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    （浙江工商職業技術學院，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技術學院，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和組態軟件GE Fanuc IFIX基于OPC功能實現群控電梯的組態。

    關鍵詞：群控電梯；OPC功能；SCADA組態

    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硬件驅動程序的方式和現場的硬件設備通訊（如圖1所示）。
                
                                   圖1  通過硬件驅動程序進行通訊
    驅動程序一般是由監控軟件的開發商根據硬件廠商的產品來制作的，不同的廠商，不同的設備需要不同的驅動程序，同一個硬件設備對于不同的監控軟件也需要不同的驅動程序，這樣對軟件監控工程的順利完成造成了很多麻煩，使現場硬件設備、遠程監控軟件和驅動程序的兼容成為一個棘手的問題。雖然現場總線協議的產生解決了一部分問題，但是并不是所有的現場設備都適用現場總線協議，就算是勉強兼容也不能100％的發揮遠程監控軟件對現場設備的控制功能。

    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（客戶機/服務器）模式，作為現場硬件和監控軟件之間的一個中間環節，使不同的客戶端軟件可以任意訪問服務器端的數據源，而不會像DLL驅動程序（即一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數據的庫）那樣受到限制。

    開發OPC服務器端訪問接口的任務由硬件生產廠家來完成，以OPC Server軟件的形式提供給軟件用戶，而監控軟件制造商只要在軟件中加入OPC Client驅動就可以。OPC服務器訪問底層硬件，并將數據以OPC接口的方式提供到任何具有OPC客戶端接口的軟件。OPC的工作原理如圖2所示。
                    
                                   圖2  OPC技術的工作原理
    OPC規范要求硬件生產商在提供新的硬件設備的同時也提供一款根據新設備的協議開發的可以和新設備通訊的符合OPC標準的服務器端軟件，為設備提供基本的協議接口，并具有OLE/COM連接，一般用來完成數據交互和數據前置處理。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標準的客戶端驅動，客戶端驅動負責按標準的OPC接口函數對OPC服務器進行數據訪問，這樣不管現場設備是何種形式，客戶端都可以用統一的方式去訪問，方便了硬件和監控軟件數據間的交互。

    當OPC服務器里的數據發生改變時，服務器端將向客戶端發出信息，客戶端得到信息后再進行必要的處理，同樣當客戶端數據改變時，客戶向服務器端發出信息，服務器也會相應的處理數據，這樣就不需要花費大量時間來互相查詢數據。

    OPC技術對工業控制系統的集成是革命性的，使不同的現場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，提供了更為簡單的數據交互。無論是公司管理系統還是現場監控系統，無論是DCS還是FCS，無論是PLC還是智能儀表，都可以通過OPC快速交換數據。簡單來說OPC技術增強了整個監控系統的功能，提高了系統內各個組件的兼容性。

    OPC服務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器。供選擇的商品構成服務器讀取和寫入的所有進程數據位置。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數據項是OPC服務器與數據來源的連接。所有與OPC數據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，對應的數值會從最新進程數據中獲取并被返回，這些數值可以是傳感器、控制參數、狀態信息或網絡連接狀態的數值。OPC的結構由3類對象組成：服務器、組和數據項。

    提供數據的OPC元件被稱為OPC服務器。OPC服務器向下對設備數據進行采集，向上與OPC客戶應用程序通信完成數據交換。使用OPC服務器作為數據源的OPC元件稱為OPC客戶端。

    如圖3所示的OPC客戶機和服務器組成系統，具有如下所示的特點：

    ① 任何客戶機都可以與服務器連接；

    ② 接納所有類型的客戶機及服務器；

    ③ 與DDE 技術相比，OPC 能夠快速、可靠的傳輸數據；

    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境下軟件部件的交互使用和分享數據。
                   
                                  圖3   OPC客戶機和服務器組成系統
    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間通過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的外呼按鈕信息通過以太網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勢，在群控控制器和各個主控制器之間都使用以太網總線進行通訊。

    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組態軟件（如圖5所示），其中單臺電梯的功能主要包括驅動制動回路和門控制回路。
                  
                                      圖5  具體電梯控制示意圖
    4 OPC功能的實現過程

    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服務器，也可以作為OPC客戶端。IFIX 軟件是一套工業自動化軟件，為用戶提供一個“過程化的窗口”，能提供實時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I/O驅動程序與I/O設備接口，后者負責處理、使用所取數據，并以圖形顯示進行過程監視，完成監視控制、報警、報表、數據存檔等功能。

    OPC功能的實現過程如下：

    （1）用SIMATIC NET建立OPC服務器（如圖6所示）；
                   
                                    圖6  用SIMATIC NET 建立OPC 服務器
    （2）IFIX OPC Client的配置和使用；

    （3）IFIX數據庫與IFIX OPC Client的連接；

    （4）IFIX軟件畫面組態。

    在IFIX組態軟件中，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以下功能：

    （1）最大最小功能。系統指定1臺電梯應召時，使待梯時間最小，并預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）優先調度。在待梯時間不超過規定值時，對某樓層的召喚，由已接受該層內指令的電梯應召。

    （3）區域優先控制。當出現一連串召喚時，區域優先控制系統首先檢出“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，調派2臺電梯專職為這些樓層服務；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擁擠恢復后，轉由“最大最小”原則控制。
   
    （5）滿載報告。統計召喚情況和負載情況，用以預測滿載，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）已起動電梯優先。本來對某一層的召喚，按應召時間最短原則應由停層待命的電梯負責。但此時系統先判斷若不起動停層待命電梯，而由其它電梯應召時乘客待梯時間是否過長。如果不過長，就由其它電梯應召，而不起動待命電梯。

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

    （8）特別樓層服務。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。

    （9）特別服務。電梯優先為指定樓層提供服務。

    （10）獨立運行。按下轎內獨立運行開關，該電梯即從群控系統中脫離出來，此時只有轎內按鈕指令起作用。

    5 結束語

    在群控電梯中，OPC既可以用于將現場PLC設備的下位機數據采集到SCADA中來，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，同一個程序可以訪問多個服務器，同一個服務器也可以同時為多個客戶端服務。

    總之，把這一技術引進電梯群控系統，使得OPC成為樓宇監控、現場設備與工廠辦公管理應用程序之間的有效聯絡工具，相互之間的數據交換得以簡捷化和標準化，極大的方便了硬件開發商、軟件開發商和最終用戶。

    參考文獻：

    [1] 張汝成. 基于CAN總線的電梯控制系統的設計與實現[D].北京工業大學,2009.

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


    摘自《自動化博覽》2010年第十期