OPC UA技術(shù)在冶金設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

段德意

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照276800）

OPC UA技術(shù)在冶金設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

段德意

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照276800）

以冶金現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)的搭建為基礎(chǔ)來對(duì)OPC UA技術(shù)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行必要的研究，通過OPC UA服務(wù)器以及客戶端的開發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并制定應(yīng)對(duì)故障的相關(guān)方案。

OPC UA；服務(wù)器；客戶端；冶金

OPC UA技術(shù)是在工業(yè)控制方面具有不可替代作用的專業(yè)技術(shù)，尤其是在實(shí)時(shí)性以及跨平臺(tái)的使用方面，通過OPC UA技術(shù)的使用能夠較好地解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控過程當(dāng)中的相互通信，底層設(shè)備以及各子系統(tǒng)之間的相互操作的難題。伴隨著網(wǎng)絡(luò)、通信以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)信息的傳輸已覆蓋工段、車間、工廠企業(yè)甚至世界各地。當(dāng)前，溝通領(lǐng)域也從最開始的最底層的設(shè)備的控制開始延伸到企業(yè)管理的各個(gè)層次當(dāng)中。但是，由于工業(yè)系統(tǒng)本身來自不同的生產(chǎn)廠家和不同的技術(shù)平臺(tái)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)以及多種現(xiàn)場(chǎng)總線在并存發(fā)展過程當(dāng)中，同時(shí)PLC、數(shù)據(jù)采集板卡以及工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)和DCS控制系統(tǒng)也在逐步的發(fā)展過程當(dāng)中，所以工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)目前也正面臨著如何更好的解決系統(tǒng)當(dāng)中不同技術(shù)之間的相互操作性以及方位的相關(guān)問題。

1　OPC UA技術(shù)的相關(guān)概述

OPC UA技術(shù)出現(xiàn)之前，通信接口規(guī)范基本上都是在微軟的COM/DCOM技術(shù)之上的，而該平臺(tái)最大的缺點(diǎn)就是局限性較大而且不夠靈活。為了能夠解決此問題，OPC基金組織在此基礎(chǔ)上發(fā)布了全新的數(shù)據(jù)通信統(tǒng)一的方法也就是所說的OPC統(tǒng)一架構(gòu)。

與之前的技術(shù)相比，OPC UA技術(shù)已經(jīng)可以脫離DCOM技術(shù)的限制，其本身具有一個(gè)全新的面向服務(wù)的體系架構(gòu)，通常指的就是SOA體系結(jié)構(gòu)，把相應(yīng)程序的不同功能單元通過接口和契約聯(lián)系起來。截止目前，OPC UA技術(shù)已完全獨(dú)立成為相關(guān)操作平臺(tái)及嵌入式的自動(dòng)組件之間的一個(gè)連接橋梁，該技術(shù)不受平臺(tái)的限制，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)與服務(wù)的硬件平臺(tái)，其基礎(chǔ)組件是在信息建模以及數(shù)據(jù)的傳輸。在通信的安全性以及信息建模方面存在著巨大的優(yōu)勢(shì)。OPC UA基礎(chǔ)上的信息模型已經(jīng)完全脫離了傳統(tǒng)觀念上的特定協(xié)議映射，可以添加全新的協(xié)議，而且其系統(tǒng)內(nèi)部也包含了比較豐富的信息模型，從而更加方便地為提供的相關(guān)數(shù)據(jù)建立全新的模型。以比較抽象的定義來對(duì)于OPC UA進(jìn)行定義，其通常采用傳輸機(jī)制在服務(wù)器以及客戶端之間來進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。在這個(gè)背景下OPC UA客戶端可以輕松地對(duì)最小的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，并且不需要對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的整個(gè)模型來進(jìn)行了解［1］。而且，OPC UA還可以對(duì)串通的OPC功能進(jìn)行成功覆蓋。

也就是說，OPC UA技術(shù)是基于傳統(tǒng)的OPC技術(shù)發(fā)展而來，OPC UA技術(shù)使得現(xiàn)場(chǎng)信息的采集與傳輸更具有實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性，更有利于工廠生產(chǎn)底層與企業(yè)層面的傳輸和溝通，更有利于企業(yè)的生產(chǎn)掌控。

2　冶金設(shè)備的相關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

冶金設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由控制層、管理層以及現(xiàn)成設(shè)備層共同的組成。由于各類的傳感器的性高以及底層的設(shè)備之間存在巨大的不同，可能會(huì)導(dǎo)致管理層、控制層與設(shè)備層之間通信存在一定的問題，而如今OPC UA技術(shù)的出現(xiàn)則很好地解決了跨平臺(tái)的通信問題。工程師可以通過管理層的界面方便的對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行掌握［2］，如果在操作的過程當(dāng)中出現(xiàn)問題可以隨時(shí)進(jìn)行控制指令的發(fā)出，這依靠OPC UA的客戶端就可以輕松實(shí)現(xiàn)。而控制層的主要任務(wù)則是對(duì)于管理層面發(fā)出的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行并且對(duì)于底層設(shè)備的運(yùn)行信息來進(jìn)行采集。其主要有基于OPCUA的服務(wù)器以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)點(diǎn)，如冶金設(shè)備的儀表、設(shè)備、傳感器等共同組成。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層則主要包括冶金工業(yè)的相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，比如鍋爐、加熱爐、軋機(jī)等設(shè)備。冶金設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)一方面對(duì)正常的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并運(yùn)用到相應(yīng)程序連鎖及后續(xù)控制中，進(jìn)行檢測(cè)同時(shí)也可以畸形連續(xù)的檢測(cè)；另外一方面對(duì)于各種的設(shè)備出現(xiàn)異常狀況時(shí)的實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，在此過程當(dāng)中一旦出現(xiàn)意外情況，就可以第一時(shí)間的通過客戶端來向相關(guān)操作或維護(hù)人員輸送相關(guān)的數(shù)據(jù)狀態(tài)，或者經(jīng)過系統(tǒng)的相關(guān)邏輯自動(dòng)處理的數(shù)據(jù)，而且其本身可以進(jìn)行走動(dòng)的控制和處理。這對(duì)于降低冶金現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患具有十分重要的意義。

3　OPC UA在設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息采集

該系統(tǒng)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯總，主要針對(duì)冶金現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線上的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如爐內(nèi)溫度、煤氣壓力及流量、鍋爐液位、連鑄坯鋼溫等信息狀況，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)采集有利于生產(chǎn)的調(diào)控［3］，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況的了解，避免設(shè)備運(yùn)行故障，保障現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的順行。通過系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有利于操作人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)態(tài)，可減少人員的點(diǎn)檢時(shí)間，減少工作勞動(dòng)量，節(jié)約了大量成本。

3.2OPC UA服務(wù)器開發(fā)

OPC UA服務(wù)器主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)底層的設(shè)備數(shù)據(jù)采集并通過一定的運(yùn)算方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化及顯示，并對(duì)其進(jìn)行封裝，這樣可以一個(gè)客戶端或者多個(gè)客戶端使用一個(gè)統(tǒng)一的采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)方法，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備簡(jiǎn)單的運(yùn)行或者停止可直接有操作人員通過客戶端實(shí)現(xiàn)，并由服務(wù)器執(zhí)行操作的觸發(fā)條件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)控，從而達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作與實(shí)時(shí)監(jiān)控效果。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在Visual Studio 2010環(huán)境下編譯設(shè)計(jì)完成的，并利用C++語言編寫實(shí)現(xiàn)基于OPC UA技術(shù)的服務(wù)器。

4　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例應(yīng)用

系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組建設(shè)計(jì)完成后，通過運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過在客戶端界面上選擇不同的按鍵對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞，通過對(duì)加熱爐燃燒系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和爐內(nèi)溫度狀態(tài)為例，在客戶端上點(diǎn)擊“Connect”按鍵，客戶端將會(huì)連接相應(yīng)加熱爐服務(wù)器對(duì)其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，選擇1#加熱爐并點(diǎn)擊“Read”按鈕，可快速地執(zhí)行讀取服務(wù)器地址空間以及設(shè)備數(shù)據(jù)的命令，這樣可看到1#加熱爐內(nèi)的各個(gè)區(qū)域的溫度及各個(gè)燒嘴閥的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)冶金設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥故障或者溫度檢測(cè)異常時(shí)，可對(duì)相應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行處理操作，能及時(shí)修正該區(qū)域的異常狀況，為設(shè)備順行打下良好基礎(chǔ)。

5　結(jié)束語

該系統(tǒng)采用的OPC UA接口，有利于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理層與控制層相互通信，方便工業(yè)生產(chǎn)的調(diào)控，有利于對(duì)設(shè)備狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行匯總，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有推廣的價(jià)值。

［1］朱海歐，汪蓉，盧志剛，等．裝飾材料中揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（9）：73-81．

［2］彭燕，沈照理，曹小安．室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物污染研究現(xiàn)狀［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31（6）：51－57．

［3］張靖，邵敏，蘇芳．北京市大氣中揮發(fā)性有機(jī)物的組成特征［J］．環(huán)境科學(xué)研究，2004，17（5）：1-5．

App lication of UA OPC Technology in MetallurgicalEquipmentMonitoring Syste m

DUAN De-yi
（Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.，Ltd.，Rizhao Shandong 276800，China）

To monitor system for equipment in metallurgical field build based on OPC UA technology related specifications were necessary to study，to achieve the real-time monitoring the running state of the metallurgical equipment through the OPC UA server and client development，and to develop failure to deal with the relevant program.

UA OPC；server；client；metallurgy

TP29

B

1672-545X（2016）05-0227-02

2016-02-23

段德意（1981-），男，山東萊蕪人，本科，工程師，從事冶金設(shè)備管理與開發(fā)。