上海交通大学硕士学位论文基于OPC技术的伺服控制姓名：姜尚坤申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈坚20060101上海交通大学工学硕士学位论文基于OPC技术的伺服控制摘要本论文是基于罗克韦尔自动化的Kinetix系统为对象，开发图形识别程序，OPC客户程序以及伺服控制程序从而实现对两轴绘图工具的精确控制。
本论文首先实现对图形坐标进行读取的：对于实时绘制图形通过用户选择的控件以及用户鼠标的移动来确定，而对于预先画好的图形则通过边缘检测的方法来读取图形的坐标。
然后在论文中通过编写的OPC客户程序，实现将系统读取到的坐标依次写到伺服控制器中。
本文最后实现在Kinetix系统上，根据通过OPC通讯传送来的用户设定的坐标值，编写伺服控制程序来实现对两轴绘图仪的驱动，从而绘制出用户要求的画面。
关键词Kinetix，边缘检测，OPC，现场总线- -VI上海交通大学工学硕士学位论文Servo Control Based on OPC TecnologyABSTRACTThis paper takes the Kinetix system of Rockwell Automation as Object. It mainly introduce how to develop the identification of graphics, OPC client program and Servo Control program to realize the accurate control of two axis drawing device.First, the paper works out the problem which is how to identify the graphics and how to transfer them to coordinates: For the real-time graphics, we get the coordinates by the controls used by users and the movement of mouse; for the completed graphics, we get the coordinates by edge detection.Secondly, the paper develops a OPC client program to communicate with RSLinx OPC Server so that the system can transfer the coordinates from computer to the sevo-controller.Finally, the paper develops a PLC program to drive the two sevo motors to realize the accurate control based on the coordinates transferred from the Computer by OPC technology.Keywords Kinetix, Edge Detection, OPC, Field Bus- -VII上海交通大学工学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
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本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：姜尚坤日期： 2006年 1 月 20日- -III上海交通大学工学硕士学位论文上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：姜尚坤指导教师签名：陈坚日期： 2006年 1月 20日日期： 2006年 1月20日- -IV第1章绪论1.1现代工业控制技术的发展与现状工业控制自动化技术是一种综合运用控制理论、仪器仪表、传动机械、计算机和网络信息技术的科学技术。
它在工业生产过程中实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到提高生产效率和产品质量、降低成本消耗、确保安全保护等经济和技术的要求。
工业控制自动化技术主要包括工业自动化软件、硬件和系统集成三大部分，并依赖这三个方面技术的快速发展而不断地取得惊人的成就，同时又因为自动化技术在国民经济中的重要地位，对自动化技术发展的不断要求同时促进了计算机软件技术、硬件技术和系统工程以及计算机通信和网络技术的快速发展。
纵贯工业控制自动化技术的发展历史，我们可以发现在20世界40年代前后，大多数工业生产过程还处于手工操作阶段，因而生产效率十分低下。
而在40年代后，工业控制自动化技术的发展速度加快。
50年代前后，基地式仪表和单元组合式仪表被普遍采用，在过程控制领域，控制的参数主要是液位、温度、压力、流量，工业控制理论主要是利用经典控制中的频率法和根轨迹法，用于解决单输入单输出系统的定值控制和综合分析。
从60年代开始，得益于电子技术的发展，仪表采用气动和电动结合，计算机也开始应用于工业控制领域，同时控制算法中复杂算法例如前馈控制和选择控制在工业中取得了很好得应用，同时现代控制理论也开始产生并不断发展[1]。
到了70年代中期，因大规模集成电路技术和微处理器技术的发展，集散控制系统DCS开始出现，标志着一个新的工业控制时代的开始。
在DCS系统中，以往集中的体系结构的有效性问题得到了很好的解决：一方面，它将控制分散在几个较小型的控制器中，这样一个故障只会影响这个系统的一部分；另一方面，可以更好地组织组态，用户可以分开管理针对各个独立单元地组态和控制器。
一个DCS系统通常有多达4层地不同网络，每层都有其不同地技术，即：设备、I/O子系统、控制器以及商务和全厂地集成。
所有这些硬件及网络地层次使系统变得相当复杂而且昂贵[3][4][5]。
另外，DCS系统虽然被冠名为“分散”的，但按照今天地标志来衡量，应该仍被认为是集中的。
于是，随着数字通信技术的进一步发展，一种新的体系结构FCS（Field Control System）逐渐被广泛地应用到工业控制中。
这种基于现场设备能力的新型体系结构已不再以控制器为核心，不再把每台现场设备看作外设。
可以说FCS的体系结构从DCS的概念演变而来，并且在DCS概念的基础上更进一步，其结果就是系统更加分散，因而降低了在发生故障时系统的脆弱性。
就目前而言，工业控制自动化技术正朝着工厂综合自动化的方向发展，所谓综合自动化，就是指在自动化技术、计算机控制技术、网络通信技术和各种加工技术的基础上，从整个企业的全局出发，实现从车间级到企业管理级的数据透明流动。
车间级的实时信息数据可以传送到企业的商务系统中，由商务系统实现全局的优化、调度和设备管理，然后将控制信息传送到工厂车间级，从而实现整个企业的优化和管理，提高企业的生产效率，增强企业的灵活性和竞争力[2]。
1.2OPC技术在上一节我们提到了，DCS系统是当前工业控制领域应用比较广泛的控制系统，但是我们应该清醒地认识到它们都存在着一些共同的自身难以逾越的局限性。
首先，缺乏互操作性，不同的制造商都独立地创建了各自地协议，因而很多时候只有同一制造商地产品可以一起工作；其次，对于用户来说一家公司的产品往往无法满足其自身的需求。
在这种情况下，人们开始在工控软件的开发上进行相关研发，以期上述问题得到更好地解决。
而在工控软件开发方面，对于早期的工业现场监控系统，为了实现不同的硬件和软件之间的数据交换，监控软件必须提供每一种相连控制设备的通讯驱动程序，目前流行的现场控制设备种类繁多，且产品不断升级换代，往往给监控软件的开发带来了巨大的经济压力和工作负担。
硬件开发商和软件开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序，在这样的大背景下，OPC工业标准应运而生。
OPC(OLE for Process Control)是近年来国际上新推出的与厂商无关的软件数据交换接口标准和规程。
其基本思想是:每个硬件生产厂商为其设备开发一个通用的数据接口供其它系统读写信息〔作为OPC服务器)，应用软件也通过OPC 接口来读写硬件设备的信息(作为OPC客户)[6]。
早期的OPC标准是由提供工业制造软件的5家公司所组成的OPC特别工作小组开发的。
Fisher-Rosement, Intellution, Rockwell Software, In tuitive Technology以及Opto22早在1995年开发了原始的OPC标准，1996年9月，OPC 基金会(OPC Foundation, OPC-F )成立，开始了全球范围内的活动。
到目前为止，OPC基金会成员己经超过400家，涵盖了世界上绝大部分的工控设备厂商。
将OPC技术应用于监控软件的设计，那么软件的数据来源将不再是通过专用硬件驱动程序传递的过程数据，而是具有通用数据接口的OPC服务器，从而实现了软件与硬件在异构环境下的开放、高效通信，从而摆脱了对生产厂商的依赖，提高了控制系统的有效性和灵活性。
1.3伺服控制技术伺服控制技术是自动化学科中与产业部门族系最紧密，服务最广泛的一个分支。
随着控制技术的发展，伺服系统的性能也得到了不断地提高。
随着大规模集成电路的飞速发展，以及计算机（特别是微处理器）在伺服控制系统中的普遍应用，近年来，构成伺服控制系统的重要组成部分——伺服元件发生了巨大的变革，并且向着便于计算机控制的方向发展。
为了提高控制精度，便于计算机连接，位置、速度等测量元件趋于数字化、集成化。
即使是模拟式的伺服元件也在向高精度、低噪声的方向发展。
同样随着当前现场总线技术的发展，基于现场总线的伺服控制也逐渐成为伺服控制领域的一个热点。
一方面保证了伺服控制的实时性和准确性，另一方面，通过工业现场总线可以将整个控制过程的数据及组态信息在整个控制网络上共享，从而有利于系统的优化控制，提高生产效率。
基于上述两种要求，基于现场总线的伺服控制系统得以迅速发展起来，其中，以罗克韦尔自动化公司推出的Kinetix系统最为显著，它集运动控制与顺序控制于一身，通过先进的SERCOS接口与高性能的数字伺服驱动器相连，既保证了伺服控制的实时性和准确性，同时也为整个系统提供了完美的网络服务，使得控制信息可以在系统内按用户的需求流动。