（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，浙江桐鄉人，現就讀于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向為電氣自動(dòng)化。

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

    摘要：在目前日益普遍的建筑物電梯中，由于單臺設備所采用的PLC不盡相同，這就給群控電梯帶來(lái)了相當大的難度，使得改造成本大大提高，同時(shí)對于電梯的預維護等工作帶來(lái)了相當不便。本文主要介紹了西門(mén)子S7-1200和組態(tài)軟件GE Fanuc IFIX基于OPC功能實(shí)現群控電梯的組態(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

    現階段的SCADA系統（數據采集與監視控制系統）已經(jīng)由集中控制逐步轉換成集散式控制，所以監控系統、人機接口等應用程序需要通過(guò)硬件驅動(dòng)程序的方式和現場(chǎng)的硬件設備通訊（如圖1所示）。
                
                                   圖1  通過(guò)硬件驅動(dòng)程序進(jìn)行通訊
    驅動(dòng)程序一般是由監控軟件的開(kāi)發(fā)商根據硬件廠(chǎng)商的產(chǎn)品來(lái)制作的，不同的廠(chǎng)商，不同的設備需要不同的驅動(dòng)程序，同一個(gè)硬件設備對于不同的監控軟件也需要不同的驅動(dòng)程序，這樣對軟件監控工程的順利完成造成了很多麻煩，使現場(chǎng)硬件設備、遠程監控軟件和驅動(dòng)程序的兼容成為一個(gè)棘手的問(wèn)題。雖然現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的產(chǎn)生解決了一部分問(wèn)題，但是并不是所有的現場(chǎng)設備都適用現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，就算是勉強兼容也不能100％的發(fā)揮遠程監控軟件對現場(chǎng)設備的控制功能。

    2 OPC的工作原理及規范

    OPC是以OLE/COM/DCOM機制作為應用程序級的通訊標準，它采用了Client/Server（客戶(hù)機/服務(wù)器）模式，作為現場(chǎng)硬件和監控軟件之間的一個(gè)中間環(huán)節，使不同的客戶(hù)端軟件可以任意訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器端的數據源，而不會(huì )像DLL驅動(dòng)程序（即一個(gè)包含可由多個(gè)程序同時(shí)使用的代碼和數據的庫）那樣受到限制。

    開(kāi)發(fā)OPC服務(wù)器端訪(fǎng)問(wèn)接口的任務(wù)由硬件生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)完成，以OPC Server軟件的形式提供給軟件用戶(hù)，而監控軟件制造商只要在軟件中加入OPC Client驅動(dòng)就可以。OPC服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)底層硬件，并將數據以OPC接口的方式提供到任何具有OPC客戶(hù)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規范要求硬件生產(chǎn)商在提供新的硬件設備的同時(shí)也提供一款根據新設備的協(xié)議開(kāi)發(fā)的可以和新設備通訊的符合OPC標準的服務(wù)器端軟件，為設備提供基本的協(xié)議接口，并具有OLE/COM連接，一般用來(lái)完成數據交互和數據前置處理。這樣任何標準的OPC客戶(hù)端都可以以標準方式訪(fǎng)問(wèn)該OPC服務(wù)器。

    OPC規范還要求監控軟件制造商必須提供符合OPC標準的客戶(hù)端驅動(dòng)，客戶(hù)端驅動(dòng)負責按標準的OPC接口函數對OPC服務(wù)器進(jìn)行數據訪(fǎng)問(wèn)，這樣不管現場(chǎng)設備是何種形式，客戶(hù)端都可以用統一的方式去訪(fǎng)問(wèn)，方便了硬件和監控軟件數據間的交互。

    當OPC服務(wù)器里的數據發(fā)生改變時(shí)，服務(wù)器端將向客戶(hù)端發(fā)出信息，客戶(hù)端得到信息后再進(jìn)行必要的處理，同樣當客戶(hù)端數據改變時(shí)，客戶(hù)向服務(wù)器端發(fā)出信息，服務(wù)器也會(huì )相應的處理數據，這樣就不需要花費大量時(shí)間來(lái)互相查詢(xún)數據。

    OPC技術(shù)對工業(yè)控制系統的集成是革命性的，使不同的現場(chǎng)設備和系統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(jiǎn)單的數據交互。無(wú)論是公司管理系統還是現場(chǎng)監控系統，無(wú)論是DCS還是FCS，無(wú)論是PLC還是智能儀表，都可以通過(guò)OPC快速交換數據。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)OPC技術(shù)增強了整個(gè)監控系統的功能，提高了系統內各個(gè)組件的兼容性。

    OPC服務(wù)器和客戶(hù)機的概念與超級市場(chǎng)相似，存放各種供選擇商品的通道代表服務(wù)器。供選擇的商品構成服務(wù)器讀取和寫(xiě)入的所有進(jìn)程數據位置?？蛻?hù)機就如同沿著(zhù)通道移動(dòng)并選擇需要的物品的購物車(chē)。

    OPC數據項是OPC服務(wù)器與數據來(lái)源的連接。所有與OPC數據項的讀寫(xiě)存取均通過(guò)包含OPC項目的OPC群組目標進(jìn)行。同一個(gè)OPC項目可包含在幾個(gè)群組中。當某個(gè)變量被查詢(xún)時(shí)，對應的數值會(huì )從最新進(jìn)程數據中獲取并被返回，這些數值可以是傳感器、控制參數、狀態(tài)信息或網(wǎng)絡(luò )連接狀態(tài)的數值。OPC的結構由3類(lèi)對象組成：服務(wù)器、組和數據項。

    提供數據的OPC元件被稱(chēng)為OPC服務(wù)器。OPC服務(wù)器向下對設備數據進(jìn)行采集，向上與OPC客戶(hù)應用程序通信完成數據交換。使用OPC服務(wù)器作為數據源的OPC元件稱(chēng)為OPC客戶(hù)端。

    如圖3所示的OPC客戶(hù)機和服務(wù)器組成系統，具有如下所示的特點(diǎn)：

    ① 任何客戶(hù)機都可以與服務(wù)器連接；

    ② 接納所有類(lèi)型的客戶(hù)機及服務(wù)器；

    ③ 與DDE 技術(shù)相比，OPC 能夠快速、可靠的傳輸數據；

    ④ 可以支持所有編程語(yǔ)言（C++，VB，Java）；

    ⑤ 提供了XML 語(yǔ)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據。
                   
                                  圖3   OPC客戶(hù)機和服務(wù)器組成系統
    3 群控電梯PLC控制系統

    圖4為群控電梯的PLC控制系統，每一臺電梯將自己計算的可運行樓層和相應運行時(shí)間通過(guò)通訊的方式傳送給群控控制器，群控控制器依據一定的規則將需要分配的樓層進(jìn)行分配并傳給每一臺電梯執行。
                  
                                    圖4  電梯群控智能系統原理
    各臺電梯的主控制器將收集上來(lái)的外呼按鈕信息通過(guò)以太網(wǎng)總線(xiàn)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(shí)間傳給群控控制器，群控控制器根據一定的規則決定每臺梯將響應的召喚。

    當這些電梯響應完分配給自己的召喚以后，由群控控制器將相應的召喚消掉。由于以太網(wǎng)總線(xiàn)具有成本低、傳輸速率快（10~100Mbps）、傳輸距離長(cháng)、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(gè)主控制器之間都使用以太網(wǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊。

    需要注意的是，在這里主控制器為西門(mén)子S7-1200 PLC，而群控控制器則精簡(jiǎn)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動(dòng)制動(dòng)回路和門(mén)控制回路。
                  
                                      圖5  具體電梯控制示意圖
    4 OPC功能的實(shí)現過(guò)程

    I F IX軟件在國內非常通用，性能穩定功能強大，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(hù)端。IFIX 軟件是一套工業(yè)自動(dòng)化軟件，為用戶(hù)提供一個(gè)“過(guò)程化的窗口”，能提供實(shí)時(shí)數據給操作員及軟件應用。IFIX 的基本功能數據采集和數據管理，前者如與電梯的I/O設備直接通信或通過(guò)I/O驅動(dòng)程序與I/O設備接口，后者負責處理、使用所取數據，并以圖形顯示進(jìn)行過(guò)程監視，完成監視控制、報警、報表、數據存檔等功能。

    OPC功能的實(shí)現過(guò)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數據庫與IFIX OPC Client的連接；

    （4）IFIX軟件畫(huà)面組態(tài)。

    在IFIX組態(tài)軟件中，腳本是采用VB來(lái)編寫(xiě)，因此作為群控控制器來(lái)說(shuō)，一個(gè)最重要的功能就是通過(guò)腳本來(lái)實(shí)現以下功能：

    （1）最大最小功能。系統指定1臺電梯應召時(shí)，使待梯時(shí)間最小，并預測可能的最大等候時(shí)間，可均衡待梯時(shí)間，防止長(cháng)時(shí)間等候。

    （2）優(yōu)先調度。在待梯時(shí)間不超過(guò)規定值時(shí)，對某樓層的召喚，由已接受該層內指令的電梯應召。

    （3）區域優(yōu)先控制。當出現一連串召喚時(shí)，區域優(yōu)先控制系統首先檢出“長(cháng)時(shí)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；②根據轎廂負載情況和召喚頻度確定是否擁擠；③在擁擠時(shí)，調派2臺電梯專(zhuān)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(cháng)開(kāi)門(mén)時(shí)間；⑥擁擠恢復后，轉由“最大最小”原則控制。
   
    （5）滿(mǎn)載報告。統計召喚情況和負載情況，用以預測滿(mǎn)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(dòng)電梯優(yōu)先。本來(lái)對某一層的召喚，按應召時(shí)間最短原則應由停層待命的電梯負責。但此時(shí)系統先判斷若不起動(dòng)停層待命電梯，而由其它電梯應召時(shí)乘客待梯時(shí)間是否過(guò)長(cháng)。如果不過(guò)長(cháng)，就由其它電梯應召，而不起動(dòng)待命電梯。

    （7）“長(cháng)時(shí)間等候”召喚控制。若按“最大最小”原則控制時(shí)出現了乘客長(cháng)時(shí)間等候情況，則轉入“長(cháng)時(shí)間等候”召喚控制，另派1臺電梯前往應召。

    （8）特別樓層服務(wù)。當特別樓層有召喚時(shí)，將其中1臺電梯解除群控，專(zhuān)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。按下轎內獨立運行開(kāi)關(guān)，該電梯即從群控系統中脫離出來(lái)，此時(shí)只有轎內按鈕指令起作用。

    5 結束語(yǔ)

    在群控電梯中，OPC既可以用于將現場(chǎng)PLC設備的下位機數據采集到SCADA中來(lái)，也可以用于將數據從一SCADA系統采集到另一SCADA系統或其他上位應用程序中。在該結構中，同一個(gè)程序可以訪(fǎng)問(wèn)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(hù)端服務(wù)。

    總之，把這一技術(shù)引進(jìn)電梯群控系統，使得OPC成為樓宇監控、現場(chǎng)設備與工廠(chǎng)辦公管理應用程序之間的有效聯(lián)絡(luò )工具，相互之間的數據交換得以簡(jiǎn)捷化和標準化，極大的方便了硬件開(kāi)發(fā)商、軟件開(kāi)發(fā)商和最終用戶(hù)。

    參考文獻：

    [1] 張汝成. 基于CAN總線(xiàn)的電梯控制系統的設計與實(shí)現[D].北京工業(yè)大學(xué),2009.

    [2] 施永,周惠文. 四臺七層群控電梯教學(xué)平臺的設計和開(kāi)發(fā)[J].中國電力教育.2009(14).


    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十期