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案例頻道 （浙江工商職業(yè)技術(shù)學院，浙江 寧波 315012）張鵬非，李方園
張鵬非（1989-）男，浙江桐鄉(xiāng)人，現(xiàn)就讀于浙江工商職業(yè)技術(shù)學院，研究方向為電氣自動化。
基金項目： 2009年浙江省大學生科技創(chuàng)新項目
摘要：在目前日益普遍的建筑物電梯中，由于單臺設(shè)備所采用的PLC不盡相同，這就給群控電梯帶來了相當大的難度，使得改造成本大大提高，同時對于電梯的預(yù)維護等工作帶來了相當不便。本文主要介紹了西門子S7-1200和組態(tài)軟件GE Fanuc IFIX基于OPC功能實現(xiàn)群控電梯的組態(tài)。
關(guān)鍵詞：群控電梯；OPC功能；SCADA組態(tài)
Abstract: Now the elevators are increasingly popular in the building as a single unit used by different PLC, which has brought considerable difficulty for the elevator group control with greatly increased innovation cost, and meanwhile caused considerable inconvenience towards pre-elevator maintenance work.This article will focus on the elevator PLC of Siemens S7-1200, and the SCADA software of GE Fanuc's IFIX, and the elevators group control can be achieved for OPC-based features between PLC and IFIX.
Key words: Elevator group control; OPC function; SCADA configuration
1 前言
現(xiàn)階段的SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）已經(jīng)由集中控制逐步轉(zhuǎn)換成集散式控制，所以監(jiān)控系統(tǒng)、人機接口等應(yīng)用程序需要通過硬件驅(qū)動程序的方式和現(xiàn)場的硬件設(shè)備通訊（如圖1所示）。
圖1 通過硬件驅(qū)動程序進行通訊
驅(qū)動程序一般是由監(jiān)控軟件的開發(fā)商根據(jù)硬件廠商的產(chǎn)品來制作的，不同的廠商，不同的設(shè)備需要不同的驅(qū)動程序，同一個硬件設(shè)備對于不同的監(jiān)控軟件也需要不同的驅(qū)動程序，這樣對軟件監(jiān)控工程的順利完成造成了很多麻煩，使現(xiàn)場硬件設(shè)備、遠程監(jiān)控軟件和驅(qū)動程序的兼容成為一個棘手的問題。雖然現(xiàn)場總線協(xié)議的產(chǎn)生解決了一部分問題，但是并不是所有的現(xiàn)場設(shè)備都適用現(xiàn)場總線協(xié)議，就算是勉強兼容也不能100％的發(fā)揮遠程監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(shè)備的控制功能。
2 OPC的工作原理及規(guī)范
OPC是以O(shè)LE/COM/DCOM機制作為應(yīng)用程序級的通訊標準，它采用了Client/Server（客戶機/服務(wù)器）模式，作為現(xiàn)場硬件和監(jiān)控軟件之間的一個中間環(huán)節(jié)，使不同的客戶端軟件可以任意訪問服務(wù)器端的數(shù)據(jù)源，而不會像DLL驅(qū)動程序（即一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數(shù)據(jù)的庫）那樣受到限制。
開發(fā)OPC服務(wù)器端訪問接口的任務(wù)由硬件生產(chǎn)廠家來完成，以O(shè)PC Server軟件的形式提供給軟件用戶，而監(jiān)控軟件制造商只要在軟件中加入OPC Client驅(qū)動就可以。OPC服務(wù)器訪問底層硬件，并將數(shù)據(jù)以O(shè)PC接口的方式提供到任何具有OPC客戶端接口的軟件。OPC的工作原理如圖2所示。
圖2 OPC技術(shù)的工作原理
OPC規(guī)范要求硬件生產(chǎn)商在提供新的硬件設(shè)備的同時也提供一款根據(jù)新設(shè)備的協(xié)議開發(fā)的可以和新設(shè)備通訊的符合OPC標準的服務(wù)器端軟件，為設(shè)備提供基本的協(xié)議接口，并具有OLE/COM連接，一般用來完成數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)前置處理。這樣任何標準的OPC客戶端都可以以標準方式訪問該OPC服務(wù)器。
OPC規(guī)范還要求監(jiān)控軟件制造商必須提供符合OPC標準的客戶端驅(qū)動，客戶端驅(qū)動負責按標準的OPC接口函數(shù)對OPC服務(wù)器進行數(shù)據(jù)訪問，這樣不管現(xiàn)場設(shè)備是何種形式，客戶端都可以用統(tǒng)一的方式去訪問，方便了硬件和監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)間的交互。
當OPC服務(wù)器里的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，服務(wù)器端將向客戶端發(fā)出信息，客戶端得到信息后再進行必要的處理，同樣當客戶端數(shù)據(jù)改變時，客戶向服務(wù)器端發(fā)出信息，服務(wù)器也會相應(yīng)的處理數(shù)據(jù)，這樣就不需要花費大量時間來互相查詢數(shù)據(jù)。
OPC技術(shù)對工業(yè)控制系統(tǒng)的集成是革命性的，使不同的現(xiàn)場設(shè)備和系統(tǒng)軟件都可以互相兼容，OPC作為一種連接件，按標準的COM對象、方法屬性，提供了更為簡單的數(shù)據(jù)交互。無論是公司管理系統(tǒng)還是現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，無論是DCS還是FCS，無論是PLC還是智能儀表，都可以通過OPC快速交換數(shù)據(jù)。簡單來說OPC技術(shù)增強了整個監(jiān)控系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)內(nèi)各個組件的兼容性。
OPC服務(wù)器和客戶機的概念與超級市場相似，存放各種供選擇商品的通道代表服務(wù)器。供選擇的商品構(gòu)成服務(wù)器讀取和寫入的所有進程數(shù)據(jù)位置。客戶機就如同沿著通道移動并選擇需要的物品的購物車。
OPC數(shù)據(jù)項是OPC服務(wù)器與數(shù)據(jù)來源的連接。所有與OPC數(shù)據(jù)項的讀寫存取均通過包含OPC項目的OPC群組目標進行。同一個OPC項目可包含在幾個群組中。當某個變量被查詢時，對應(yīng)的數(shù)值會從最新進程數(shù)據(jù)中獲取并被返回，這些數(shù)值可以是傳感器、控制參數(shù)、狀態(tài)信息或網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的數(shù)值。OPC的結(jié)構(gòu)由3類對象組成：服務(wù)器、組和數(shù)據(jù)項。
提供數(shù)據(jù)的OPC元件被稱為OPC服務(wù)器。OPC服務(wù)器向下對設(shè)備數(shù)據(jù)進行采集，向上與OPC客戶應(yīng)用程序通信完成數(shù)據(jù)交換。使用OPC服務(wù)器作為數(shù)據(jù)源的OPC元件稱為OPC客戶端。
如圖3所示的OPC客戶機和服務(wù)器組成系統(tǒng)，具有如下所示的特點：
① 任何客戶機都可以與服務(wù)器連接；
② 接納所有類型的客戶機及服務(wù)器；
③ 與DDE 技術(shù)相比，OPC 能夠快速、可靠的傳輸數(shù)據(jù)；
④ 可以支持所有編程語言（C++，VB，Java）；
⑤ 提供了XML 語言和Web Service，支持所有平臺分布式環(huán)境下軟件部件的交互使用和分享數(shù)據(jù)。
圖3 OPC客戶機和服務(wù)器組成系統(tǒng)
3 群控電梯PLC控制系統(tǒng)
圖4為群控電梯的PLC控制系統(tǒng)，每一臺電梯將自己計算的可運行樓層和相應(yīng)運行時間通過通訊的方式傳送給群控控制器，群控控制器依據(jù)一定的規(guī)則將需要分配的樓層進行分配并傳給每一臺電梯執(zhí)行。
圖4 電梯群控智能系統(tǒng)原理
各臺電梯的主控制器將收集上來的外呼按鈕信息通過以太網(wǎng)總線傳給群控控制器，群控控制器將這些外呼按鈕信息處理以后，再回傳給每臺梯的主控制器用于外召按鈕的顯示以及樓層計算。主控制器將計算出的樓層和時間傳給群控控制器，群控控制器根據(jù)一定的規(guī)則決定每臺梯將響應(yīng)的召喚。
當這些電梯響應(yīng)完分配給自己的召喚以后，由群控控制器將相應(yīng)的召喚消掉。由于以太網(wǎng)總線具有成本低、傳輸速率快（10~100Mbps）、傳輸距離長、靈活性、可靠性好、具有硬件檢錯功能等優(yōu)勢，在群控控制器和各個主控制器之間都使用以太網(wǎng)總線進行通訊。
需要注意的是，在這里主控制器為西門子S7-1200 PLC，而群控控制器則精簡為IFIX組態(tài)軟件（如圖5所示），其中單臺電梯的功能主要包括驅(qū)動制動回路和門控制回路。
圖5 具體電梯控制示意圖
4 OPC功能的實現(xiàn)過程
I F IX軟件在國內(nèi)非常通用，性能穩(wěn)定功能強大，界面友好，最重要的是一直都支持OPC功能，即可以作為OPC服務(wù)器，也可以作為OPC客戶端。IFIX 軟件是一套工業(yè)自動化軟件，為用戶提供一個“過程化的窗口”，能提供實時數(shù)據(jù)給操作員及軟件應(yīng)用。IFIX 的基本功能數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理，前者如與電梯的I/O設(shè)備直接通信或通過I/O驅(qū)動程序與I/O設(shè)備接口，后者負責處理、使用所取數(shù)據(jù)，并以圖形顯示進行過程監(jiān)視，完成監(jiān)視控制、報警、報表、數(shù)據(jù)存檔等功能。
OPC功能的實現(xiàn)過程如下：
（1）用SIMATIC NET建立OPC服務(wù)器（如圖6所示）；
圖6 用SIMATIC NET 建立OPC 服務(wù)器
（2）IFIX OPC Client的配置和使用；
（3）IFIX數(shù)據(jù)庫與IFIX OPC Client的連接；
（4）IFIX軟件畫面組態(tài)。
在IFIX組態(tài)軟件中，腳本是采用VB來編寫，因此作為群控控制器來說，一個最重要的功能就是通過腳本來實現(xiàn)以下功能：
（1）最大最小功能。系統(tǒng)指定1臺電梯應(yīng)召時，使待梯時間最小，并預(yù)測可能的最大等候時間，可均衡待梯時間，防止長時間等候。
（2）優(yōu)先調(diào)度。在待梯時間不超過規(guī)定值時，對某樓層的召喚，由已接受該層內(nèi)指令的電梯應(yīng)召。
（3）區(qū)域優(yōu)先控制。當出現(xiàn)一連串召喚時，區(qū)域優(yōu)先控制系統(tǒng)首先檢出“長時間等候”的召喚信號，然后檢查這些召喚附近是否有電梯。如果有，則由附近電梯應(yīng)召，否則由“最大最小”原則控制。
（4）特別層樓集中控制。包括：①將餐廳、表演廳等存入系統(tǒng)；②根據(jù)轎廂負載情況和召喚頻度確定是否擁擠；③在擁擠時，調(diào)派2臺電梯專職為這些樓層服務(wù)；④擁擠時不取消這些層樓的召喚；⑤擁擠時自動延長開門時間；⑥擁擠恢復(fù)后，轉(zhuǎn)由“最大最小”原則控制。
（5）滿載報告。統(tǒng)計召喚情況和負載情況，用以預(yù)測滿載，避免已派往某一層的電梯在中途又換派1臺。本功能只對同向信號起作用。
（6）已起動電梯優(yōu)先。本來對某一層的召喚，按應(yīng)召時間最短原則應(yīng)由停層待命的電梯負責。但此時系統(tǒng)先判斷若不起動停層待命電梯，而由其它電梯應(yīng)召時乘客待梯時間是否過長。如果不過長，就由其它電梯應(yīng)召，而不起動待命電梯。
（7）“長時間等候”召喚控制。若按“最大最小”原則控制時出現(xiàn)了乘客長時間等候情況，則轉(zhuǎn)入“長時間等候”召喚控制，另派1臺電梯前往應(yīng)召。
（8）特別樓層服務(wù)。當特別樓層有召喚時，將其中1臺電梯解除群控，專為特別樓層服務(wù)。
（9）特別服務(wù)。電梯優(yōu)先為指定樓層提供服務(wù)。
（10）獨立運行。按下轎內(nèi)獨立運行開關(guān)，該電梯即從群控系統(tǒng)中脫離出來，此時只有轎內(nèi)按鈕指令起作用。
5 結(jié)束語
在群控電梯中，OPC既可以用于將現(xiàn)場PLC設(shè)備的下位機數(shù)據(jù)采集到SCADA中來，也可以用于將數(shù)據(jù)從一SCADA系統(tǒng)采集到另一SCADA系統(tǒng)或其他上位應(yīng)用程序中。在該結(jié)構(gòu)中，同一個程序可以訪問多個服務(wù)器，同一個服務(wù)器也可以同時為多個客戶端服務(wù)。
總之，把這一技術(shù)引進電梯群控系統(tǒng)，使得OPC成為樓宇監(jiān)控、現(xiàn)場設(shè)備與工廠辦公管理應(yīng)用程序之間的有效聯(lián)絡(luò)工具，相互之間的數(shù)據(jù)交換得以簡捷化和標準化，極大的方便了硬件開發(fā)商、軟件開發(fā)商和最終用戶。
參考文獻：
[1] 張汝成. 基于CAN總線的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學,2009.
[2] 施永,周惠文. 四臺七層群控電梯教學平臺的設(shè)計和開發(fā)[J].中國電力教育.2009(14).
摘自《自動化博覽》2010年第十期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號