項目6通過OPCUA進行電機運動控制2025/7/2313:28目錄6.1項目描述 6.2知識準備 6.3操作任務(wù)通過OPCUA進行電機運動控制思考題2025/7/2313:286.1項目描述

1.項目目標（1）了解opc總線協(xié)議的特點（2）學(xué)習(xí)EcoStruxuremachineexpert組態(tài)軟件使用（3）利用上位組態(tài)軟件EcoStruxureMachineExpert與M241通信交換數(shù)據(jù)6.1項目描述2.實踐環(huán)境

表6.1實訓(xùn)平臺設(shè)備列表實驗設(shè)備數(shù)量備

注TM241CEC24T1施耐德PLCHMIRXOHCA30011工控機工控機（EcoStruxureMachineExpert）1EcoStruxureMachineExpert授權(quán)ATV320U04M2C1ATV320變頻器,緊湊型,0.37kWHMIGXU3512

1觸摸屏軟件環(huán)境：SoMachine編程軟件、VijeoDesignerBasic軟件、EcoStruxureMachineExpert組態(tài)軟件6.1項目描述3.項目架構(gòu)及任務(wù)（1）項目架構(gòu)本項目通過組態(tài)軟件EcoStruxureMachineExpert實現(xiàn)對自動化系統(tǒng)的監(jiān)控，項目系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示。在OPCUA通信中，PLC為OPC服務(wù)器，EcoStruxureMachineExpert為客戶端，OPCUA通信PLC控制變頻器驅(qū)動電機完成正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)動作，同時檢測變頻器的各種運行狀態(tài)參數(shù)。6.1項目描述3.項目架構(gòu)及任務(wù)（1）項目架構(gòu)PLC與變頻器通過EthernetIP協(xié)議通信、PLC與工控機通過OPCUA協(xié)議通信、PLC與HMI之間采用Modbus/TCP通信協(xié)議通信。其中PLCIP地址設(shè)定為1，子網(wǎng)掩碼；工控機地址設(shè)定為4，子網(wǎng)掩碼；觸摸屏IP地址設(shè)定為0，子網(wǎng)掩碼，變頻器IP地址設(shè)定為2，子網(wǎng)掩碼，1.1項目描述3.項目架構(gòu)及任務(wù)（2）項目任務(wù)本項目M241PLC與EcoStruxureMachineExpert實現(xiàn)OPCUA通信，交換數(shù)據(jù)，實訓(xùn)分2個任務(wù)，任務(wù)1為電機控制部分調(diào)試，完成的PLC及HMI程序下載，并進行調(diào)試，實現(xiàn)變頻器的控制；任務(wù)2為基于OPCUA的電機控制，包括OPCserer配置、OPCClient配置、組態(tài)監(jiān)控畫面設(shè)計、調(diào)試四部分，進行服務(wù)器設(shè)置及共享變量配置，為客戶端讀取變量做好準備；進行OPCClient配置，實現(xiàn)組態(tài)軟件與PLC間的通信；完成監(jiān)控參數(shù)及監(jiān)控畫面的繪制，并進行調(diào)試，實現(xiàn)監(jiān)控功能。2025/7/2313:286.2知識準備6.2.1OPC技術(shù)6.2.2OPCUA技術(shù)2025/7/2313:286.2.1OPC技術(shù)OPC是英文“OLEforProcessControl”的縮寫，用于過程控制的OLE，是一種利用微軟的COM/DCOM技術(shù)來達成自動化控制的協(xié)定，其針對硬件設(shè)備的驅(qū)動程序由硬件廠商完成，并提供統(tǒng)一的基于OPC接口標準的Server程序，軟件廠商只需按照OPC標準接口編寫Client程序，可訪問Server程序進行讀寫，即可實現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信。其中OLE（ObjectLinkingandEmbedding，對象連接與嵌入），是一種基于COM（組件對象模型）的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，是Windows的一組服務(wù)功能，是在客戶應(yīng)用程序間傳輸和共享信息的一組綜合標準。2025/7/2313:286.2.1OPC技術(shù)

由于OPC技術(shù)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)構(gòu)化存儲和自動化等優(yōu)勢，從而在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛地應(yīng)用，已經(jīng)成為獨立于計算機語言、操作系統(tǒng)甚至硬件平臺的一種規(guī)范。OPC標準采用C/S模式，OPC服務(wù)器負責(zé)向OPC客戶端不斷提供數(shù)據(jù)。OPC服務(wù)器軟件實質(zhì)就是一個網(wǎng)關(guān)，是整個系統(tǒng)的核心，它一方面與現(xiàn)場設(shè)備、PLC進行通信，將各種不同的現(xiàn)場總線、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的OPC協(xié)議；另一方面它與OPC客戶端軟件通過標準OPC協(xié)議進行通信，為OPC客戶端提供數(shù)據(jù)或者將OPC客戶端的指令發(fā)送給PLC與現(xiàn)場設(shè)備；OPC客戶端軟件通過標準OPC協(xié)議與OPC服務(wù)器進行通信，將指令與數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC或者現(xiàn)場設(shè)備，以滿足不同系統(tǒng)、測控設(shè)備之間集成的要求。2025/7/2313:286.2.2OPCUA技術(shù)經(jīng)典OPC在過程控制中有著出色的表現(xiàn)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展及一些外部因素的變化，導(dǎo)致經(jīng)典OPC已經(jīng)不能完全滿足人們的需求。OPCUA實現(xiàn)了經(jīng)典OPC的所有功能，增加或增強了如下一些功能：（1）發(fā)現(xiàn)：可以在本地PC和/或網(wǎng)絡(luò)上查找可用的OPC服務(wù)器；（2）地址空間：所有數(shù)據(jù)都是分層表示的（例如文件和文件夾），允許OPC客戶端發(fā)現(xiàn)、利用簡單和復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（3）按需：基于訪問權(quán)限讀取和寫入數(shù)據(jù)/信息；（4）訂閱：監(jiān)視數(shù)據(jù)/信息，并且當值變化超出客戶端的設(shè)定時報告異常；（5）事件：基于客戶端的設(shè)定通知重要信息；（6）方法：客戶端可以基于在服務(wù)器上定義的方法來執(zhí)行程序等；2025/7/2313:286.2.2OPCUA技術(shù)OPCUA通信是跨平臺地、具有更高的安全性和可靠性，滿足了企業(yè)信息高度連通的需求，具有五大特點：（1）訪問統(tǒng)一性（2）通信性能（3）可靠性、冗余性（4）標準安全模型（5）與平臺無關(guān)OPCUA是在傳統(tǒng)OPC技術(shù)取得很大成功之后的又一個突破，讓數(shù)據(jù)采集、信息模型化以及工廠底層與企業(yè)層面之間的通信更加安全、可靠。2025/7/2313:286.3任務(wù)1程序下載及電機調(diào)試6.3.1任務(wù)結(jié)構(gòu)6.3.2

PLC程序設(shè)計及下載6.3.3HMI程序編譯及下載6.3.4調(diào)試6.3.1任務(wù)結(jié)構(gòu)任務(wù)要求：以觸摸屏為人機界面，TM241PLC作為控制器，通過編程控制電機運行，實現(xiàn)電機的啟停及參數(shù)的監(jiān)控。觸摸屏和PLC之間采用Modbus/TCP通信、PLC和變頻器之間采用EthernetIP協(xié)議進行通信。任務(wù)結(jié)構(gòu)TM241PLC作為控制器，通過現(xiàn)場總線控制電機運行，變頻器帶動一臺電機組成實驗裝置。首先在“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺”上，如圖6.2所示搭建變頻器控制系統(tǒng)。6.3.2PLC程序設(shè)計及下載1、添加變量使用SoMachine軟件打開工程文件Demo5PickAndPlace2020-05-28.project，如圖6.3所示，選擇應(yīng)用程序樹，在GVL_HMIBool變量表中，增加4個位變量，分別為HMI_xEnable_ATV320、HMI_Forward、HMI_Backward、HMI_Enable6.3.2PLC程序設(shè)計及下載2、編程及下載擊Main程序段下的Inverter_active動作，進行變頻器控制程序編程，實現(xiàn)可通過OPCUA及觸摸屏的聯(lián)合控制，如圖6.4所示，編譯無誤后，按照2.3.6節(jié)介紹方法進行PLC程序的下載，如圖6.5所示。6.3.3HMI程序編譯及下載使用VijeoDesignerBasic軟件打開工程文件“Demo5PickAndPlace2020-05-28.vdz”，右擊“Target”，在彈出的菜單中選擇“下載（W）至（以太網(wǎng)0）…”，將工程下載到觸摸屏硬件，觸摸屏下載界面如圖6.6所示。6.3.4調(diào)試具體調(diào)試步驟與項目3相同，不再贅述，請參照項目3進行。2025/7/2313:286.4任務(wù)2基于OPCUA的電機控制6.4.1任務(wù)結(jié)構(gòu)6.4.2基于PLC的OPCserer配置6.4.3OPCClient配置6.4.4電機監(jiān)控組態(tài)畫面設(shè)計6.4.5系統(tǒng)調(diào)試2025/7/2313:286.4.1任務(wù)結(jié)構(gòu)任務(wù)要求：利用OPCUA通信實現(xiàn)電機控制，完成OPCserer配置、OPCClient配置、組態(tài)監(jiān)控畫面設(shè)計，最終通過監(jiān)控界面實現(xiàn)電機的控制及參數(shù)監(jiān)測。任務(wù)架構(gòu)：M241與EcoStruxuremachineexpert進行OPCUA通訊，在“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺”上，如圖6.3所示搭建變頻器控制系統(tǒng)，以施耐德M241PLC為OPC服務(wù)器，以工控機為OPC客戶端，并通過EcoStruxuremachineexpert組態(tài)軟件實現(xiàn)電機變頻控制。2025/7/2313:286.4.2基于PLC的OPCserer配置1.OPCUA服務(wù)器參數(shù)設(shè)置如圖6.4所示，在設(shè)備樹中雙擊MyController，選擇OPCUA服務(wù)器配置選項卡，服務(wù)端口號設(shè)置為4840，并啟用跟蹤服務(wù)，即可完成服務(wù)器參數(shù)設(shè)置，PLCIP地址為1，則OPCUA服務(wù)器訪問地址為opc.tcp://1:48402025/7/2313:286.4.2基于PLC的OPCserer配置2.符號及共享變量配置進入如圖6.10所示界面，選擇本任務(wù)需要共享的全局變量：①變頻器當前運行頻率“HMI_diVSDActFrq”（整型）；②變頻器給定“HMI_diVSDFrqSet”（整型）；③變頻器反轉(zhuǎn)“HMI_Backward”（布爾型）；④變頻器正轉(zhuǎn)“HMI_Forward”（布爾型）；⑤變頻器使能“HMI_Enable”（布爾型）。2025/7/2313:286.4.2基于PLC的OPCserer配置3.編譯及下載將配置好的項目重新編譯，在沒有檢測到錯誤的前提下，按照2.3.6節(jié)介紹方法進行PLC程序的下載，并啟動運行PLC。6.4.3OPCClient配置在EcoStruxuremachineexpert組態(tài)軟件中配置OPC客戶端，實現(xiàn)與TM241PLC通信。1、新建專案打開EcoStruxuremachineexpert組態(tài)軟件，新建檔案，設(shè)置專案名稱和路徑，并根據(jù)設(shè)計要求選擇相應(yīng)的產(chǎn)品類型，在此選擇支持64000點的Supervision，如圖6.12所示；根據(jù)工控機顯示選擇項目分辨率，如圖6.13所示，最后依照專案向?qū)нM行設(shè)置。6.4.3OPCClient配置2新建OPCUA數(shù)據(jù)點在項目管理員菜單中，單擊全局選項卡，選擇數(shù)據(jù)點總表，新建5個數(shù)據(jù)點，其中InverterEnable、InverterForward、InverterBackward為布爾型，InverterSpeedSet、InverterActualSpeed為整數(shù)，如圖6.15所示。6.4.3OPCClient配置3、OPCUA通信設(shè)置在項目管理員菜單中，單擊通信選項卡，選擇聯(lián)機，點擊右鍵選擇插入，彈出服務(wù)器設(shè)置對話框，如圖6.16所示，設(shè)置聯(lián)機名稱為opc，由于PLC作為OPCUA服務(wù)器，其IP地址為1，端口號為4840，故端點為opc.tcp://1:4840，配置完成后點擊聯(lián)機測試，顯示通信建立成功。6.4.3OPCClient配置4、數(shù)據(jù)點綁定點擊單擊通信選項卡，選擇OPCUA，點擊右鍵選擇“插入”，進入OPCUA采集點配置界面，如圖6.17所示，選擇聯(lián)機名稱為opc，點擊根節(jié)點，彈出UA游覽器對話框，在UA服務(wù)器下選擇M241-M251data，點擊確定，完成根節(jié)點設(shè)置。6.4.3OPCClient配置進行采集點配置，雙擊數(shù)據(jù)點名稱下的空格，彈出數(shù)據(jù)點對象搜索器，選擇對應(yīng)數(shù)據(jù)點InverterSpeedSet，如圖6.18所示。然后，在游覽路徑下，雙擊相應(yīng)的空格，彈出UA游覽器對話框，選擇采集GVL.HMI_DiVSDFrqSet，如圖6.19所示，完成客戶端數(shù)據(jù)點與OPCUA服務(wù)器的數(shù)據(jù)的綁定。6.4.3OPCClient配置同理，進行其他采集點配置，配置結(jié)果如圖6.20所示。6.4.4電機監(jiān)控組態(tài)畫面設(shè)計1.新建畫面單擊圖表選項卡，鼠標選擇畫面，點擊右鍵選擇插入，進入畫面屬性設(shè)置，如圖6.21所示，設(shè)置描述為變頻器控制，尺寸為800*600，其他參數(shù)選擇默認，點擊確定。再選擇畫面的背景為灰色，如圖6.22所示。6.4.4電機監(jiān)控組態(tài)畫面設(shè)計2文本設(shè)置如圖6.23所示，點擊繪制工具中的文字，在畫面輸入變頻器控制，并雙擊進行屬性設(shè)置，在物件屬性對話框中點擊字型，設(shè)置為宋體，28號，點擊OK。此外，復(fù)制變頻器控制文本，修改文字分別為電機轉(zhuǎn)速設(shè)置及電機實際轉(zhuǎn)速，并將其字體設(shè)置為22號。6.4.4電機監(jiān)控組態(tài)