一種基于OPC DX技術的數據連接

李志梅，陳志峰，朱錦榮，姚漢生

（1.廣東省自動化研究所，廣東廣州 510070；2.廣州自來水公司，廣東廣州 510600）

0 引言

隨著現代化控制技術和信息傳輸技術的不斷發展，人們已經不再滿足于單個控制系統或者信息系統，工控系統逐漸向系統集成的方向發展。系統集成（SI，System Integration），就是通過結構化的綜合布線和計算機網絡技術，將各個分離的設備、功能和信息等集成到相互關聯的、統一和協調的系統之中，使資源達到充分共享，實現集中、高效、便利的管理。因此，系統集成可以說是控制網與信息網的集成，實現網際間信息與資源的共享。實現控制網絡與信息網絡的緊密集成，為企業的優化控制、調度決策提供依據，是建立企業綜合實時信息庫的基礎。通過控制網絡與信息網絡的結合，可以建立統一的分布式數據庫，保證所有數據的完整性和互操作性；現場設備與信息網絡實時通信，使用戶通過信息網絡中標準的圖形界面隨時隨地了解生產情況；信息網絡之間的實時通信，使子系統之間的數據共享成為可能，控制網絡和信息網絡的緊密集成也便于實現遠程監控、診斷和維護功能。然而，在工控系統中，單個系統的運行效果無可挑剔，如何實現系統之間的數據的無縫連接，避免出現“信息孤島”，實現信息的橫向通信連接和縱向數據連接順暢，使信息資源充分發揮信息在低層控制和高層管理決策中的主導作用，成為人們的普遍關注的話題。隨著OPC 技術規范的提出，實現了信息的無縫通信和共享，在一定程度上解決了“信息孤島”信息通信問題，使系統集成的問題有了初步的解決。

OPC 是OPC 基金會制定的一套以微軟COM/DCOM[1]技術為基礎的過程控制軟件的互操作性規范。它是一種開放的標準，最終用戶可自由選擇能滿足所需的硬件和軟件，軟件組件封裝了對設備復雜的數據訪問。OPC 的出現給過程控制系統應用程序之間的數據通信建立了一個接口標準，它能夠通過基于PC 的軟件組件將產品的物理I/O網絡和協議與現場控制設備相連，將現場測控設備獲取實時的數據通過接口與信息網絡建立連接，進行信息數據的交換。基金會已經陸續公布的標準有：OPC DA （數據訪問），OPC HAD（歷史數據訪問），OPC A&E （報警與事件），OPC Batch（批處理），OPC Security（安全），OPC Data exchange（數據交換）。這些OPC標準是在Windows 平臺上運行的客戶機和服務器之間交換數據，以及這些服務器與各種數據源（現場儀表、器件、數據庫等）之間交換數據的接口標準[2]。

1 傳統的OPC解決方案

以水行業的引水系統為例，作為原水系統的重要組成部分，系統設置了相對集中的運行調度控制中心，接受供水調度中心的宏觀調度命令，并全面負責整個工程范圍內從取水、輸水、配水到受水的全過程輸配水生產調度及安全生產各措施，以滿足原水供應需求。系統一般包括泵站設備自動化監控系統（取水、配水）、原水管壓力監測、水質監測與水質安全預警系統等子系統。由于各個子系統都應用了大量測量、監視或控制功能的數字智能儀表，這些儀表往往各自為政，自成一套系統，而且在地域上也比較分散。如何實現這些儀表的集中監視與控制，以及生產監控與企業管理之間順暢有序的溝通和傳遞，從而實現整個系統的自動化，是在系統實施過程中需要首先解決的問題。鑒于上述問題，提出了基于OPC的解決方案。

在引水系統中，存在生產監控和企業管理之間的信息溝通和數據傳遞的問題。采用傳統的OPC方式連接部分系統，其結構如圖1所示。

圖1 傳統的OPC連接方式

如圖1 所示，傳統的OPC 連接方式，每個數據讀取點都要建立一個連接，當連接逐漸增多時，會造成連接過多以及訪問沖突等問題。尤其是當數據源和客戶端可能位于不同的網段，甚至位于不同的局域網內。每個連接都要針對不同的通信協議開發相應的連接，增加了許多重復性的工作，消耗了大量人力物力。同時，在瀏覽數據時，對于OPC 規約來說，只要建立了正確的通信連接，就可以瀏覽OPC Server 上所有的Item，而這一點不利于數據的安全管理。

2 基于OPC DX連接的解決方案

針對以上問題，本文提出了基于OPC DX 連接的解決方案。

OPC 數據交換規范（OPC DX）于2003 年3 月5日發布，主要用于解決OPC 數據訪問規范中的OPC 服務器之間的數據傳輸問題。OPC DX 是相對于OPC DA 的客戶端—服務器通信模式而推出的服務器—服務器模式，提供了在以太網上服務器到服務器可互操作的數據通信方法，使不同系統之間可用相同的標準實時交換數據，其實質就是基于高速以太網的軟件網關技術。由于不需要數據存儲和發送這樣的中間環節，所以不必擔心不同協議間的轉換問題，這樣一個OPC 服務器就能直接與另一個OPC 服務器相連，使駐留在不同體系的現場總線控制器上的OPC 服務器之間數據可以直接交換。OPC DX標準向需要跨網絡訪問數據的用戶提供了系統的互操作性，隱藏了網絡技術的細節[3]。本系統采用KEPServer Ex V4.0作為實施軟件，采用DX組件建立連接。

KEP Server EX 是行業內最好的OPC Server 之一。它采用了業界領先的驅動程序插件式結構，在1個服務器中嵌入100多種通信協議。它不僅支持主流的設備型號，還能通過下載新的驅動程序插件進行擴展[4]。

分析傳統OPC 的連接方式，結合基于OPC DX的連接規范，設計如圖2所示的連接方式。

由于取水、配水泵站位于不同的網段，而各個配水站和調度中心又位于不同的網絡，為了解決不同網段和不同網絡之間的數據通信，建立統一的數據接口，由數據接口采用OPC DX 方式將數據連接起來。

OPC DX 是OPC 服務器之間的數據連接，提供數據的一端為源數據端，接收數據的一端為目標端。鑒于數據安全需要，OPC DX的目標端建立兩種方式。

（1）以本地的OPC 作為數據目標端，連接各個目標端都需要的數據，見圖3。

圖3 DX本地目標Server連接方式

（2）對于每個目標端所需要的不同的數據，直接以目標端做為數據目標端，建立連接，見圖4。

圖4 DX遠程目標Server連接方式

在DX連接時，DX Source 和DX Target都有三種連接方式：Local Machine、Remote Machine 和Custom Remote Machine。Local Machine 可以瀏覽本地的OPC Server ；Remote Machine 可以瀏覽同一網段的遠程的OPC Server；Custom Remote Machine可由用戶自己定義數據源，連接到本地、遠程的數據源。

在本系統中，數據接口和配水泵站監控系統在同一網段，與管網監測系統在統一局域網內但在不同網段。而取水泵站監控系統和配水泵站監控系統以及各水站和公司調度在不同的局域網內。各水站和公司調度室有公共的數據需求以及各自特殊的需求。

為了滿足以上數據要求，如圖5所示的DX連接環境，本系統做以下DX的配置：

（1）DX Source連接：配水泵站監控系統作為數據源時，直接在Remote Machine 里面瀏覽添加，這樣可以直接找到節點和應用程序，避免造成連接錯誤。管網監測系統和取水泵站監控系統以及水質監測系統的連接則進行Custom Remote Machine。在Custom Remote Machine目錄中，通過IP 或者計算機名查找節點對應的應用程序來添加數據源，瀏覽數據源提供的數據。

圖5 DX 連接環境

（2）DX Target連接：對于各水站和公司調度室各自特殊的數據需求部分，分別以各自的節點作為DX Target。首先各水站和公司調度室建立需要的數據點，然后在DX Target 的Custom Remote Machine 目錄中，通過IP 或者計算機名查找節點對應的應用程序來添加DX Target數據源。通過拖拉方式建立這部分Item 的DX 連接。對于各水站和公司調度室公用數據需求部分，首先在本地OPC Server 以內存數據的形式建立此部分數據，以本地OPC Server 作為DX Target連接。從而這部分數據連接是從源數據端與本地內存數據建立的連接。然后，本地OPC 作為OPC Server，各配水站和公司調度室作為OPC Client 進行數據連接。這樣公用數據部分由數據接口的OPC 統一發布到各水站和公司調度端。

建立以上連接之后，在水站或者公司調度讀取數據時，本地的OPC Server 可以直接提供特殊需求的數據。以OPC Client 的方式可以讀取數據接口OPC Server提供的公共需求的數據。

3 應用

基于OPC DX 技術規范的數據連接方式應用于西江引水工程。西江引水項目工程系統設置泵站設備自動化監控系統、原水管壓力監測、爆漏泄漏檢測系統、管網動態水力模型分析及仿真系統、管網地理信息系統（GIS）、決策支持與專家調度系統、通信系統、調度系統、安防系統、水質監測與水質安全預警系統、WEB 發布等子系統。西江引水工程是一個多系統集成的工程，既有控制網和信息網直接的集成，也有信息網之間的通信需求。采用基于OPC DX 的連接，只要用于解決如何實現控制網絡集中監視與控制，生產監控與企業管理之間順暢有序的溝通和傳遞，從而實現整個系統的自動化的問題。

4 結論

在西江引水工程系統建設過程中，各子系統之間的通信采用OPC DX 連接方式，簡化了系統結構，減少了開發工作量。實現了工程中各子系統之間橫向數據通信和縱向數據通信的無縫連接。而且根據不同的數據需求，采用不同的連接方式，保證了數據傳輸的穩定性和安全性，使系統能夠穩定、可靠地運行。在西江引水工程一年多的運行過程中，各系統之間數據連接穩定，為整個工程的安全、可靠、穩定運行提供了數據平臺，更為數據庫的完整性提供了很好的數據支持，得到了客戶的認可。

［1］Blanco P M P A，Poli M A，Bar retto M R P.OPC and CORBA in manufacturing execution systems ［A］.Emerging Technologies and Factory Automat ion，2003.Proceedings.TFA.03.IEEE Conference ［C］.2003.50-57.

［2］唐春蘭，王波.OPC-DX 技術在智能樓宇集成管理系統中的應用［J］.內江科技，2009（10）：11-13.

［3］李善宣，李建兵.基于OPC DX 的多總線控制系統集成［J］.石油化工自動化，2006（02）：57-60.

［4］寧鷗，陽世榮，夏偉，等.OPC 技術在艦船綜合平臺管理系統中的應用研究［J］.中國艦船研究，2011，6（4）：75-82.