OPC技術在化工生產管理網上的應用

黃玉賓

（唐山三友氯堿有限責任公司 河北 唐山 063000）

1 引言

近年來生產管理網的引入為工藝車間管理人員、生產調度、生產管理人員以及公司領導帶來了極大的便利，生產管理網平臺搭建是基于DCS平臺、PLC平臺進行現場數據采集，通過OPC通訊技術與DCS的OPC端口進行數據對接，將數據上傳到公司管理平臺。

2 生產管理網

生產管理主要包括制定生產計劃、把握材料的供給情況、監控生產指標、跟蹤生產進度、計算產能、計劃出貨。生產部根據公司營銷部門計劃制定本公司的生產計劃，否則會出現產銷脫節現象。生產部根據生產計劃安排各工藝車間的物料投入量，生產部門必須及時跟蹤數據指標，比較生產進度。生產中每8h將生產實際產量與計劃作比較，工藝技術人員以及生產管理人員分析生產數據以及對比生產參數，原來數據信息來自筆跡報表或到現場查看歷史趨勢，現采用OPC平臺能夠及時發現指標缺口，制定有效地補救措施。作為化工企業要實現物料的連續控制，對其工藝指標要求非常嚴格。例如氯堿行業電解工段物料的投入量與電解電流大小密切相關；轉化合成工段對物料的配比要求十分嚴格；對于聚合釜反應過程各種助劑的使用量，反應時釜溫、釜壓指標的掌握至關重要。指標的控制不僅僅影響產品質量，更重要的是安全生產。掌握質量不僅要求生產管理人員了解異常工藝指標，而且要不斷有效地跟蹤和改進工藝指標。然而，生產調度系統恰恰提供了這個便利，它能夠實現數據實時顯示、歷史趨勢查詢、班次報表形成。

生產管理網主要通過TCP/IP協議進行網絡通訊，交換機、網線、光纖搭建系統網絡，見圖1。

圖1 生產管理網絡架構圖

3 化工行業控制系統

石油化工企業普遍應用的控制系統有DCS（Distributed Control System，集散控制系統）、PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），它們主要實現設備集中控制分散管理。國內外大型控制系統能夠滿足2000～5000個測量點和控制點位。實現數據實時監控，能夠滿足一些復雜控制程序，如比值控制、串級控制、分程控制、順序控制等。但早期的DCS控制管理系統研究大多是封閉系統，無法與外部網絡設備進行通信，缺乏統一標準的開放接口，難以達到提高企業會計信息化和管控一體化的發展能力要求[1]。

4 OPC服務端口數據通訊及OPC服務硬件、軟件組成

4.1 OPC服務端口數據通訊

OPC（OLE for Process Control）協議的出現，為我們提供一套滿足工業控制要求的通信接口規范，它是通過一個標準型的開放接口可以更加靈活地進行信息交互管理，滿足企業數據采集控制環境系統的相互操作性和兼容性[2]。

OPC服務器可以與不同供應商進行數據交換，使用通訊代碼訪問DCS工程師站、進行數據處理等。DCS、SIS、PLC的OPC端口對于OPC客戶端程序來說是透明的。首先通過設置開放DCS、SIS、PLC的OPC端口，才能與外界進行數據交換。其次，OPC客戶端要按照OPC標準或方法讀取服務器中的數據。OPC軟件開發商只要將自己的軟件加上OPC接口，就能從DCS工程師站中讀取任何類型的數據包括開關量數據、模擬量輸入數據、模擬量輸出數據，甚至流量的累計量，根本不用關心DCS和PLC的硬件結構，以及網絡架構。OPC客戶端程序可以與不同DCS和PLC服務器OPC端口建立連接，實現系統的無縫集成。

OPC技術的發展和應用為石油化工企業數據互通互聯提供了很大的幫助。OPC技術僅依賴于一套服務器硬件系統，有效地分離了應用軟件。所有OPC客戶端程序都可以使用這些組件，如果系統硬件結構升級，只需更改OPC服務器端I/O接口組成部分，無需更改客戶端應用程序。

訪問OPC服務器數據的方式主要有三種:同步、異步和訂閱。由于生產管理網對數據實時監控要求并不是很嚴格，正常OPC服務器程序每隔3～5s刷新客戶端OPC，判斷DCS數值是否超出一定偏差范圍，如果超出偏差范圍變化則將變化后的數據發送給OPC服務器，如果沒有超出則數據不更新。這種訪問方式屬于異步通訊方式，具有較高的通信效率，從而減小數據存儲以及運算。

DCS和PLC系統是各個化工企業控制的核心部分，是每一個石油化工企業的大腦，數據丟失、控制失效是不允許的。作為OPC通信技術的關鍵點，它具有更好地安全性，可以保證原始系統數據的安全性和純度，避免數據錯誤的影響，保證生產的安全。以OPC為接口通信方式的數據采集只進行讀操作，不能進行寫操作。該設計能使兩臺機器之間相互存在，不會產生影響，客戶端進行分析采集到全部DCS數據。在網絡構架上設置網絡防火墻，禁止將網絡病毒帶入生產局域網內。

4.2 完整OPC服務系統硬件組成

OPC接口設計包括OPC服務器和OPC客戶端，其本質是數據源和數據用戶之間的橋梁。OPC服務器端主要由Web服務器、單向數據傳輸防火墻、雙機數據服務器、交換機組成。其中交換機的作用是分配各個交換機端口固定IP地址實現網絡通信。雙機服務器作用是實現OPC數據采樣組態，采樣數據通過單向防火墻發送到Web服務器，Web服務器只能從雙機服務器上讀取數據，不能向雙機服務器寫數據。保證DCS數據運行可靠。客戶端接口部分主要是在DCS工程師站或PLC工程師站安裝OPC客戶端。通過設置參數開放DCS或PLC工程師站OPC端口，開發商安裝的OPC客戶端訪問DCS及PLC上OPC端口，實現數據采集。現在我們應用的許多DCS產品都集成了OPC服務器進行端口，基于Windows操作統的橫河DCS、浙大中控DCS、西門子WINCC上位計算機軟件。OPC技術能與這些客戶端進行互聯，具有很大的普遍性和實用性。

4.3 OPC服務器系統軟件組成

OPC服務器系統軟件主要由PI Server、PI Process Book、PI DataLink、PI System Management Tools、PI Interface構成。PI Server主要實現數據歸檔、實時數據采集、數據查詢等功能。PI Process Book能夠繪制工藝流程圖與產生歷史趨勢圖、顯示數據實時界面。用戶點擊測點選擇趨勢圖窗口，自動彈出趨勢圖畫面，通過趨勢圖查看某段時間的生產數據，通過顏色的變化來反映設備的運行狀態。PI DataLink是 OSIsoft軟件為Microsoft Excel 做的一個附加項，可以將PI系統里數據信息導入到Excel表中做進一步的分析進行運算處理功能，同樣也可以通過電子數據表對系統組態進行修改。PI系統管理工具是一個非常有用的測試工具，能夠與PI server建立連接，通過PI管理工具搜索測點。PI Interface俗稱PI接口，它是直接與進行數據采集，可以安裝在DCS工程師站上，也可以單獨安裝在接口機上。PI接口可以使用多個不同的時間頻率進行數據采集，一個掃描頻率由時間和偏移量決定。每個軟件各有其功能，最終實現調度系統數據采集、處理、上傳顯示、歷史歸檔[3]。

5 結果

DCS和PLC為化工生產自動化提供了一個非常完美的平臺，它將原來落后生產技術變得先進、可靠、安全。OPC技術的開發又一次為我們提供了一個開放型的接口平臺。從企業管理角度來說，OPC技術使企業管理卓有成效。