郭光文张 驰李培杰安肇勇
（1．清华大学机械工程系；2．广东鸿图科技股份有公司）
摘 要某压铸车间监测系统支持的通信接口有OPC、DDE和ODBC，其中OPC接口更适用于监测系统与外部程序的通信。为了开发监测系统客户端，详细分析了OPC自动化接口规范及3种数据通信方式，最终通过VB语言和OPC接口开发了监测系统的客户端。企业管理网络中的计算机可通过该客户端与被监测压铸单元进行实时数据交互，显示压铸设备运行情况。
压力铸造广泛应用于熔点较低的铝、镁、锌合金的生产，并在航空、航天、汽车、摩托车、机械装备、3C产品等对轻量化有要求的领域得到广泛应用。近年来，压铸机及其周边设备的自动化程度也在不断提高，形成了以压铸机为主体，喷雾机、给汤机、取件机器人、保温炉、切边机等周边设备为辅助的自动化压铸生产单元，可实现压铸件的全自动化连续生产，提高了压铸生产的效率。
但对于大型压铸厂，由于设备数量较多，难以及时发现工作异常的设备并进行维护，设备管理难度较大。在这样的趋势下，通过自动化集成，使企业管理人员能够对车间内多个压铸单元覆盖设备的运行情况进行监控，可实时了解压铸车间内的生产状况，提高压铸件的质量与生产效率，提高管理的及时性与科学性。为达到信息化管理的目的，企业提出了对各个压铸生产单元实现远程监控的要求。
在企业的三级工业网络中，监控系统所在的计算机需要与其他联网计算机通讯，将监控系统采集的数据传输到其他计算机上并进行显示，即需要开发监控系统的客户端，使其他计算机通过客户端访问监控系统，能实时了解压铸现场设备的运行情况及相关生产信息。铸件缩松、夹杂的问题与浇注系统、模具温度、浇注温度和速度相关,因此根据管理需求，开发出直观简洁、能投入实际生产应用的客户端的人机界面，实现压铸设备状态监控、温度与速度等工艺参数监控、生产数量统计、压射异常报警等功能，对压铸生产实现自动化、智能化具有重要作用。
1 监控系统的外部接口
压铸企业的内部管理网络采用以太网进行联网通讯。图1为管理网络中计算机对现场设备的控制。
监控系统采用组态软件——组态王开发，能使用的外部接口为组态王支持的以太网通讯接口，常用类型有DDE、OPC以及ODBC接口。
DDE(Dynamic Data Exchange)采用客户端／服务器通信模式，通过共享内存实现信息共享，但是DDE接口并不支持大量数据的实时通信，使得DDE通信无法作为监控系统的外部接口。
ODBC(Open Database Connectivity)接口是开放性数据库接口标准，通过ODBC接口通常可实现组态王与数据库之间的数据交互。但是监控系统客户端的开发目的是获取监控系统采集到的现场设备实时状态信息，而非数据库内的历史数据。ODBC接口更适合用于监控系统与企业管理系统的对接，并不适用于监控系统与客户端的实时通讯。
OPC技术采用客户端／服务器通信模式，并且是一种支持以太网网络通讯的数据接口，在工业领域应用广泛。组态王支持OPC接口，并可作为OPC服务器，与网络中的OPC客户端建立通信连接。只需要开发出OPC客户端，即可实现监控系统与客户端的实时通信。
基于上述分析，组态王支持的3种通信接口中，OPC接口更适用于监控系统与客户端之间数据访问通道的构建。
2 通信接口标准
组态王可作为OPC服务器，向与其连接的OPC客户端传递数据。监控系统的客户端要求必须符合OPC规范。目前，OPC规范为客户端的开发提供了2种接口格式，自定义接口和自动化接口。由于自定义接口开发需要详细了解COM技术，难度较大，而自动化接口的开发难度相对较小，可通过VB( Visual Basic)、Delphi语言进行开发，因此本系统采用VB作为编程语言来开发压铸单元监控系统的客户端，通过自动化接口实现客户端与OPC服务器之间的通讯。
OPC客户端开发建立在自动化接口标准之上，自动化接口的结构可以用图2中的对象模型表示。构成该对象模型的主要有6类数据对象。OPCServer是OPC服务器建立的一个实例，是创建对象模型中其他对象的重要基础；OPCGroups通过已建立的OPCServ-er获得，是OPCGroup的集合，负责创建、删除和管理组别( OPCGroup)；OPCGroup用于组织管理数据项；OPCItems是数据项的集合体，并对集合体内的数据项进行管理；OPCItem描述了数据寄存器与服务器之间的连接；OPCBrowser是提供自动化接口对象模型中的树形分支结构的工具。
3 客户端程序开发
3.1 OPC客户端实现步骤
为实现客户端对监控系统开发平台组态王上的OPC服务器的数据访问，首先需要确定被访问的OPC服务器所在的计算机名（或IP地址），通过OPCServer对象获取OPC服务器名称，使用OPCBrowser取得项目名称。确定了计算机、服务器以及项目名称后，可按以下步骤开发OPC客户端：①通过OPCServer对象建立被访问的OPC服务器的一个实例，并实现通讯连接；②通过OPCBrowser对象取得该OPC服务器的组列表和数据项列表，创建OPC组对象并设置属性，添加数据项并设置属性；③访问数据项并进行读、写操作；④删除组对象和数据项，断开与OPC服务器的连接，释放资源。OPC客户端开发步骤示意图见图3。
OPC客户端与OPC服务器之间的数据项读、写等交互方式可分为同步通信和异步通信。相比同步通信，异步方式可减少程序的等待时间，提高系统效率。订阅是异步读取中较为特殊的一种方式，客户端无需请求，服务器自动将发生变化的数据发送给客户端。对于客户端与服务器需要长期通信的应用场合，订阅方式具有更高的效率，并可减轻两者之间的通信负担。
3.2 0PC客户端程序开发
根据OPC自动化接口的标准和对象模型，开发了动态链接库OPCDAAuto. dll，实现了OPC服务器定制接口和自动化接口之间的通信，为基于自动化接口的OPC客户端开发提供了基础。之后，启动VB，新建工程，单击主菜单的“工程”-“引用”，在弹出的选项栏中选择OPC Automation2.0，见图4。之后，系统可加载OPC自动化接口。
VB客户端的开发首先需要进行接口的定义，定义自动化接口对应的6类数据对象，以及服务器和客户端的OPC数据项的句柄。
其次需要通过OPCServer创建OPC服务器的一个实例，并实现OPC客户端与OPC服务器的通讯连接。本客户端需要连接的OPC服务器为组态王自带的服务器KingView. View。
然后需要创建OPC组并设置属性，添加数据项并初始化OPC连接。
最后需要读取OPC数据项的数值(Value)，由组对象( OPCGroup)定义的组MyGroup可通过Dat-aChange事件读取数据项数值，即采用订阅方式读取数据。订阅方式读取数据的效率高于同步读取数据和异步读取数据，能充分发挥OPC服务器的性能。Dat-aChange事件可在客户端与OPC服务器建立通讯连接时，读取需要访问的OPC数据项数值。此后，该事件只在数据项数值发生变化时，读取发生了变化的数据。
以上是使用VB编程语言定义自动化接口开发OPC客户端的关键步骤以及相应步骤的程序，可实现客户端对服务器数据的访问。
4 客户端界面开发
在开发OPC客户端后，为了使企业管理网络层内的其他计算机能监控现场设备的运行情况，根据压铸企业管理层的需求，开发了监控系统客户端的人机界面。开发的监控界面应满足企业高层管理人员对压铸生产信息的需求，并且应该直观简洁、便于操作。客户端界面主要包括登入界面、主界面、监控界面和报警界面。
4.1登入界面
为了保障监控系统所采集数据的安全性，监控系统客户端设定了访问权限。用户需要通过密码登人监控系统客户端，以获取现场设备的生产信息
4.2主界面
主界面显示所有被监控压铸生产单元的厂家和吨位信息，通过界面上每个压铸单元上方的按键可进入这个单元的监控界面，见图5。
4.3监控界面
相关研究表明，压射行程、压射速度、压射压力等实
际压射参数对压铸件的质量有重大影响。因此监控
界面设计的功能有：①实时显示压铸单元内设备的动作
状态；②监控压铸设备设定的工艺参数和运行参数；③
每次压射后可显示当前该次压射的压射数据；④统计当
日各班次的产量信息并实时显示。开发的监控界面见
图6。
4.4报警界面
报警界面可选择性开启实时压射数据中某几个数据项的报警功能，并设置报警上限和下限。当实时压射数据不在上限和下限之间的范围内，说明该次压射的压射数据出现异常，压射过程不稳定。同时，报警提示界面将出现在报警界面中，提醒使用者压铸设备工作异常，并将异常的数据项字体颜色变为红色，方便用户进行查看。
5 系统实际运行
试运行OPC客户端，通过点击选项“登陆界面”进入“主界面”，然后点击“38号机”选项，通过客户端监控界面可以实现38号压铸机设备状态监控、工艺参数监控、生产数量统计的实时参数显示。当报警界面弹出“24号压铸机压射异常”、“38号压铸机压射异常”的报警提示界面，同时报警界面中24号压铸机的“最大速度”数据项字体颜色变为红色、38号压铸机的“行程”数据项字体颜色变为红色，通过检查压铸车间24号压铸机与38号压铸机运行情况，证实在OPC客户端报警时刻，企业压铸车间现场的24号压铸机因压射最大速度超出正常值而出现压射异常，38号压铸机因压射行程超出正常值范围而出现压射异常，与设计的系统报警界面显示的报警信息一致。
6 结 语
压铸生产信息OPC客户端通过列举企业监控系统支持的外部通讯接口，并分析了每种通信接口的特点和应用场合，最终选取了OPC接口作为监控系统与客户端数据交互的通信接口；介绍了OPC规范提供的自动化接口和自定义接口的主要特点，并选用Visual Basic作为编程语言，通过自动化接口开发OPC客户端。根据OPC客户端的开发需求，简要分析了OPC自动化接口的对象模型，并比较了OPC客户端与服务器之间的几种通信方式；基于OPC接口规范，阐述了OPC客户端开发的关键步骤，并完成了这些步骤的VB代码开发与测试；最后，根据压铸企业的管理需求，开发了客户端的监控界面。根据试运行结果显示，开发的OPC客户端能够正常运行，并实现了设备状态监控、工艺参数监控、生产数量统计、压射异常报警等功能。
