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    （浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)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(xué)院，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。

    基金項(xiàng)目： 2009年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目

    摘要：在目前日益普遍的建筑物電梯中，由于單臺(tái)設(shè)備所采用的PLC不盡相同，這就給群控電梯帶來了相當(dāng)大的難度，使得改造成本大大提高，同時(shí)對于電梯的預(yù)維護(hù)等工作帶來了相當(dāng)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(shí)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(jī)接口等應(yīng)用程序需要通過硬件驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序進(jìn)行通訊
    驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序，同一個(gè)硬件設(shè)備對于不同的監(jiān)控軟件也需要不同的驅(qū)動(dòng)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(yuǎn)程監(jiān)控軟件和驅(qū)動(dòng)程序的兼容成為一個(gè)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(qiáng)兼容也不能100％的發(fā)揮遠(yuǎn)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(jī)制作為應(yīng)用程序級(jí)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，它采用了Client/Server（客戶機(jī)/服務(wù)器）模式，作為現(xiàn)場硬件和監(jiān)控軟件之間的一個(gè)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(huì)像DLL驅(qū)動(dòng)程序（即一個(gè)包含可由多個(gè)程序同時(shí)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(dòng)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的OPC客戶端都可以以標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的客戶端驅(qū)動(dòng)，客戶端驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)按標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口函數(shù)對OPC服務(wù)器進(jìn)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(dāng)OPC服務(wù)器里的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，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(jìn)行必要的處理，同樣當(dāng)客戶端數(shù)據(jù)改變時(shí)，客戶向服務(wù)器端發(fā)出信息，服務(wù)器也會(huì)相應(yīng)的處理數(shù)據(jù)，這樣就不需要花費(fèi)大量時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)組件的兼容性。

    OPC服務(wù)器和客戶機(jī)的概念與超級(jí)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(jìn)程數(shù)據(jù)位置。客戶機(jī)就如同沿著通道移動(dòng)并選擇需要的物品的購物車。

    OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)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(xiàng)的讀寫存取均通過包含OPC項(xiàng)目的OPC群組目標(biāo)進(jìn)行。同一個(gè)OPC項(xiàng)目可包含在幾個(gè)群組中。當(dāng)某個(gè)變量被查詢時(shí)，對應(yīng)的數(shù)值會(huì)從最新進(jìn)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(xiàng)。

    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(jìn)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(jī)和服務(wù)器組成系統(tǒng)，具有如下所示的特點(diǎn)：

    ① 任何客戶機(jī)都可以與服務(wù)器連接；

    ② 接納所有類型的客戶機(jī)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(tái)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(jī)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(tái)電梯將自己計(jì)算的可運(yùn)行樓層和相應(yīng)運(yùn)行時(shí)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(jìn)行分配并傳給每一臺(tái)電梯執(zhí)行。
                  
                                    圖4  電梯群控智能系統(tǒng)原理
    各臺(tái)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(tái)梯的主控制器用于外召按鈕的顯示以及樓層計(jì)算。主控制器將計(jì)算出的樓層和時(shí)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(tái)梯將響應(yīng)的召喚。

    當(dāng)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(cuò)功能等優(yōu)勢，在群控控制器和各個(gè)主控制器之間都使用以太網(wǎng)總線進(jìn)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(tái)電梯的功能主要包括驅(qū)動(dòng)制動(dòng)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(shí)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(qiáng)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(dòng)化軟件，為用戶提供一個(gè)“過程化的窗口”，能提供實(shí)時(shí)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(dòng)程序與I/O設(shè)備接口，后者負(fù)責(zé)處理、使用所取數(shù)據(jù)，并以圖形顯示進(jìn)行過程監(jiān)視，完成監(jiān)視控制、報(bào)警、報(bào)表、數(shù)據(jù)存檔等功能。

    OPC功能的實(shí)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(gè)最重要的功能就是通過腳本來實(shí)現(xiàn)以下功能：

    （1）最大最小功能。系統(tǒng)指定1臺(tái)電梯應(yīng)召時(shí)，使待梯時(shí)間最小，并預(yù)測可能的最大等候時(shí)間，可均衡待梯時(shí)間，防止長時(shí)間等候。

    （2）優(yōu)先調(diào)度。在待梯時(shí)間不超過規(guī)定值時(shí)，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(dāng)出現(xiàn)一連串召喚時(shí)，區(qū)域優(yōu)先控制系統(tǒng)首先檢出“長時(shí)間等候”的召喚信號(hào)，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(fù)載情況和召喚頻度確定是否擁擠；③在擁擠時(shí)，調(diào)派2臺(tái)電梯專職為這些樓層服務(wù)；④擁擠時(shí)不取消這些層樓的召喚；⑤擁擠時(shí)自動(dòng)延長開門時(shí)間；⑥擁擠恢復(fù)后，轉(zhuǎn)由“最大最小”原則控制。
   
    （5）滿載報(bào)告。統(tǒng)計(jì)召喚情況和負(fù)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(tái)。本功能只對同向信號(hào)起作用。

    （6）已起動(dòng)電梯優(yōu)先。本來對某一層的召喚，按應(yīng)召時(shí)間最短原則應(yīng)由停層待命的電梯負(fù)責(zé)。但此時(shí)系統(tǒng)先判斷若不起動(dòng)停層待命電梯，而由其它電梯應(yīng)召時(shí)乘客待梯時(shí)間是否過長。如果不過長，就由其它電梯應(yīng)召，而不起動(dòng)待命電梯。

    （7）“長時(shí)間等候”召喚控制。若按“最大最小”原則控制時(shí)出現(xiàn)了乘客長時(shí)間等候情況，則轉(zhuǎn)入“長時(shí)間等候”召喚控制，另派1臺(tái)電梯前往應(yīng)召。

    （8）特別樓層服務(wù)。當(dāng)特別樓層有召喚時(shí)，將其中1臺(tái)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(dú)立運(yùn)行。按下轎內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行開關(guān)，該電梯即從群控系統(tǒng)中脫離出來，此時(shí)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(jī)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(gè)程序可以訪問多個(gè)服務(wù)器，同一個(gè)服務(wù)器也可以同時(shí)為多個(gè)客戶端服務(wù)。

    總之，把這一技術(shù)引進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)：

    [1] 張汝成. 基于CAN總線的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué),2009.

    [2] 施永,周惠文. 四臺(tái)七層群控電梯教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和開發(fā)[J].中國電力教育.2009(14).


    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十期