運用OPC實現WinCC與西門子SIMOTION的通訊
項目簡介
在國家某重點科研生產單位的戰略開發型項目中，其工藝要求是在生產加工過程中，需要對加工的大型部件進行精確的調姿，這就需要對承載加工部件的若干根pogo拄進行精確的同步、等位移控制。從而避免由于pogo拄的等時運動偏差過大而導致加工部件的鋼性結構被破壞的情況發生。
為了保證項目積極穩妥的推進直至最后成功，項目組決定其電氣控制系統采用西門子產品。其中西門子新一代運動控制系統simotiond445+ sinamicss120伺服驅動系統負責對承載大型加工部件的若干根pogo柱進行精確的位置同步控制，以保證加工的精密性符合生產需要。同時，其上位監控系統由原來基于操作員面板的protool組態軟件更換為功能更為強大的基于pc機系統的wincc，從而保證了從simotion中采集到的基礎數據在計算機中可以進行二次開發。
控制系統構成
除以上所描述的系統需求外，項目還要求網絡中的運動控制器和操作員面板的系統時間與上位監控計算機保持一致，即達到時間同步功能。現場運動控制和采集系統的硬件組成由圖1加以說明：
伺服驅動系統采用西門子全新的驅動器sinamics s120系列。
sinamics s120采用了完美的模塊化設計，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。各單元之間通過全新通訊標準-drive-cliq串行數字總線相連接。
各遠程分布式i/o和操作員面板通過標準的profibus工業現場總線與驅動系統相連。同時，simotiond445提供的標準工業以太網接口使其可連接到廣域網上，與上位計算機進行數據交換。其數據信息流見圖2：
上位監控系統采用西門子wincc，其通訊采用的是opc技術。
操作員面板采用西門子wincc flexible組態軟件。
上位機wincc，simotion d445和操作員面板winccflexible要實現時間同步功能。系統功能實現由于西門子的上位監控軟件protool提供了基于運動控制器simotion的通訊驅動，因此可以通過簡單的組態實現與simotion的通訊，繼而將數據取入計算機中。
與protool不同，由于wincc本身沒有提供直接與simotion通訊的驅動程序，因此無法通過組態實現通訊。考慮到simotion的編程軟件scoutv4.0可以將運動控制器中的變量表生成標準的opc文件后被計算機上的simatic net軟件所加載，而simaticnet又提供了標準的opc通訊接口，因此可以實現與監控軟件wincc的數據通訊。
這樣，wincc作為opc通訊的客戶端，simaticnet作為opc通訊的服務器，而simotion通過自身生成的標準的opc文件與simaticnet進行連接，從而實現了數據由底層最終到上層的傳遞。其性能完全可以替代protool的作用。
通訊準備條件
為實現數據的連通，上位機應安裝相應的操作系統和應用軟件，目前項目服務器上安裝了以下西門子組態和編程軟件，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opc服務器。
simotion scout v4.0 hf8 用于simotion編程和生成動態的opc文件
wincc v6.2亞洲版 作為標準的opc客戶端與opc服務器建立通訊連接。
simatic net 2006 hf1導入simotionscout生成的動態opc文件并作為標準的opc服務器為客戶機提供數據源。
服務器與simotion控制單元通過標準的工業以太網相連接。保持同一網段。
將scout變量表導出為動態的opc文件
在simotionscout中，不同的邏輯程序塊對應著不同的變量symbol表，這就需要將不同變量表中的通訊變量導入到統一的watchtable中。為此，首先在scout中的programs一欄中右鍵點擊insert watchtable建立通訊表并取名為time_synchr。
在各個變量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表導入，如圖3。
生成用于通訊的watchtable后，需要將其導出為標準的opc文件。為此需要點擊菜單欄的options選項并選擇export opc data。。.一欄，在接下來彈出的組態菜單中選擇simatic net的版本和剛剛生成的watch table表名，如圖4。
在接下來的操作中要注意，因為simotiond445提供了兩個標準的以太網接口，標識分別為x120和x220。因此，在接下來的步驟中，要選對協議和與服務器建立連接的以太網端口編號，項目中使用的端口是x120。選擇協議和通訊端口，如圖5所示。
opc服務器與simotions7連接通訊的組態
將simotion的通訊變量導出成opc文件之后，下一步則建立opc服務器，組態需要在安裝的simaticnet中進行，其步驟與simatic net通過s7connection與西門子標準plc連接并作為opc服務器的組態過程一致：
在桌面右下角的station configurationeditor中插入opc server和ie general，并為網卡配置ip地址。
在simatic manager中組態pcstation站。具體為插入一個新的pc站，在pc站的hw config中分別組態opc server和ie general，將iegeneral配置到和simotion統一網絡中。
進入netpro環境組態s7 connection，在這里需要注意的是在localid一欄中需要填入simotion scout中項目的設備名稱，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。
在simatic net中配置configuration consoleopc
服務器建立完畢之后，需要在simatic net中導入simotion scout生成的動態opc文件。這樣，simotiond445即與opc服務器建立了動態的數據鏈路。接下來wincc作為opc客戶端就可以從服務器上讀取simotion的數據了。
首先在計算機“開始”菜單中打開simatic net的configuration console。進入到組態界面后，在application欄中依次點擊選擇opcsetting和symbols，之后點擊右邊的edit list按鈕。
在彈出的界面中，如圖6，點擊browser按鈕，尋找到生成的opc文件并將其加載進來。一般，文件存儲的默認路徑為：
c：\programme\siemens\simatic.net\opc2\bins7\simotion\xml。
最后，在configuration console中設置訪問節點。即選中當前服務器與simotion d445通訊的以太網卡。
通訊成功后，可以使用simatic net自帶的opc客戶端軟件opc scout來對通訊進行檢測，確認是否opc服務器與simotion已經建立了通訊連接。
建立wincc與simaticnet的opc通訊
打開wincc項目后，在tag management變量管理器中加載opc.chn協議。右鍵點擊協議的system parameter后可在窗口中瀏覽到opc.simaticnet。選中opc.simaticnet并點擊browser server按鈕，即可進入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的設備以及包含的所有變量組。點擊每個變量組，在右側可以瀏覽到相關的組變量名稱，通過選擇右側要監控的變量并點擊additems按鈕可將其加載到wincc的opc通道中。在加載的過程中，系統會提示將在opc.chn通道中自動建立名稱為opc_simaticnet的通訊連接，所有的通訊變量均可在此連接中找到。
將變量自動連接到通訊通道中后運行wincc項目，可在畫面中讀到opc服務器中的變量實際值，而opc服務器中的數據則來自現場的運動控制器中。至此，wincc實現了與simotion d445的數據連接，通過opc的通訊機制。圖8為wincc項目監控畫面。
上位機，運動控制器和操作員面板的時間同步功能
wincc與simotion d445之間的時間同步功能無法簡單的通過wincc自帶的時間同步選件來實現。因此simotion需要從wincc中獲取系統時間，再將時間設置進面板中以實現三方的時間同步。具體為simotion項目中包含了兩個st(structured text)單元，其中“timesync“單元包含了名為“timesync“的被周期性調用的程序，用來從wincc中讀取系統時間到simotion的同時，再將系統時間寫進simotion的區域指針中，以此實現與wincc flexible的時間同步。而名為“hmitimesync“的單元包含兩個功能塊用來在程序中生成區域指針。其內部的數據傳遞和接口由圖9給出：
simotion d445作為運動控制單元，其與上位機wincc和操作面板wincc flexible的時間同步原理是相同的，都是首先通過simotion的區域指針獲取要同步的時間內容，再由該指針將獲取到的信息由一個接口地址區搬移到另一個接口地址區，從而實現數據的傳遞。因為wincc flexible本身就具有時間同步的區域指針，特別適合于做時間同步的測試，為表述清楚，下文將著重描述wincc flexible與simotion之間的同步方法。
結語
本次項目通過使用西門子新一代運動控制加伺服驅動系統simotion d445+sinamics s120，實現了對承載大型加工件的若干根pogo柱的位置同步控制，精度達到了用戶要求。同時通過運用較為成熟的opc技術，使上位監控軟件wincc在沒有集成simotiond445通訊驅動程序的情況下與它實現了數據的動態交互，從而成功的代替較為簡單的protool軟件作為了整個監控系統的核心。由此可知，基于計算機com/dcom技術的opc通訊方式，在工業通訊領域的應用被證明是可行的。
目前，世界各知名自動化產品供應商都在其研發的系列新產品中集成了標準的opc通訊接口，相信隨著時間的推移，opc這項新興的通訊技術會越來越成熟，從而在工業通訊領域中起到越來越重要的作用。
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