基于LabVIEW的矫直机数据通信分析系统

臧登月，胡 鹰，马立峰

(太原科技大学，山西 太原 030024)

0 前言

随着市场对于高质量钢板的需求量不断增加，对矫直机的功能和自动化程度提出了更高的要求，而矫直机的控制系统对于矫直机性能的提高有着至关重要的决定作用。

某钢厂矫直机控制系统采用工业以太网和现场总线将各个服务器和PLC控制系统连接起来。其中监控服务器采用Wincc作为控制软件，主要负责设备的监控，数据的显示和存储;PLC控制系统包括西门子S7-400PLC和底层执行设备，完成数据的采集。其控制系统示意图如图1所示。

虽然Wincc可以提供一些控件 (如:在线表格控件、在线趋势控件、用户归档表格控件等)显示数据，但是用户不能直接访问数据库，不能对这些数据直接进行分析处理，所以要在现有系统中添加数据分析功能模块。LabVIEW以强大的数据分析处理功能在冶金、化工、桥梁、水电、环境监测等领域得到广泛应用。将LabVIEW与现有系统进行结合，发挥各自的优势，就可以开发一套功能强大、高效可靠的控制系统。

1 LabVIEW与矫直机控制系统集成的可能性

1.1 LabVIEW及DataSocket数据通信技术介绍

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument En-gineering Workbench，实验室虚拟仪器工作平台)是由美国国家仪器公司 (NI)创立的一种基于图形化的、用图标来代替文本行创建应用程序的计算机编程语言［2］。LabVIEW具有丰富的功能模块和内部函数，用于数据的分析和处理。同时，还提供了多种网络接口与驱动程序支持数据的传输。其中利用DataSocket技术访问OPC服务器从而可以实现不同应用程序之间的数据交互和实时数据的共享。

图1 矫直机控制系统示意图Fig.1 Schematic diagram for control system of straightener

DataSocket技术是NI公司提供的一种基于TCP/IP协议的网络传输技术，DataSocket能有效地实现本地计算机内不同应用程序之间或者网络中不同计算机的多个应用程序之间的数据交互和共享以及实时数据的发布。DataSocket技术支持多种通信协议，例如:dstp、opc、logos、卸、file。目前在工业控制领域广泛采用opc(OLE for Process Control)协议实现不同应用程序之间的连接。虽然目前已经有TCP/IP、DDE等多种用于两个应用程序之间共享数据的技术，但是这些技术都不是用于实时数据 (Live Data)传输的。只有DataSocket是一项在测量和自动化应用中用于共享和发布实时数据的技术［3］。

1.2 OPC技术

OPC(OLE for Process Control)是一个标准的、与制造商无关的软件接口，这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法。它基于OLE/COM/DCOM技术采用客户机/服务器模式，以OPC服务器的形式将数据提供给用户［4］。OPC通信包括OPC服务器和OPC客户机两部分，OPC服务器为客户机提供所需的数据，OPC客户机负责接收服务器发送的数据并进行处理分析。OPC作为一种接口规范，解决了软硬件厂家的矛盾，在增强系统的开放性和兼容性，提高通信的可靠性和稳定性方面发挥了积极地作用，并且便于系统的升级和维护。

1.3 Wincc支持OPC通信

Wincc(Windows Control Center)是西门子公司的一款工控组态软件，主要用于数据采集监控系统，是HMI/SCADA软件中的后起之秀，目前被广泛应用于冶金，化工，水电等各种工业自动化控制领域。Wincc全面支持 OPC标准，Wincc可以用作OPC客户机实现与OPC服务器的连接，也可以作为OPC服务器，其他应用程序也可以OPC的方式访问Wincc。

Wincc的系统中集成了 OPC DA服务器、OPC HAD服务器和OPC A＆E服务器［5］。可以通过OPC DA服务器访问Wincc的过程数据，通过OPC HAD服务器访问Wincc的所有归档数据，由于OPC A＆E具备过滤机制，所以可通过此服务器传送经过选择之后的值。

2 矫直机数据通信分析系统的设计

2.1 通信方案

现有矫直机的数据采集系统把底层数据存储到Wincc中，在不改变原有系统的情况下只需要实现LabVIEW与Wincc的通信，从Wincc中取出过程数据用LabVIEW进行分析。由上一节的分析可以知道，LabVIEW与Wincc都支持OPC通信协议，所以可以基于OPC通信协议实现两者的通信。LabVIEW与Wincc的通信示意图如图2所示。LabVIEW对OPC服务器的访问有3种方案:①通过ActiveX自动化接口实现对OPC服务器的访问;②通过DataSocket技术实现对OPC服务器的访问;③通过DSC模块实现对OPC服务器的访问［6］。本系统利用DataSocket内部的OPC Client与西门子Wincc OPC Server通讯。

图2 LabVIEW与Wincc通信示意图Fig.2 Schematic diagram of communication between LabVIEW and Wincc

2.2 利用DataSocket技术与上位机数据传输

DataSocket函数库主要包括DataSocket select、 DataSocket open、 DataSocket read、DataSocket write、DataSocket close等函数。使用DataSocket传输数据时，采用和WWW浏览器相似的统一资源定位符URL来说明使用的通信协议和数据资源的位置。在程序开始，首先确定数据源地址。本系统中采用OPC通信协议与Wincc通信，其 URL地址格式为0PC://localhost/OPCServer.WinCC/项名。其中 localhost是主机名，OPCSever.Wincc是OPC服务器的名称。

系统连接后，在数据的传输过程中发现，在读或写数据时，通常会发生数据丢失的情况，究其原因主要是因为发布数据的一端比接收数据的一端速度快，导致一些数据还没来得及读取就被覆盖掉了。为了解决这种问题，故使用数据缓存区的方法传输数据，将DataSocket open函数的模式参数选为Buffered Read或Buffered Read/Write。后续试验中发现采用缓冲方式传输数据仍然有数据丢失，这时，在 DataSocket Server Manager上调整最大数据包数，调为2后，通信正常。利用DataSocket技术通信程序图如图3所示。

图3 利用DataSocket技术通信程序图Fig.3 Program graph of communication by means of DataSocket technology

2.3 矫直机数据通讯分析系统主界面

矫直机数据通信分析系统包括用户登录模块、实时数据显示模块、历史数据查询模块和报警记录模块。用户通过输入用户名和密码登录系统，每个用户被赋予不同的权限执行不同的操作;在实时数据显示模块，对采集的数据进行时域和频域等分析，并通过图形显示控件显示各个参数的趋势，操作人员可根据曲线的走势做出合理的控制;历史数据查询模块:选用Microsoft Access数据库存放矫直机的历史数据，利用Lab-VlEW DCT工具包在Microsoft Access数据库中动态创建表格，以变量名命名为表格名，对每一个数据标记上记录号、日期和时间，用户可以通过这些条件查询历史数据;报警记录模块记录系统执行过程中的所有报警信息，为系统故障诊断提供了可靠的依据，方便系统的维护。图4为矫直机数据通信分析系统主界面。

3 结论

图4 矫直机数据通信分析系统主界面Fig.4 Main interface of data communication and analysis system of straightener

基于LabVIEW的矫直机数据通信分析系统的开发，实现了实时数据显示、报警记录和历史数据记录分析处理等功能，为进一步改善矫直机生产工艺提供了数据支持。该系统用于矫直机以来，实现了实时数据的同步高效传输，无数据丢失现象，保证了数据的可靠性，并可对数据做出直观的分析，及时指导现场操作，提高了矫直机的工作效率。

［1］刘其和，李云明.LabVIEW虚拟仪器程序设计与应用［M］.北京:化学工业出版社，2011.4.

［2］孙秋野，柳昂，王云爽.LabVIEW 8.5快速入门与提高 ［M］.西安:西安交通大学出版社，2009.5.

［3］胡仁喜，王恒海，齐东明，等.LabVIEW 8.2.1虚拟仪器实例指导教程［M］.北京:机械工业出版社，2008.1.

［4］于海宁，张丽，陈立剑.基于Labview的数据通信的设计与实现 ［J］.船电技术，2009(5).

［5］苏昆哲.深入浅出西门子Wincc V6［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2005.9.

［6］刘金宁，孟晨.基于LabVIEW实现对OPC服务器的访问 ［J］.计算机工程与设计，2004(10).