項目簡介

在國家某重點科研生產單位的戰(zhàn)略開發(fā)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(fā)生。

為了保證項目積極穩(wěn)妥的推進直至最后成功，項目組決定其電氣控制系統(tǒng)采用西門子產品。其中西門子新一代運動控制系統(tǒng)simotiond445+ sinamicss120伺服驅動系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)由原來基于操作員面板的protool組態(tài)軟件更換為功能更為強大的基于pc機系統(tǒng)的wincc，從而保證了從simotion中采集到的基礎數(shù)據在計算機中可以進行二次開發(fā)。

控制系統(tǒng)構成

除以上所描述的系統(tǒng)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(tǒng)時間與上位監(jiān)控計算機保持一致，即達到時間同步功能?，F(xiàn)場運動控制和采集系統(tǒng)的硬件組成由圖1加以說明：

伺服驅動系統(tǒng)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(shù)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(yè)現(xiàn)場總線與驅動系統(tǒng)相連。同時，simotiond445提供的標準工業(yè)以太網接口使其可連接到廣域網上，與上位計算機進行數(shù)據交換。其數(shù)據信息流見圖2：

上位監(jiān)控系統(tǒng)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(tài)軟件。

上位機wincc，simotion d445和操作員面板winccflexible要實現(xiàn)時間同步功能。系統(tǒng)功能實現(xiàn)由于西門子的上位監(jiān)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(tài)實現(xiàn)與simotion的通訊，繼而將數(shù)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(tài)實現(xiàn)通訊?？紤]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(xiàn)與監(jiān)控軟件wincc的數(shù)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(xiàn)了數(shù)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(xiàn)數(shù)據的連通，上位機應安裝相應的操作系統(tǒng)和應用軟件，目前項目服務器上安裝了以下西門子組態(tài)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(tài)opc服務器。

simotion scout v4.0 hf8 用于simotion編程和生成動態(tài)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(tài)opc文件并作為標準的opc服務器為客戶機提供數(shù)據源。

服務器與simotion控制單元通過標準的工業(yè)以太網相連接。保持同一網段。

將scout變量表導出為動態(tài)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(tǒng)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(tài)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(xié)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(xié)議和通訊端口，如圖5所示。

opc服務器與simotions7連接通訊的組態(tài)

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(tài)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(tài)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(tài)pcstation站。具體為插入一個新的pc站，在pc站的hw config中分別組態(tài)opc server和ie general，將iegeneral配置到和simotion統(tǒng)一網絡中。

進入netpro環(huán)境組態(tài)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(tài)opc文件。這樣，simotiond445即與opc服務器建立了動態(tài)的數(shù)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(shù)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(tài)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(jié)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(xié)議。右鍵點擊協(xié)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(jiān)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(tǒng)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(shù)據則來自現(xiàn)場的運動控制器中。至此，wincc實現(xiàn)了與simotion d445的數(shù)據連接，通過opc的通訊機制。圖8為wincc項目監(jiān)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(xiàn)。因此simotion需要從wincc中獲取系統(tǒng)時間，再將時間設置進面板中以實現(xiàn)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(tǒng)時間到simotion的同時，再將系統(tǒng)時間寫進simotion的區(qū)域指針中，以此實現(xiàn)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(qū)域指針。其內部的數(shù)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(qū)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(qū)搬移到另一個接口地址區(qū)，從而實現(xiàn)數(shù)據的傳遞。因為wincc flexible本身就具有時間同步的區(qū)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(tǒng)simotion d445+sinamics s120，實現(xiàn)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(jiān)控軟件wincc在沒有集成simotiond445通訊驅動程序的情況下與它實現(xiàn)了數(shù)據的動態(tài)交互，從而成功的代替較為簡單的protool軟件作為了整個監(jiān)控系統(tǒng)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(yè)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(fā)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(yè)通訊領域中起到越來越重要的作用。