能源控制系統的集成

申健

摘 要介紹了OPC技術的基本概念以及基于OPC技術進行工控系統集成的基本原理。同時本著對系統的安全性、數據的有效性，合理規劃出工控集成系統的網絡設計。

【關鍵詞】OPC 系統集成 網絡規劃

隨著互聯網技術的飛速房展，“大數據”、“物聯網”成了時下的火熱名詞，而在能源控制系統領域，各能源控制系統集成則是實現“物聯網”、“大數據”的基礎。同時對于能源運行保障單位而言，系統集成則將對系統優化運行起到決定性作用。例如，目前國內大部分工業園區、樓宇物業等單位，作為能源生產側的鍋爐房監控系統、制冷監控系統與能源消耗側的樓宇監控系統是分離開來的，這樣的部署在消耗了人力的同時，又使每個獨立的控制系統成為了信息孤島，若將鍋爐房監控系統、制冷監控系統與樓宇監控系統進行集成，則可實現能源從生產到輸配再到消耗的全鏈條式管理與調控，若在此基礎上植入能源消耗模型，則可實現更為智能化的調節與控制。

1 OPC技術的應用

系統集成的基本操作是采集各子系統的數據，系統間進行數據通信成為最先需要解決的問題。能源控制系統大多采用過程控制，集成系統所采集的數據需具備實時性，這樣系統集成才具有指導生產與調控的意義。由于各能源子系統的建設時間、建設單位等不盡相同，所以系統集成需要統一集成系統與各子系統之間的通訊協議。這其中應用較廣也是技術較為成熟的是OPC通訊協議。OPC全稱OLE for Process Control，即用于過程控制的OLE技術，它是一個工業標準，有OPC基金會管理該標準，該基金會會員已超過200家，涵蓋了世界上主流的自動控制系統、儀器儀表及過程控制公司。OPC技術是作為連接監控軟件與現場控制設備的橋梁而誕生的。監控系統軟件OPC客戶端，現場控制設備作為OPC服務器，使得控制軟件與現場設備直接通信，不再拘泥于死板的接口程序中，使得一套控系統的開放性與靈活性大大的提高。但是隨著自動控制系統建設的規范性、合理性逐漸增強，目前大多數自控系統的軟硬件都屬于一家單位建設居多，所以OPC技術作為軟件與硬件“翻譯”的角色正在淡化。

與此同時，OPC技術規范定義的是OPC服務器程序和客戶機程序進行通訊的接口或通訊的方法。

OPC服務器一般由設備供應商或者由獨立的軟件供應商提供，符合OPC技術規范。

OPC服務器數據的使用者（客戶端）引用訪問接口去開發OPC自動化接口的客戶應用程序。

由此可見，在系統集成中，集成系統可開發OPC客戶端集成數據，各子系統可配置OPC服務器提供數據。

2 網絡規劃

目前自控系統一般分為現場設備層、過程控制層和企業管理層，而系統集成則是在企業管理層上實現的，也就是說在各子系統配置OPC服務器后，各子系統需要組建網絡來實現系統間通信。

集成系統是一套依托于網絡進行能源系統信息和相關辦公信息集成的信息管理系統，具有較高的數據安全和穩定要求。現場將通過光纖網絡聯接相關子系統進行數據傳遞。同時各子系統之間不能進行通訊。

集成系統是以B/S結構方式向用戶通過OA辦公網絡進行服務提供。同時，還可能利用公共網絡向移動端或者外部網絡提供數據支持，因此，在核心出涵蓋服務器集群，以及辦公網絡和公共網絡的對接。

建成一個具有高可靠性和安全性的能源網絡，提供面向特定人員的WWW服務、FTP服務、數據庫服務等，實現數據的共享。

3 網絡鏈路敷設

為了確保網絡的安全性與可靠性，建議采用混合鏈接法。示例如圖2所示。

通過將光纖內每個芯鏈接獨立子站的交換機，利用開始的兩芯與結束的兩芯形成兩個環路，使得網絡中核心交換機與每個子站交換機都是直連，同時兩個環網保障網絡安全性。提高了數據交換效率，降低了網絡節點個數同時提高網絡的安全性，當出現斷點時，可以利用環形網絡逐級交換數據，確保光纖在有1個斷點時可以繼續保障系統的運行。

4 網絡拓撲

網絡宜采用樹形結構，樹形拓撲的可折疊性非常適用于構建網絡主干。由于樹形拓撲具有非常好的可擴展性，并可通過更換網絡設備使網絡性能迅速得以升級。同時環網中的冗余鏈接，由網絡設備“生成樹”進行協商設定斷口，當線路出行故障時，自動鏈接匯聚間的交換機確保網絡正常。

核心網絡鏈接服務器集群、匯聚交換機以及路由器，在本網絡中只允許進行數據傳遞，禁止實現應用傳送，確保網絡的安全性。

數據采集子站的功效是進行網絡隔離和數據的匯聚確保本系統的網絡和各子自控系統的安全。該設備可以是服務器也可以是網絡設備來進行代替。

所有網絡設備，必須支持管理功能，支持生成樹協議、VLAN劃分。核心交換機必須是三層交換機。

5 網絡邏輯設計

根據需求，本網絡中，只允許各數據采集子站與數據服務器進行通信，不允許各子系統之間通訊，也不允許直接進行應用訪問，因此需要以下涉及。

5.1 VLAN劃分

每一個子系統系統涉及單獨的VLAN，分別設置子系統的VLAN，確保每個子系統不在同一個局域網中，同時，設置管理VLAN，便于網絡管理員對于網絡運行情況的監控。

5.2 IP劃分

本系統中主要是進行數據采集，并不會有大量終端設備接入，因此C類網址既可以滿足需求，但是由于個子自控系統經常默認以C類網址進行自控網內的標識，因此，建議采用自私又B類網址進行IP規劃。子網則以172.16.0.0/24進行劃分，既可以保證接入機器數又可以保證子網數量。

5.3 訪問控制列表（ACL）

核心交換機承擔個子網網關的作用，在設置相應的路由同時，要進行訪問列表控制，只允許服務器集群的VLAN子網訪問各個數據采集子網，禁止相關子網的訪問鏈接。

6 結語

本文對OPC技術進行了簡要介紹，探討了基于OPC客戶端與OPC服務器技術進行能源工業控制系統集成的基本技術。同時還對系統集成后的網絡進行了規劃建議。可以看出基于OPC技術進行系統集成后，對網絡進行合理規劃，是未來解決信息孤島，實現大數據分析的主流趨勢。

參考文獻

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作者單位

北京首都機場動力能源有限公司 北京市 100621