淺析工控系統利用OPC接口的數據傳輸

史瑤華

[摘? ? 要 ]本文以公司某生產單位危險源數據上傳應急管理部門系統為典型案例，從硬件配置、通訊配置、軟件組態3個方面詳細闡述了該數據傳輸的實現方式。為滿足應急管理部門對實時數據監測的要求，文章對提供OPC接口的服務器從常見故障及處置措施兩個方面進行總結，結合可視化的監控界面，能夠為技術人員如何確保數據傳輸功能穩定，提供詳細的技術參考和指導意見。該方式在實際運行過程中驗證了OPC服務器數據傳輸的穩定性和實時性，達到預期效果。

[關鍵詞]工控系統;OPC服務器;COM注冊和DCOM配置;通信網關;OPC故障處置

[中圖分類號]TP334.7 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]This article takes a companys dangerous source data uploading emergency management department system as a typical case， and elaborates the realization of the data transmission from three aspects： hardware configuration， communication configuration， and software configuration; Data monitoring requirements. The article summarizes the common faults and disposal measures of the server that provides the OPC interface. Combined with the visual monitoring interface， it can provide detailed technical references and guidance for technicians on how to ensure the stability of data transmission functions. This method verifies the stability and real-time performance of OPC server data transmission during actual operation， and achieves the expected effect.

[Keywords]industrial control system; OPC server; COM registration and DCOM configuration; communication gateway; OPC fault handling

1 基本概況

1.1 OPC協議標準概念

OPC協議標準是以微軟的OLE（Object Linking and Embedding，面對對象的連接與嵌入技術）、ActiveX以及COM（Commercial Object Model，組件對象模型）、DCOM（Microsoft Distributed Component Object Model，分布式組件對象模型）等技術為基礎形成的一種硬件與軟件接口的工業標準[1]。

近年來OPC技術研究已在系統的接口、方法與屬性3個方面形成標準集，在自動化領域中得到了廣泛應用，成為工業控制及其自動化系統中重要的通信方式，其訪問規范功能結構與COM/DCOM技術相同，側重于數據交換，包括OPC Group對象、Server對象和OPC Item對象[2]。

1.2 上傳應急部門系統采用OPC接口的優勢

（1）服務器已經實現某生產單位罐區溫度、液位、壓力等信號的實時顯示功能，調控中心（一級中控）設有專門的OPC服務器，可提供OPC接口，第三方客戶程序讀取相關數據只需支持OPC協議即可，十分便捷。

（2）OPC協議標準可以實現將OPC服務器作為一個對象封裝起來，只將接口方法對外展露，應急部門以統一的方式去調用這個方法，從而在一定程度上保證了接口提供方的數據安全。

（3）OPC協議標準可以使數據源來自多處的數據調用，不受系統硬件的分布影響，應用更加多樣化和廣泛化。

（4）OPC標準基于Windows系統，配置相對簡單，便于系統的組態，后期系統維護便捷。

2 某生產單位數據傳輸功能的設計

某生產單位上傳應急部門數據傳輸系統采用OPC協議，采集調控中心OPC服務器的數據，利用MODBUS TCP/IP協議采集消防自動控制系統相應數據;支持兩種協議的工業通訊采集網關將通過TCP/IP協議傳輸過來的數據轉換成RS-232串口協議數據;數據上傳工作站作為MODBUS RTU主站，接收從站-工業通訊采集網關傳輸過來的數據，并安裝CITECT SCADA V7.2 上位監控系統軟件，實時顯示采集的參數表;同時數據上傳工作站安裝SQL Server數據庫，按規定的10s間隔實時更新到SQL Server中的數據表中，再通過TCP/IP協議聯網，為應急部門提供符合要求的數據信號。

2.1 硬件配置

為確保應急管理部門網絡與公司生產網的有效的物理隔離，在OPC服務端與數據上傳工作站間增加了工業通訊采集網關，工業通訊采集網關支持OPC協議標準，同時將通訊方式由TCP/IP網絡協議轉換成為RS232串口協議。這樣的設計方式既能確保安全管理的要求，也能達到數據傳輸穩定的目的。

2.1.1 工業通訊采集網關配置

工業通訊采集網關PFC-HK6205是一款高性能、低功耗、導軌式的工業級通信采集網關，配有4個RS-232/RS-485/RS-422和1個RS-232通信串口，2個千兆以太網口，支持包括OPC、MODBUS在內的多種通信協議驅動接口，對于Citect、Intouch、Simantic WinCC等主流的組態軟件或實時數據庫可提供靈活的數據接口，具有以下特點。

（1）單串口支持多協議采集，采集負荷輕。

（2）支持Profibus、MODBUS等多種工業協議轉換為標準化的通用協議，有利于上層設備接收和處理。

（3）具有斷線緩存功能，避免由于鏈路或上層設備故障導致數據丟失，待系統恢復正常后及時進行數據回補，保障數據的完整性。

2.1.2 工作站配置

工作站采用E3處理器、16G內存、500G硬盤，雙網卡，Windows 7 64位版本，滿足數據交換和存儲的要求。

2.2 軟件設計

本文采用OPC協議標準，軟件設計較為便捷，以OPC服務器配置采集點為例，服務器采用IASCADA系列中控軟件，因此OPC服務端軟件IA Series SCADA OPC DA Server完成安裝后，從安裝目錄下找到Taginfo.cnf編輯文件，使用文本編輯器進行修改即可。數據上傳工作站通過安裝CITECT SCADA V7.2上位軟件，開發了參數表顯示，僅用于監控數據實時傳輸功能的中間措施。

2.3 通訊配置

OPC服務器如何采集SCADA系統服務器的數據，工業通訊采集網關如何配置接收消防自動控制系統和OPC服務器傳輸的數據，如何作為從站接受數據上傳工作站的數據訪問，是本次通訊配置的核心工作。

2.3.1 OPC服務器配置

（1）環境配置。OPC服務端安裝完IA Series SCADA OPC DA server軟件后，在注冊表中進行注釋部分的相關參數配置即可實現環境變量定義。

（2）注冊COM服務。運行RegIAOPC.bat批處理文件即可實現COM服務注冊，在管理工具-組件服務中即可驗證IA OPC DA Server是否注冊成功。

（3）DCOM安全配置。①運行管理工具-組件服務，在我的電腦默認屬性中啟用分布式COM（Distributed COM，即DCOM），默認屬性中選擇默認或無。②COM安全中設置的訪問權限設置成可通過系統、交互式或者網絡方式實現;實現數據交換的用戶的認證信息必須在列表中體現。③啟動和激活權限中默認安全值要與訪問權限中的默認安全值的權限完全相同，默認的DCOM協議為面向連接的TCP/IP協議且居首位。④將DCOM服務屬性設置為默認的身份驗證級別，在此計算機上運行應用程序，啟動和激活權限、訪問權限、配置權限均設置為默認。⑤DCOM協議和終結點設置為默認系統協議，確認重啟使配置生效。

2.3.2 工業通訊采集網關配置

工業通訊采集網關負責讀取消防自動控制系統和OPC服務器，經過TCP/IP協議傳輸過來的數據，通過內部腳本轉換成RS-232協議的串口數據，被數據上傳工作站（MODBUS RTU主站）讀取。（SchneiderElectric.SCADA.OpcDaServer.a.1）、OPC服務器（IA.OPCSvr.1）作為控制端，轉換的數據作為信息端，列表中可清楚看到數據的來源。其中消防自動控制系統數據采用MODBUS TCP/IP協議直接采集PLC內部的數據。

2.3.3 數據庫配置

為滿足應急部門數據的格式要求，數據上傳工作站需將儲油罐的溫度、液位、可燃氣體報警信號寫入數據庫中，要求10s上傳一次數據。

3 OPC接口調試注意事項

系統在配置調試過程中，為確保通信連接穩定，需要注意一些注意事項，下面主要從工業通訊采集網關與OPC服務器聯調時的注意點進行闡述。

（1）工業通訊采集網關配置E0，需要將調試筆記本配置為同網段后可以通過配置工具或監視工具連接，但是不能同時連接。

（2）工業通訊采集網關信息端協議選擇MODBUS Slave ST，確保MODBUS TCP/IP和串口協議均支持。

（3）工業通訊采集網關工程下載時需同時下載驅動，下載后如果出現通信故障現象，進行重載工程操作。

（4）如果通信連接不成功，可以在OPC服務器上建立一個臨時賬戶OPC User，要求為最高管理員權限，不設密碼，通信調試成功后，再進一步配置權限。

（5）OPC服務器系統有內置的防火墻，需要將COM應用（IAOPCServer.exe）添加到防火墻允許的列表中。

4 OPC接口通訊保障

根據應急部門的管理規定，上傳的數據需實時采集，為保障OPC接口通訊的正常，將OPC服務器的維保納入了每年的公司SCADA系統服務器維保工作計劃，同時組織技術人員，加強對服務器硬件的巡檢力度，這樣可以最大限度地保障OPC服務器硬件故障能夠及時被發現、解決。

5 應用效果與評價

5.1 數據上傳工作站參數表

系統調試階段利用串口調試工具Modscan32進行通訊測試驗證，工作站能夠同時接收到所需參數，證明系統調試成功。該系統已穩定運行一年多，實現了為應急部門提供危險源數據上傳功能，初步實現了安全可靠的設計原則。

（1）此項目中OPC接口技術應用均在生產網內進行，OPC服務端配置了訪問權限及身份識別技術。

（2）系統安裝了殺毒軟件，有較為完善的防病毒安全策略。

（3）OPC服務器端與應急部門數據上傳工作站通過工業通訊采集網關進行了串口物理隔離，僅是單方向提供數據，不接受對方的數據發送，也不會受應急部門工作站網絡不安全因素威脅。

6 結束語

本文從硬件配置、通訊配置、軟件組態3個方面對某生產單位利用OPC接口為應急部門提供數據傳輸的實現方式進行了詳細描述，充分體現了OPC協議的優勢：不增加硬件設備，接口程序開發簡單，是OPC協議的典型應用;對OPC服務器的常見故障及處置措施進行了總結，結合可視化的監控界面，能夠為技術人員如何確保數據傳輸功能穩定，提供詳細技術參考和指導意見。作者對于本文中消防自動控制系統數據傳輸方式也有自己的想法：采用上位軟件Wonderware Intouch自帶FS GateWay插件功能，實現為應急部門數據傳輸提供OPC接口功能。

參考文獻

[1] 郎堅.基于OPC 技術的自動化軟件的研究[J].信息與電腦，2018（4）：88-90.

[2] 高羅卿，莊源昌.基于OPC技術實現WINCC與FANUC數控機床的監控系統設計[J].數控技術，2019（1）：169-172.