如圖4。

在接下來(lái)的操作中要注意，因?yàn)閟imotiond445提供了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，標(biāo)識(shí)分別為x120和x220。因此，在接下來(lái)的步驟中，要選對(duì)協(xié)議和與服務(wù)器建立連接的以太網(wǎng)端口編號(hào)，項(xiàng)目中使用的端口是x120。選擇協(xié)議和通訊端口，如圖5所示。

opc服務(wù)器與simotions7連接通訊的組態(tài)

將simotion的通訊變量導(dǎo)出成opc文件之后，下一步則建立opc服務(wù)器，組態(tài)需要在安裝的simaticnet中進(jìn)行，其步驟與simatic net通過(guò)s7connection與西門子標(biāo)準(zhǔn)plc連接并作為opc服務(wù)器的組態(tài)過(guò)程一致：

在桌面右下角的station configurationeditor中插入opc server和ie general，并為網(wǎng)卡配置ip地址。

在simatic manager中組態(tài)pcstation站。具體為插入一個(gè)新的pc站，在pc站的hw config中分別組態(tài)opc server和ie general，將iegeneral配置到和simotion統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中。

進(jìn)入netpro環(huán)境組態(tài)s7 connection，在這里需要注意的是在localid一欄中需要填入simotion scout中項(xiàng)目的設(shè)備名稱，即d445，并為其分配ip地址。

在netpro中編譯建立了s7connection后，下載到pc station到本機(jī)。

在simatic net中配置configuration consoleopc

服務(wù)器建立完畢之后，需要在simatic net中導(dǎo)入simotion scout生成的動(dòng)態(tài)opc文件。這樣，simotiond445即與opc服務(wù)器建立了動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)鏈路。接下來(lái)wincc作為opc客戶端就可以從服務(wù)器上讀取simotion的數(shù)據(jù)了。

首先在計(jì)算機(jī)“開(kāi)始”菜單中打開(kāi)simatic net的configuration console。進(jìn)入到組態(tài)界面后，在application欄中依次點(diǎn)擊選擇opcsetting和symbols，之后點(diǎn)擊右邊的edit list按鈕。

在彈出的界面中，如圖6，點(diǎn)擊browser按鈕，尋找到生成的opc文件并將其加載進(jìn)來(lái)。一般，文件存儲(chǔ)的默認(rèn)路徑為：

c：\programme\siemens\simatic.net\opc2\bins7\simotion\xml。

最后，在configuration console中設(shè)置訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)。即選中當(dāng)前服務(wù)器與simotion d445通訊的以太網(wǎng)卡。

通訊成功后，可以使用simatic net自帶的opc客戶端軟件opc scout來(lái)對(duì)通訊進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)是否opc服務(wù)器與simotion已經(jīng)建立了通訊連接。

建立wincc與simaticnet的opc通訊

打開(kāi)wincc項(xiàng)目后，在tag management變量管理器中加載opc.chn協(xié)議。右鍵點(diǎn)擊協(xié)議的system parameter后可在窗口中瀏覽到opc.simaticnet。選中opc.simaticnet并點(diǎn)擊browser server按鈕，即可進(jìn)入opc變量管理器中。圖7為瀏覽可用的opc server。

在\sym中可以看到名為d445的設(shè)備以及包含的所有變量組。點(diǎn)擊每個(gè)變量組，在右側(cè)可以瀏覽到相關(guān)的組變量名稱，通過(guò)選擇右側(cè)要監(jiān)控的變量并點(diǎn)擊additems按鈕可將其加載到wincc的opc通道中。在加載的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)提示將在opc.chn通道中自動(dòng)建立名稱為opc_simaticnet的通訊連接，所有的通訊變量均可在此連接中找到。

將變量自動(dòng)連接到通訊通道中后運(yùn)行wincc項(xiàng)目，可在畫面中讀到opc服務(wù)器中的變量實(shí)際值，而opc服務(wù)器中的數(shù)據(jù)則來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)控制器中。至此，wincc實(shí)現(xiàn)了與simotion d445的數(shù)據(jù)連接，通過(guò)opc的通訊機(jī)制。圖8為wincc項(xiàng)目監(jiān)控畫面。

上位機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制器和操作員面板的時(shí)間同步功能

wincc與simotion d445之間的時(shí)間同步功能無(wú)法簡(jiǎn)單的通過(guò)wincc自帶的時(shí)間同步選件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此simotion需要從wincc中獲取系統(tǒng)時(shí)間，再將時(shí)間設(shè)置進(jìn)面板中以實(shí)現(xiàn)三方的時(shí)間同步。具體為simotion項(xiàng)目中包含了兩個(gè)st(structured text)單元，其中“timesync“單元包含了名為“timesync“的被周期性調(diào)用的程序，用來(lái)從wincc中讀取系統(tǒng)時(shí)間到simotion的同時(shí)，再將系統(tǒng)時(shí)間寫進(jìn)simotion的區(qū)域指針中，以此實(shí)現(xiàn)與wincc flexible的時(shí)間同步。而名為“hmitimesync“的單元包含兩個(gè)功能塊用來(lái)在程序中生成區(qū)域指針。其內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞和接口由圖9給出：

simotion d445作為運(yùn)動(dòng)控制單元，其與上位機(jī)wincc和操作面板wincc flexible的時(shí)間同步原理是相同的，都是首先通過(guò)simotion的區(qū)域指針獲取要同步的時(shí)間內(nèi)容，再由該指針將獲取到的信息由一個(gè)接口地址區(qū)搬移到另一個(gè)接口地址區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。因?yàn)閣incc flexible本身就具有時(shí)間同步的區(qū)域指針，特別適合于做時(shí)間同步的測(cè)試，為表述清楚，下文將著重描述wincc flexible與simotion之間的同步方法。

結(jié)語(yǔ)

本次項(xiàng)目通過(guò)使用西門子新一代運(yùn)動(dòng)控制加伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)simotion d445+sinamics s120，實(shí)現(xiàn)了對(duì)承載大型加工件的若干根pogo柱的位置同步控制，精度達(dá)到了用戶要求。同時(shí)通過(guò)運(yùn)用較為成熟的opc技術(shù)，使上位監(jiān)控軟件wincc在沒(méi)有集成simotiond445通訊驅(qū)動(dòng)程序的情況下與它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互，從而成功的代替較為簡(jiǎn)單的protool軟件作為了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。由此可知，基于計(jì)算機(jī)com/dcom技術(shù)的opc通訊方式，在工業(yè)通訊領(lǐng)域的應(yīng)用被證明是可行的。

目前，世界各知名自動(dòng)化產(chǎn)品供應(yīng)商都在其研發(fā)的系列新產(chǎn)品中集成了標(biāo)準(zhǔn)的opc通訊接口，相信隨著時(shí)間的推移，opc這項(xiàng)新興的通訊技術(shù)會(huì)越來(lái)越成熟，從而在工業(yè)通訊領(lǐng)域中起到越來(lái)越重要的作用。