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    （浙江工商职业技术学院，浙江 宁波 315012）张鹏非，李方园
                 
    张鹏非（1989-）男，浙江桐乡人，现就读于浙江工商职业技术学院，研究方向为电气自动化。

    基金项目： 2009年浙江省大学生科技创新项目

    摘要：在目前日益普遍的建筑物电梯中，由于单台设备所采用的PLC不尽相同，这就给群控电梯带来了相当大的难度，使得改造成本大大提高，同时对于电梯的预维护等工作带来了相当不便。本文主要介绍了西门子S7-1200和组态软件GE Fanuc IFIX基于OPC功能实现群控电梯的组态。

    关键词：群控电梯；OPC功能；SCADA组态

    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

    现阶段的SCADA系统（数据采集与监视控制系统）已经由集中控制逐步转换成集散式控制，所以监控系统、人机接口等应用程序需要通过硬件驱动程序的方式和现场的硬件设备通讯（如图1所示）。
                
                                   图1  通过硬件驱动程序进行通讯
    驱动程序一般是由监控软件的开发商根据硬件厂商的产品来制作的，不同的厂商，不同的设备需要不同的驱动程序，同一个硬件设备对于不同的监控软件也需要不同的驱动程序，这样对软件监控工程的顺利完成造成了很多麻烦，使现场硬件设备、远程监控软件和驱动程序的兼容成为一个棘手的问题。虽然现场总线协议的产生解决了一部分问题，但是并不是所有的现场设备都适用现场总线协议，就算是勉强兼容也不能100％的发挥远程监控软件对现场设备的控制功能。

    2 OPC的工作原理及规范

    OPC是以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序级的通讯标准，它采用了Client/Server（客户机/服务器）模式，作为现场硬件和监控软件之间的一个中间环节，使不同的客户端软件可以任意访问服务器端的数据源，而不会像DLL驱动程序（即一个包含可由多个程序同时使用的代码和数据的库）那样受到限制。

    开发OPC服务器端访问接口的任务由硬件生产厂家来完成，以OPC Server软件的形式提供给软件用户，而监控软件制造商只要在软件中加入OPC Client驱动就可以。OPC服务器访问底层硬件，并将数据以OPC接口的方式提供到任何具有OPC客户端接口的软件。OPC的工作原理如图2所示。
                    
                                   图2  OPC技术的工作原理
    OPC规范要求硬件生产商在提供新的硬件设备的同时也提供一款根据新设备的协议开发的可以和新设备通讯的符合OPC标准的服务器端软件，为设备提供基本的协议接口，并具有OLE/COM连接，一般用来完成数据交互和数据前置处理。这样任何标准的OPC客户端都可以以标准方式访问该OPC服务器。

    OPC规范还要求监控软件制造商必须提供符合OPC标准的客户端驱动，客户端驱动负责按标准的OPC接口函数对OPC服务器进行数据访问，这样不管现场设备是何种形式，客户端都可以用统一的方式去访问，方便了硬件和监控软件数据间的交互。

    当OPC服务器里的数据发生改变时，服务器端将向客户端发出信息，客户端得到信息后再进行必要的处理，同样当客户端数据改变时，客户向服务器端发出信息，服务器也会相应的处理数据，这样就不需要花费大量时间来互相查询数据。

    OPC技术对工业控制系统的集成是革命性的，使不同的现场设备和系统软件都可以互相兼容，OPC作为一种连接件，按标准的COM对象、方法属性，提供了更为简单的数据交互。无论是公司管理系统还是现场监控系统，无论是DCS还是FCS，无论是PLC还是智能仪表，都可以通过OPC快速交换数据。简单来说OPC技术增强了整个监控系统的功能，提高了系统内各个组件的兼容性。

    OPC服务器和客户机的概念与超级市场相似，存放各种供选择商品的通道代表服务器。供选择的商品构成服务器读取和写入的所有进程数据位置。客户机就如同沿着通道移动并选择需要的物品的购物车。

    OPC数据项是OPC服务器与数据来源的连接。所有与OPC数据项的读写存取均通过包含OPC项目的OPC群组目标进行。同一个OPC项目可包含在几个群组中。当某个变量被查询时，对应的数值会从最新进程数据中获取并被返回，这些数值可以是传感器、控制参数、状态信息或网络连接状态的数值。OPC的结构由3类对象组成：服务器、组和数据项。

    提供数据的OPC元件被称为OPC服务器。OPC服务器向下对设备数据进行采集，向上与OPC客户应用程序通信完成数据交换。使用OPC服务器作为数据源的OPC元件称为OPC客户端。

    如图3所示的OPC客户机和服务器组成系统，具有如下所示的特点：

    ① 任何客户机都可以与服务器连接；

    ② 接纳所有类型的客户机及服务器；

    ③ 与DDE 技术相比，OPC 能够快速、可靠的传输数据；

    ④ 可以支持所有编程语言（C++，VB，Java）；

    ⑤ 提供了XML 语言和Web Service，支持所有平台分布式环境下软件部件的交互使用和分享数据。
                   
                                  图3   OPC客户机和服务器组成系统
    3 群控电梯PLC控制系统

    图4为群控电梯的PLC控制系统，每一台电梯将自己计算的可运行楼层和相应运行时间通过通讯的方式传送给群控控制器，群控控制器依据一定的规则将需要分配的楼层进行分配并传给每一台电梯执行。
                  
                                    图4  电梯群控智能系统原理
    各台电梯的主控制器将收集上来的外呼按钮信息通过以太网总线传给群控控制器，群控控制器将这些外呼按钮信息处理以后，再回传给每台梯的主控制器用于外召按钮的显示以及楼层计算。主控制器将计算出的楼层和时间传给群控控制器，群控控制器根据一定的规则决定每台梯将响应的召唤。

    当这些电梯响应完分配给自己的召唤以后，由群控控制器将相应的召唤消掉。由于以太网总线具有成本低、传输速率快（10~100Mbps）、传输距离长、灵活性、可靠性好、具有硬件检错功能等优势，在群控控制器和各个主控制器之间都使用以太网总线进行通讯。

    需要注意的是，在这里主控制器为西门子S7-1200 PLC，而群控控制器则精简为IFIX组态软件（如图5所示），其中单台电梯的功能主要包括驱动制动回路和门控制回路。
                  
                                      图5  具体电梯控制示意图
    4 OPC功能的实现过程

    I F IX软件在国内非常通用，性能稳定功能强大，界面友好，最重要的是一直都支持OPC功能，即可以作为OPC服务器，也可以作为OPC客户端。IFIX 软件是一套工业自动化软件，为用户提供一个“过程化的窗口”，能提供实时数据给操作员及软件应用。IFIX 的基本功能数据采集和数据管理，前者如与电梯的I/O设备直接通信或通过I/O驱动程序与I/O设备接口，后者负责处理、使用所取数据，并以图形显示进行过程监视，完成监视控制、报警、报表、数据存档等功能。

    OPC功能的实现过程如下：

    （1）用SIMATIC NET建立OPC服务器（如图6所示）；
                   
                                    图6  用SIMATIC NET 建立OPC 服务器
    （2）IFIX OPC Client的配置和使用；

    （3）IFIX数据库与IFIX OPC Client的连接；

    （4）IFIX软件画面组态。

    在IFIX组态软件中，脚本是采用VB来编写，因此作为群控控制器来说，一个最重要的功能就是通过脚本来实现以下功能：

    （1）最大最小功能。系统指定1台电梯应召时，使待梯时间最小，并预测可能的最大等候时间，可均衡待梯时间，防止长时间等候。

    （2）优先调度。在待梯时间不超过规定值时，对某楼层的召唤，由已接受该层内指令的电梯应召。

    （3）区域优先控制。当出现一连串召唤时，区域优先控制系统首先检出“长时间等候”的召唤信号，然后检查这些召唤附近是否有电梯。如果有，则由附近电梯应召，否则由“最大最小”原则控制。

    （4）特别层楼集中控制。包括：①将餐厅、表演厅等存入系统；②根据轿厢负载情况和召唤频度确定是否拥挤；③在拥挤时，调派2台电梯专职为这些楼层服务；④拥挤时不取消这些层楼的召唤；⑤拥挤时自动延长开门时间；⑥拥挤恢复后，转由“最大最小”原则控制。
   
    （5）满载报告。统计召唤情况和负载情况，用以预测满载，避免已派往某一层的电梯在中途又换派1台。本功能只对同向信号起作用。

    （6）已起动电梯优先。本来对某一层的召唤，按应召时间最短原则应由停层待命的电梯负责。但此时系统先判断若不起动停层待命电梯，而由其它电梯应召时乘客待梯时间是否过长。如果不过长，就由其它电梯应召，而不起动待命电梯。

    （7）“长时间等候”召唤控制。若按“最大最小”原则控制时出现了乘客长时间等候情况，则转入“长时间等候”召唤控制，另派1台电梯前往应召。

    （8）特别楼层服务。当特别楼层有召唤时，将其中1台电梯解除群控，专为特别楼层服务。

    （9）特别服务。电梯优先为指定楼层提供服务。

    （10）独立运行。按下轿内独立运行开关，该电梯即从群控系统中脱离出来，此时只有轿内按钮指令起作用。

    5 结束语

    在群控电梯中，OPC既可以用于将现场PLC设备的下位机数据采集到SCADA中来，也可以用于将数据从一SCADA系统采集到另一SCADA系统或其他上位应用程序中。在该结构中，同一个程序可以访问多个服务器，同一个服务器也可以同时为多个客户端服务。

    总之，把这一技术引进电梯群控系统，使得OPC成为楼宇监控、现场设备与工厂办公管理应用程序之间的有效联络工具，相互之间的数据交换得以简捷化和标准化，极大的方便了硬件开发商、软件开发商和最终用户。

    参考文献：

    [1] 张汝成. 基于CAN总线的电梯控制系统的设计与实现[D].北京工业大学,2009.

    [2] 施永,周惠文. 四台七层群控电梯教学平台的设计和开发[J].中国电力教育.2009(14).


    摘自《自动化博览》2010年第十期