OPC技術(shù)在工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通中的應(yīng)用

李海龍

（遼河油田信息工程公司，盤錦 124010）

1 引言

在遼河油田建設(shè)ERP管理系統(tǒng)過程中，管理網(wǎng)需要從分散的生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，以滿足管理決策的不同需求。OPC（OLE for Process Control）技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)備廠家硬件產(chǎn)品的集成互連，解決了在管理網(wǎng)上可靠、實(shí)時(shí)地從控制網(wǎng)中獲取所需的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為工業(yè)設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。

2 OPC技術(shù)概述

OPC以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用WINDOWS操作系統(tǒng)在基于PC客戶機(jī)與服務(wù)器之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法[1]。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開發(fā)者可免除開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，把更多的精力投人到數(shù)據(jù)處理、邏輯分析的開發(fā)上。OPC技術(shù)由兩部分組成，OPC服務(wù)器和OPC客戶端。OPC服務(wù)器通過與現(xiàn)場設(shè)備相對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)服務(wù)來讀取硬件數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用。OPC客戶端只需接收服務(wù)器送來的數(shù)據(jù)，無需知道現(xiàn)場硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)細(xì)節(jié)。

OPC服務(wù)器采用OLE標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口定義了OPCServer、OPCGoup、OPCItem三層接口層次，功能關(guān)系如圖1所示：

圖1

OPCItem負(fù)責(zé)提供現(xiàn)場不同設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)場設(shè)備交換數(shù)據(jù)信息，OPCIte將采集到的數(shù)據(jù)通過OPCGoup上傳至OPCServer服務(wù)器，再由OPCServer服務(wù)器為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)接口。

3 OPC技術(shù)在工業(yè)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的功能特點(diǎn)

第一，支持分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第二，通過OPC服務(wù)器訪問過程數(shù)據(jù)，可以克服異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口協(xié)議之間的差異，上層應(yīng)用程序不用關(guān)心底層的硬件特性以及OPC服務(wù)器與硬件通信細(xì)節(jié)，就可以得到生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)；第三，OPC服務(wù)器按要求實(shí)時(shí)讀取現(xiàn)場各種智能設(shè)備數(shù)據(jù)，并保存到管理網(wǎng)的Oracle或SQL Server數(shù)據(jù)庫；第四，遼河油田建設(shè)的ERP管理系統(tǒng)，只需通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源ODBC連接，就能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無縫連接。

4 OPC技術(shù)在供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)主要是監(jiān)測供水公司所屬水源井、水源站的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，集中監(jiān)控的內(nèi)容包括：電參量、外輸壓力、瞬時(shí)流量、累積流量、溫度、含氯量、液位、電磁閥開度；遠(yuǎn)程啟停水泵和調(diào)節(jié)電磁閥開度，實(shí)現(xiàn)無人值守功能；紅外報(bào)警器、門禁報(bào)警器、箱禁報(bào)警器、斷電報(bào)警器等安防監(jiān)控功能。

本系統(tǒng)對水源井、站的現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行每隔10秒輪巡采集，現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)送到OPC軟件接收，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）采集軟件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。根據(jù)生產(chǎn)要求將數(shù)據(jù)生成報(bào)表和曲線，SCADA采集軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值判斷，超出設(shè)定閥值的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理。

4.2 現(xiàn)場設(shè)備及協(xié)議簡介

供水公司水源井站有RTU、PLC、變頻器等生產(chǎn)設(shè)備，我們通過OPC服務(wù)器軟件，將互不通用的硬件協(xié)議組合起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通。具體的實(shí)現(xiàn)框圖見圖2，包括RTU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)；變頻器一般用來給水井泵提供變頻能量；電量表、電磁閥以及流量計(jì)。

圖2

4.3 混合協(xié)議的總線互聯(lián)

對于現(xiàn)場不同協(xié)議的設(shè)備，我們通過設(shè)備使用的不同物理層來進(jìn)行區(qū)分組網(wǎng)。針對使用RS485接口設(shè)備，設(shè)備間的通信協(xié)議不同，利用通信時(shí)序以及協(xié)議前導(dǎo)碼可以避免因通信協(xié)議不同造成總線上數(shù)據(jù)幀的碰撞、誤碼以及非法報(bào)文響應(yīng)。原理見圖3：

圖3

4.4 供水OPC服務(wù)器的安裝與配置

供水OPC服務(wù)器采用的是KEPWARE公司出的KEPServerEX軟件。以Modbus RTU協(xié)議為例，簡要介紹KEPServerEX OPC服務(wù)器的安裝與配置步驟。

4.4.1 OPC服務(wù)器的安裝

OPC服務(wù)器放置在監(jiān)控中心機(jī)房內(nèi)，與OPC服務(wù)器同在機(jī)房的還有力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，ORACLE服務(wù)器，WEB服務(wù)器，這些服務(wù)器都放置在防火墻后端，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)過濾和地址轉(zhuǎn)換功能。地址轉(zhuǎn)換主要使用VIP NAT方式。

在OPC服務(wù)器端需要進(jìn)行DCOM安全配置，建立一個(gè)供OPC訪問的專用交互式用戶組，專門用來運(yùn)行OPC服務(wù)。對于力控軟件作為OPC服務(wù)器客戶端，根據(jù)OPC服務(wù)器的用戶組建立OPC訪問用戶。

4.4.2 OPC軟件配置

一是建立設(shè)備通道；二是建立新設(shè)備；三是在建好設(shè)備的基礎(chǔ)上，添加具體的變量點(diǎn)；四是將現(xiàn)場設(shè)備連接到系統(tǒng)中，利用KEPServerEX自帶的測試工具進(jìn)行通信檢測。

5 客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

5.1 客戶端的功能簡介

在客戶/服務(wù)器的結(jié)構(gòu)中，OPC客戶端程序的功能包括定位OPC數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、建立與OPC數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的連接，轉(zhuǎn)存OPC數(shù)據(jù)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，大型管理軟件如ERP系統(tǒng)從關(guān)系型數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[2]。通過OPC客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)了上層應(yīng)用程序與下層現(xiàn)場設(shè)備的隔離。OPC客戶程序本身可以完成很多復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和顯示功能，但都需通過訪問OPC服務(wù)器，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取與轉(zhuǎn)存，如圖4所示。

圖4

5.2 供水監(jiān)控軟件的OPC客戶端的實(shí)現(xiàn)

5.2.1 數(shù)據(jù)連接和數(shù)據(jù)庫訪問

數(shù)據(jù)連接是確定點(diǎn)參數(shù)值的數(shù)據(jù)來源的過程。力控?cái)?shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)連接建立與OPC服務(wù)器的通信，獲取現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，再由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、顯示、處理。如圖5所示：

圖5

新建一個(gè)OPC設(shè)備連接后，配置數(shù)據(jù)庫變量，將現(xiàn)場設(shè)備的寄存器建立連接，量程轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等操作。

圖6是通過OPC服務(wù)器利用力控軟件讀取的一口水源井?dāng)?shù)據(jù)界面。該界面的電壓、電流、耗電量、頻率、控制狀態(tài)是通過USS協(xié)議讀取變頻器數(shù)據(jù)，壓力、溫度、液位是通過Modbus協(xié)議讀取RTU數(shù)據(jù)，累積流量、瞬時(shí)流量讀取的是Hart協(xié)議的流量計(jì)協(xié)議。

圖6

項(xiàng)目實(shí)施后，供水公司現(xiàn)場重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)均已引入OPC服務(wù)器，通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)過程設(shè)備和全廠信息控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，收集工業(yè)現(xiàn)場的過程數(shù)據(jù)，通過WEB服務(wù)器供網(wǎng)上用戶進(jìn)行瀏覽與查詢，本系統(tǒng)還能適應(yīng)未來擴(kuò)展的需要。

6 結(jié)束語

OPC數(shù)據(jù)訪問技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，也是工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)的難點(diǎn)之一。本文提出了一種基于Kepware OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對不同設(shè)備間的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問方法。該方案性能強(qiáng)大、擴(kuò)展性好、適用性廣，對類似控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，也對企業(yè)管控一體化的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，大大提高了企業(yè)的綜合自動(dòng)化管理水平。