OPC通讯技术（精选九篇）
OPC通讯技术 篇1
1 Heroopsys-BCS简介
Heroopsys-BCS立足于各种锅炉最基本的测控仪表, 采用先进的软测量技术、多变量解耦技术、过程优化控制技术、故障诊断与容错控制技术及先进的软件接口来实现锅炉的优化控制, C F B锅炉燃烧优化控制技术是由北京和隆优化控制技术有限公司在总结各种锅炉基本规律的基础上, 针对C F B锅炉的特点再次开发的产品, 采用正平衡法计算表征锅炉热效率的吨汽煤耗, 以吨汽煤耗为优化指标, 采用多维梯度法优化算法, 寻找最佳的床温和二次风量设定值, 使得燃烧过程逼近最优区域, 以获得经济燃烧的效果。
床温控制技术包括两种情形:对于需调节返料类型的C F B锅炉, 采用带有约束条件的多变量预测控制技术, 通过调节返料量和一次风风量, 实现对床温的稳定控制;对于具备自平衡返料机构的C F B锅炉, 采用带有约束条件的单变量预测控制技术, 通过调节一次风风量, 实现对床温的稳定控制, 床温控制回路同时包括超温时的减负荷控制回路。床温控制采用基于约束条件的多变量预测控制技术, 并结合超温时的减负荷策略, 可有效防止高温结焦及同时保证锅炉负荷最大出力, 从而实现锅炉的安全、稳定和经济运行的目标。
2 系统解决方案
和隆优化控制技术有限公司的B C S与现在运行的SUPCON-DCS系统是各自独立的DCS系统, 存在如何在两个异构D C S之间实现数据的存取与控制的问题。由于设计了一套基于O P C (对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用) 通讯标准的改造方案, Heroopsys-BCS负责全部优化控制模型的计算, SUPCON-DCS系统只负责数据采样和控制输出, 它们之间的关系如图1。O P C技术作为一个数据通讯的桥梁, 实现了S U P C O N-D C S和Heroopsys-BCS之间实时、高速的数据通讯, 解决了异构系统之间的技术瓶颈, 保证了这个项目的顺利进行。
2.1 硬件解决方案 (SUPCON-DCS与Heroopsys-BCS的网络拓扑结构)
如图2, 将H e r o o p s y s-B C S工作站与SUPCON-DCS系统网络上的任意一台操作站 (操作员站或工程师站) 通过独立的一个网络连接起来, 并在这台SUPCON-DCS操作站安装SUPCON公司的OPC狗。
2.2 软件解决方案
第一步, 在S U P C O N-D C S系统的操作员站 (如图2中OPC-DOG的SUPCON-DCS操作站1) 上, 安装OPC-S e r v e r软件, 并在O P C-Server导入运行中SUPCON-D C S的实时数据, 然后通过D C O M的相应配置, 使得OPC-Client可以访问并写入OPC-Server数据库中的位号与回路参数。
第二步, 在H e r o o p s y s-B C S工作站上安装SUPCON-DCS的OPC-Client软件, 然后需要进行相应配置使H e r o o p s y s-B C S读取并写入SUPCON-DCS中的位号与回路参数, 当然由于两个D C S组态软件在数据类型的定义方面可能有所差别, 须在组态中进行相应转换 (比如SUPCON-DCS的sfloat类型对应Heroopsys-BCS的real类型) 。
第三步, 在S U P C O N-D C S组态中增加与Heroopsys-BCS匹配的有关位号, 在图形组态中修改相应控制程序段, 在流程图画面添加相关的控制切换位号, 实现实时接收Heroopsys-BCS的控制规则, 并成功转换为S U P C O N-D C S的输出。
3 运行效果分析
H e r o o p s y s-B C S投入使用后, 主要通过对SUPCON-DCS的回料、给水、送风、给煤等主要控制回路的优化组合, 实现4#锅炉燃烧系统的全自动优化运行, 使吨汽煤耗平均降低2～1 0 k g, 锅炉燃烧效率提高1%～2.5%, 基本上兑现了改造项目实施后锅炉燃烧系统将具有良好的先进性和安全性, 锅炉吨汽煤耗降低1%以上, 机组总体发电煤耗降低1.5%以上的承诺, 有效提高发电机组的自动化水平, 提升了企业的技术水平与市场竞争力。
目前, 福建省已有100多台C F B锅炉在运行或建设中, 总容量约为15000t/h。若这些CFB锅炉的燃烧控制由于有了O P C技术的支持可以低成本的引入B C S系统, 按照吨汽原煤耗平均降低2 k g, 并且锅炉年运行时间按5 5 0 0 h计算, 则每年可节约应用基低位发热量为20908kJ/kg的原煤16.5万t, 折算为117858t标煤, 为企业节省开支9429万元 (标煤价格取人民币8 0 0元/t) 。同时, 每年可以减少SO2排放2465t, 减少NOx排放1548t, 减少粉尘排放15735t, 减少CO2排放295433t, 给国家和企业创造显著的经济效益、广泛的社会效益。
4 存在的问题
(1) 由于实现数据通讯的2台工作站是‘一对应一’ (Heroopsys-BCS工作站与安装有OPC-SERVER的SUPCON-DCS操作站) , 一旦有一台工作站出现故障, 将自动退回SUPCON-DCS原来的手动操作, 影响Heroopsys-BCS对SUPCON-DCS的优化, 而且看盘人员由于有了HeroopsysB C S自动优化后监盘的注意力下降, 因此存在相当大的风险。
(2) 由于OPC-SERVER与OPC-Client之间的数据流量有限, 理论上O P C-C l i e n t每个周期可以向OP C-SERVER读/写162个位号, 但扣除实际读取80～100个sfloat位号的数据之后, 就极大的限制了Heroopsys-BCS向SUPCON-DCS输出的控制策略流量。而这还只是针对1台锅炉的控制, 我公司如果要上其它3台锅炉的优化项目则还得需要配置3套独立的Heroopsys-BCS工作站与OPC狗, 这在硬件的利用与资金的投入方面都是很大的浪费。
5 结束语
虽然在硬件配置与通讯的速率上都还有许多待改进的方面, 但是作为我公司在O P C技术的初次应用中还是实现了基本的目标。而O P C技术作为微软公司的对象和嵌入技术在过程控制和工业自动化方面的应用, 它为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准, 由于O P C按照面向对象的原则, 它将一个应用程序 (例如O P C服务器) 作为一个对象封装起来, 只将接口方法暴露在外面, 而让客户以统一的方式调用这个方法, 从而保证了软件 (O P C服务器端) 对客户端的透明性。极大的提高了D C S系统的开放性与可互操作性, 为我公司的工业D C S网络接入企业的M I S提供技术支持。
摘要：介绍了北京和隆优化控制技术有限公司的锅炉自动燃烧优化控制系统 (Heroopsys-BCS) 无缝移植到浙江中控技术股份有限公司的SUPCON-DCS系统的实现方法及应用效果.
关键词：OPC,DCS,BCS,CFB锅炉
参考文献
[1]蒋敏华, 肖平.大型循环流化床锅炉技术.北京:中国电力出版社, 2009
[2]吴剑恒, 陈文强, 高瑞峰, 于现军.燃烧优化控制技术在循环流化床锅炉上的实现方法及应用效果.工业锅炉, 2010, 25
[3]OPC Foundation.OPC Common Definitions and Interfaces Version1.0M, 1998.
[4]OPC Foundation.OLEfor Process Control Data Access Standard Version1.0M, 1997.
[5]OPC Foundation.Data Access Custom Interface Standard Version2.04M, 2000.
[6]OPC Foundation.OPC Common Definitions, Version1.0M, 1998.
OPC通讯技术 篇2
【关键词】OPC；RSC9600；通讯方案
OPC-based communications solutions to explore DCS and protection and monitoring devices
Shen Ya-dong
(New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Co., Ltd Taiyuan Shanxi 030012)
【Abstract】This article is mainly based on the characteristics of OPC technology, how to achieve data transfer issues with other monitoring devices, enabling data exchange DCS and local devices.
【Key words】OPC;RSC9600;Communications solutions
1. 引言
（1）随着工业生产的不断发展，工业控制软件取得了长足的进步。各个智能设备的提供商为适应目前自动化控制发展的进程，也开发了各自的工业控制软件包，同时，对于大型工业企业来说，这些设备如何协调这些设备的底层通讯，便于集中控制，则是目前工业控制上的一个突出的问题。而OPC技术的出现则很好的解决了这些问题。
（2）OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。
（3）OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法，从而也提高了系统的开放性和兼容性。
（4）襄垣电厂采取的是全厂DCS控制方式，应用和利时自动化公司提供的最新版本的控制系统软件（MACSV 5.2.0），同时根据热电厂母管制的工作模式，将整个DCS控制系统分为两个域，以母管作为虚拟的分界线，通过两个域对全厂进行集中控制。如此集中的控制方式，势必存在如何统一各个子系统之间的通讯接口和数据传输的问题。而OPC统一的接口标准，正是解决了这个问题。
（5）而鉴于襄垣电厂对于线路保护测控装置与DCS系统的通讯连接，则很好的利用了OPC技术的优点，将测控装置的实时数据上传到DCS的上位机，更加方便电气运行人员的监控和操作。
2. OPC在工业领域的应用
由于OPC技术的采用，使得现场设备与系统的连接也更加简单、灵活、方便。因此OPC技术在国内的工业控制领域得到了广泛的应用，主要应用领域如下：
（1）数据采集技术。目前硬件厂商提供的产品均带有标准的OPC接口，OPC实现了应用程序和工业控制设备之间高效、灵活的数据读写，可以编制符合标准OPC接口的客户端应用软件完成数据的采集任务。
（2）历史数据访问。OPC提供了读取存储在过程数据存档文件、数据库或远程终端设备中的历史数据以及对其操作、编辑的方法。
（3）报警和事件处理。通过使用OPC技术，能够更好的捕捉控制过程中的各种报警和事件并给予相应的处理。
（4）数据冗余技术。OPC技术的使用可以更加方便的实现软件冗余，而且具有较好的开放性和可互操作性。
（5）远程数据访问。借助Microsoft的DCOM（分散式组件对象模型）技术，OPC实现了高性能的远程数据访问能力，从而使得工业控制软件之间的数据交换更加方便。
3. OPC与电气保护装置的衔接应用
3.1 电气测控保护装置采用的是南瑞继报厂商提供的RCS9600系列产品，分别为RCS-9624CN （适用于3-35kV电压等级小电流接地系统或小阻抗接地系统中厂用变的保护测控装置）和RCS-9626CN (适用于3-10KV电压等级中高压大型电动机的保护测控)，该系列产品具备如下的测控功能：10路自定义遥信开；正常断路器遥控分、合；高压侧IA、Ios、IC，P、Q、COSф等模拟量的遥测；开关事故分合次数统计及事件SOE等；可选配2路4~20mA模拟量输出，替代变送器作为DCS电流、有功功率测量接口。
3.2 鉴于装置提供的这些功能，可以使得MACSV自带的OPC SERVER软件根据实际监控的需要，将保护装置所采集的数据上传。
4. 基于OPC的MACSV通信连接
MACSV针对第三方通信软件，已开发相应的OPC SERVER 与 OPC CLINET 软件来实现与第三方的数据通信。
4.1 对于MACSV系统，其OPC系统具有如下的特点：
（1）支持OPC 1.0和2.0 规范。
（2）支持多个OPC客户的连接。
（3）支持远程OPC通讯。
（4）客户端可以根据需要选择同步或异步通讯方式。
（5）在客户端与服务器建立资料回调后，DCS 的资料变化可以及时快速的传递到OPC客户端。
（6）通过周期读取DCS数据库的数据更新服务器的数据缓存。
（7）支持DCS多域。
（8）客户端可以写数据到DCS数据库内。根据南瑞的要求，MACSV系统应用的OPCserver 1.1.0版本，并对服务器及客户端进行相应的配置。
图14.2 服务器端设置（见图1）。同时设置UDP端口为7315，域号为1。对于远程访问OPC服务器，需要在客户和服务器计算机上都进行DCOM设置。配置方法如下：
4.3 通信配置。通信配置需要对通道、设备、组，逐级进行配置。
（1）通道配置：
A.在OPCServer软件配置中点击添加通道，选择相应的通讯协议，我们用的串口协议，所以在添加通道的第二步中选择modbus_c，根据南瑞提供的测控信息表的项目说明，描述对应的测点项目（见图2～图4）。
图2
图3
图4B.因为选择串口协议，所以需要对串口进行参数设置。配置完成后就可以从通道属性中查看通道属性（见图5）。
（2）设备配置。
A.同样，在添加设备时，软件也会有同样的设置向导指引你将对应的设备地址、设备名以及设备描述进行设置。但需要注意的是，设备地址需要和南瑞设备内部设置的地址一一对应，不可存在地址冲突的现象，以防数据无法上传。设置完成后，信息栏下会自动生成组别（见图6）。
B.然后，右键点击组名，进入属性选项，弹出组属性对话框，根据南瑞厂商提供的关于RCS9624CN以及RCS9626CN保护测控装置提供的信息表，在组属性中填写各个设备对应的不同的信息。根据现场实际设备的情况，产品配置如下（见图7）。
图5
图6
图7
图8
图9
图10C.针对某一设备其遥测和遥信的参数如下（见图8）。
D.根据如上的信息表将参数一一输入对应设备的组属性中（见图9）。
图11
图12E.完成全部设置后，每个设备信息状态可以在窗口中读到（见图10）。
4.4 OPC运行。完成以上的设置并对各个通道进行完测试之后，还需将OPC的组名在MACSV中配置相应的量点，同时OPCCLINET可以通过excel表格的形式将数据读入。运行步骤如下：
（1）开启OPCCLINET软件，通过这个客户端软件，连接OPC服务器，刷新列表后，选择对应的服务器（见图11～图12）。
（2）连接成功后，通过OPCCLINET窗口的打开快捷图标，打开事先做好的excel文件，在网络连接正常的基础上，可以将数据传输上来，并上传到DCS的画面上（见图13）。
图135. 结束语
利用OPC技术的优势，通过MACSV配置的OPC SVERVER软件实现不同设备和系统之间的数据传输，通过这样的方式，与通过就地变送器和开关到位信号的硬接线传输比较，减少了中间环节，同时也减少了随之而来的出错环节，提高了数据传输的可靠性；另一方面，也加强了维护工作的集中性，提高了工作效率。因此利用保护装置本身较强的通讯功能和OPC统一接口的优势解决了远动设备的数据传输问题。
参考文献
［1］ OPC技术应用 OPC协会技术委员会2006.
［2］ MACSV OPC 通讯.
［3］ RCS-9624CN、RCS-9626CN保护测控装置说明书.
OPC通讯技术 篇3
1工业OPC通讯Tofino安全解决方案
Tofino工业网络安全解决方案针对针对工业数据互联的“OPC通信协议”而设计的, 旨在提供一种基于“OPC通讯协议”深度检查的安全通信方案。Tofino拥有极高的性价比, 它能够在信息层和控制层中间建立深层防护, 即使有黑客或病毒通过企业防火墙, Tofino亦能有效实施安全防护功能[3]。Tofino模块采用Tofino Central Management Platform (CMP, 中央管理平台) 进行集中配置、组态和管理 (可远程甚至跨国使用) , 控制网或企业网均可以在适当位置安装CMP。使用CMP, 并装载各种必要的Loadable Security Modules (LSMs, 可装载安全软件插件) , 就可以实时在线调整Tofino模块, 使之满足所保护区域及设备的安全要求。LSM能够为企业用户量身定制的加密, 入侵检测及控制协议识别等安全解决方案。例如, 可以将其中一个Tofino模块作为专有PLC网络的防火墙, 将另外一个Tofino模块作为网络RTU通讯的加密系统。当然, 单个Tofino模块可以同时装载多个LSM, 同时提供多重安全防护。Tofino Security System一方面是一个完整的分布式的安全解决方案, 另一方面又可以简单、安全地进行集中管理, 这些特性使得它成为一款独一无二的产品。对大型工业企业来说, Tofino Security System更意味着最佳的安全效益和技术支持, 并不只是简单满足了独立的关键控制设备的安全需求。不同于传统的IT防火墙, Tofino专为工业环境控制网络通信安全要求而设计。现场技术人员只需简单为Tofino接入电源, 并连接两个网络的电缆即可, 无需其他任何操作。一旦安装成功, 安全/技术人员即可毫不费力地管理任何系统, 以总揽公司大局的方式对网络威胁作出反应。最重要的是, Tofino既可以灵活运用在单纯由PLC构成的小型工厂中, 又能够满足那些拥有成千上万个设备并且分布全球各地的大型跨国公司的使用要求[4]。
1.1 Tofino OPC通讯安全解决方案
一个完整的Tofino OPC安全解决方案包含以下六部分:
Tofino安全模块 (TSA) :硬件设计遵循增强型工业环境要求, 应用于受保护的区域或控制器等关键设备之前, 设计使用寿命27年, 能够提供安全系统的工业平台, 适宜温度-40°C to+70°C, 防护等级IP20。
Tofino可装载安全软插件 (LSM-Firewall) :工业网络交通警察, 提供防火墙及网络交通控制功能的软插件内置50多个工业专用及商业IT通信协议, 预先定义超过25个控制器类型, 通过通讯协议指令级别的管控, 预先组态用于高级过滤和攻击保护的“特殊规则”。符合ANSI/ISA-99.00.02的网络分段要求, 达到区域隔离目标。
Tofino可装载安全软插件 (LSM-OPC Classic Enforcer) :管控OPC服务器及授权客户端之间的数据通信, 并且应用专有技术动态跟踪OPC通信所需端口, 同时Tofino的“Sanity Check”检查功能能够阻挡任何不符合OPC标准格式的DCE/RPC访问。同样也对OPC授权客户端发往OPC服务器的OPC对象请求进行检查, 以提高OPC服务的安全性。
资产管理插件 (LSM-Secure Asset Management) 像雷达一样, Tofino的安全设备资产管理 (SAM) 可装载模块可以追踪每一个通过Tofino安全设备进行通讯的设备。
事件报警插件 (LSM-Tofino Argon Event Logger) :Tofino事件记录可装载模块对您的安全事件提供了可靠的监控功能和记录功能, 它是一个专为工业控制网络设计的日志记录系统。
Tofino中央管理平台 (CMP) ———窗口化的中央管理平台系统及数据库, 用于Tofino安全模块的配置、组态和管理。
1.2 Tofino OPC通讯安全解决方案架构
针对信息层 (Information zone) 与操作站层 (Station zone) 之间, 是过程控制网络与企业信息网络的接口部位, 由于来自企业信息层病毒感染及入侵的概率较大, 所以该部位是目前防护的重点, 该部位通讯采用OPC接口。基本架构如图2所示。
1.3 Tofino技术方案的主要创新点
1.3.1通信协议过滤技术:能够识别数据包所使用的通信协议, 不符合工业控制网络专用通信协议的数据包将被阻止。
1.3.2通信内容深度检查技术:能够深入到工业专用通信协议的内部, 对通信的具体内容进行分析、检查, 只允许内容合法的数据包通过防火墙。对通信内容的深度检查可包括协议使用的控制命令、寄存器的地址、数值的范围等。
1.3.3身份认证技术:所有通信请求的发起者都要经过严格的身份认证, 只有经过身份认证的通信请求才被允许。
1.3.4通信内容加密技术:所有通信的内容都被加密后传输, 防火墙对收到的信息进行解密后再进行通信协议过滤和内容的深度检查[5]。
2 Tofino安全通讯方案的实现
针对企业的网络结构及要求, 采用在DCS和数采网之间加防火墙, 然后在数采网增加一台服务器安装CMP进行集中管理和监控的方式对网络进行防护。方案的实现主要包括TSA、CMP服务器的硬件的安装和设置、网络安全测略的组态等。硬件的安装按照图2的架购图进行安装即可, 方法比较简单, 在这里不再赘述, 只介绍网络安全策略的组态。
网络安全策略组态:
基本安全策略
系统搭建结束后, 对整个网络进行安全策略组态, 防火墙组态遵循以下基本安全策略:a.除允许设备 (指定的PHDBuffer) 能访问相应的DCS OPC Server外, 其它均不允许访问此节点。b.能访问DCS OPC Server的PHDBuffer只能通过OPC Classic标准进行访问。c.TSA本身不设IP地址。d.被保护的OPC Server IP地址隐藏。先用Tofino扫描和资产发现功能将TSA探测到, 然后通过拖放的方式建立网络结构。创建和组态Firewall安全策略。
测试安全策略
将TSA运行模式改为“Test”模式, 进行测试, 测试过程中需将OPC Client重新启动。测试中会出现报警信息, 可通过双击进行分析, 并可利用报警信息进行组态。如果“Test”模式下无正常通讯被拦截现象, 即可将模式改为运行模式。
对OPC Classic Enforcer进行设置
组态OPC Server的Talker Rules通讯规则, 指定通过OPC Classic与OPC Client通讯, 开通Netbios-ns和Netbios-ds, 以使其二者建立连接。OPC Classic Enforcer防火墙开始提供对OPC Server和OPC Client的防火墙保护[6]。
3系统验收与测试
表1所示验收指标都经过了现场验收并对现场设备进行了现场测试, 测试内容包括OPC通信、硬件功能测试、软件功能测试、系统整体运行等。测试结果见表2。
测试结果表明, 服务器、数采机等设备运行正常。防护功能及深度检测功能已经完全达到合同与技术协议的要求。能够隐藏防火墙后端所有设备的IP地址, 让入侵者无法发现目标, 更无从发动任何攻击。
Tofino安全防护系统自身是基于非IP的独有专利安全连接技术进行管理, 能够阻挡任何欺骗式攻击。
4结论
该套利用Tofino技术实现工业OPC通讯的控制系统在企业主要生产装置投用以来, 运行情况良好, 对MES系统与DCS控制系统之间的网络安全运行实现了有效的安全防护作用。各Tofino设备网络通信运行正常, 通过OPC接口实现的数据采集运行稳定、可靠, 前期设定好的符合规则的通信可以正常通过, 非设定的数据不能通过, 达到预期设定目标, 系统的投用为企业工业控制网络安全运行提供了保障。
参考文献
[1]曲强.DCS数据交换中OPC接口技术的应用分析[M].北京:中国科技博览出版社, 2014 (5) :231.
[2]杨建民.基于Tofino防火墙技术实现工业网络隔离[J].计算机与网络, 2013 (5) :70-73.
[3]王显东.入侵检测技术及其在企业网络安全中的应用[M].大连:大连理工大学出版社, 2005:45-50.
[4]武淑.入侵检测技术在企业网络的应用[M].太原:太原科技杂志社, 2014 (1) :63-65.
[5]张宏.网络安全基础[M].北京:机械工业出版社, 2004:21-24.
OPC通讯技术 篇4
关键词: OPC RX7i RSView32 通讯
中图分类号: TP1文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-085-02
1 引言
当今,软件在自动化领域内使用的重要性与日俱增。无论项目是否涉及到操作、可视化、数据存档或控制,向纯粹的、基于PC的软件解决方案的发展趋势是不可阻挡的。时间已经证明,这些软件解决方案不再是开发单个的块,而是由专用的单个软件组件组成。采用可重复使用的模块以及利用这些模块所具有的柔性构成整个系统,其能力似乎是没有什么能替代的,唯一例外的是通信接口的不兼容性。用于适配通信接口的时间和资金是必需要投入的,其目的是将这些软件模块组合在一起。
随着OPC技术的日臻成熟,其在过程数据采集、历史数据访问、报警和事件处理、数据冗余技术等方面得到了越来越广泛的应用,正在逐步取代串行通信方式和DDE方式,而成为过程控制系统通信的标准。
美国GE Fanuc自动化公司的RX7i系列是建立在一个标准的嵌入式开放式结构上,具有突破性意义的可编程控制器(PAC)家族的第一成员。RX7i的单一控制引擎和通用编程环境能提供在多个硬件平台上的应用可移植性。
RSView32?是基于Windows环境(支持Windows 2000)的工业监控软件。利用RSView32可以广泛的和不同的PLC-包括第三方的PLC建立通讯连接,建立广阔的监控应用。
2 OPC数据通讯技术
OPC是基于Microsoft公司的Distributed interNet Application (DNA)构架和Component Object Model (COM)技术的,根据易于扩展性而设计的。OPC规范定义了一个工业标准接口,这个标准使得COM技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。
OPC全称是OLE for Process Control,是过程控制业中的新兴标准。OPC新技术标准的出现为数据采集接口和现场过程控制PLC系统应用建立了桥梁。在过去,为了实现不同生产装置的PLC系统和数据采集接口之间的数据通信,必须要花费很多时间去开发专用的通信接口程序。在这种情况下,OPC标准应运而生。OPC以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序级的通信标准,采用客户/服务器模式,把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家,以OPC服务器的形式提供给用户,解决了软、硬件厂商的矛盾,完成了系统的集成,提高了系统的开放性和可互操作性。
OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式,具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数,不管现场设备以何种形式存在,客户都以统一的方式去访问,从而保证软件对客户的透明性,使得用户完全从低层的开发中脱离出来。
基于OPC的软件结构如图。
由图可见,应用程序与OPC服务器之间必须有OPC接口,OPC规范提供了两套标准接口:Custom标准接口,OLE自动化标准接口。通常在系统设计中采用OLE自动化标准接口。
OLE自动化标准接口,及采用OLE自动化技术进行调用,其技术为上节所述的OLE自动化技术。OLE自动化标准接口定义了以下三层接口,依次呈包含关系。
OPC Server:OPC启动服务器,获得其他对象和服务的起始类,并用于返回OPC Group类对象;
OPC Group:存储由若干OPC Item组成的Group信息,并用于返回OPC Item类对象。
OPC Item:存储具体Item 的定义、数据值、状态值等信息。
由于OPC规范基于OLE/COM技术,同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议,因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开,分布于网络不同节点上。
OPC规范可以应用在许多应用程序中,如它们可以应用于从SCADA或者DCS系统的物理设备中获取原始数据的最低层,它们同样可以应用于从SCADA或者DCS系统中获取数据到应用程序中。实际上,OPC设计的目的就是从网络上某节点获取数据。OPC的客户/服务器关系图同样描述了OPC在SCADA系统的应用。
3 OPC技术在过程数据读写中的应用研究
兰州七里河污水处理厂是甘肃省兰州市重点工程项目,它的竣工为兰州人民在节能减排,治理污染做出了突出的贡献。通过建立一套完整的SCADA系统,整个污水处理厂的自动控制系统,并综合考虑与无线电调度系统、公司企业内部网络的衔接,建立自控系统、调度系统、企业内部网(Intranet)系统三位一体的综合管理与控制系统。
根据水处理厂设备分类和控制要求,污水处理厂自控系统包括:提升泵站PAC1、鼓风机房站PAC2(包括生物曝气池,二沉池)、加药站PAC3(包括回用水)和中心控制室组成。系统由管理层、控制管理层、现场控制层三层组成,控制系统结构采用集散型控制系统。
GE Fanuc自动化公司的RX7i系列PAC构成全过程自动控制系统;采用工业以太网网络在PLC之间及PLC与过程控制计算机之间建立连接;使用GES OPC Server实现控制网络的组态和优化;使用组态软件RS View32开发监控系统人机界面,完成对全过程生产信息的采集和管理。
与RX7i系列PAC配套的通信组态软件GES OPC Serve以及监控系统组态软件RS View32均提供了对OPC服务器的支持,用户只需对其进行简单的配置,即可使用相应当OPC服务器。
GES OPC Serve中OPC服务器的配置在完成对通信网络的组态及优化之后,单击GES中的Configure项即可打开如图所示的配置界面。在对话框中反键点击Server Configuration单击Define New,选中Ge TCP/IP Channel单击“OK” 输入合法的name名,输入配置好的IP地址,选中“Enabled”,单击“OK”按钮即可。
这样,就完成了对GES OPC Serve中OPC服务器的配置 ,配置后的服务器名为GES OPC Server,客户端读取的OPC数据项为[Topic]Itern。
RS View32中OPC服务器的配置更为简单,只需在对项目进行“启动”(startup)配置时,在startup页面中选择”OPC/DDE Server”选项,使得在运行项目的同时启动RS View32作为OPC服务器的功能即可、此时,OPC服务器名为RSI.RS View32OPCTagServer,而客户端读取的OPC数据项即是在标签数据库(Tag Data base)中组态的标签名(Tag Name)。
在完成对OPC服务器的配置,并运行该服务器之后,可通过在RS View32中新建Tag对该服务器进行测试。测试过程十分简单,只需连接相应的服务器,并添加配置好的组(Group)及数据项(Item)即可。
4 结束语
随着自动化技术的飞速发展,自动化软硬件设备的种类越来越多,更新周期也越来越短,OPC技术作为适应工业控制向着开放系统发展的产物以及一项崭新的开放式数据交换技术,给工业控制软硬件的发展带来了巨大的影响。使用0PC技术和过程监控系统进行数据交互,将先进的控制算法用于复杂工业对象的控制,提高了控制效果,并实现了企业的经济效益。
参考文献:
[1] OPC Data Access Specification 1.0A[S].OPC Fundation,1997.
[2] OPC Overview 1.0[S]. OPC Fundation,1998.
[3] OPC Common Definations and Interfaces 1.0[S]. OPC Fundation,1998.
OPC通讯技术 篇5
浙能下属某发电厂原有实时数据库为Wonderware的INSQL数据库, 每台机组只有2000左右测点 (每台机实际测点数约12000左右) 采集至INSQL数据库中并保存。
该厂机组DCS采用Bailey Infi90控制系统, DCS数据采用ICI+Sem API方式采集 (如图1-1) 。
即SCSI线连接ICI03接口, Sem API软件通过SCSI线从DCS环路上读取数据并写至实时数据库INSQL。
2、INFI90系统简介
INFI90集散控制系统是美国Bailey公司生产的, 具有可靠性高, 系统结构合理, 易于程序的开发等诸多优点。该系统由三大部分组成:操作员接口站 (OIS) 和工程师工作站 (EWS) ;通讯网络和计算机接口单元 (ICI) ;过程控制单元 (PCU) 。其通讯网络结构为分层网络:包括由环状结构构成的中心环, 子环, 工厂环等, 由总线结构构成的控制通道, 子总线, 现场总线等。
INFI90系统的控制结构由完整的硬件设备及丰富的过程控制软件构成, 过程控制单元主要由通讯模件 (NPM, NIS) 多功能处理模件 (MFP) 用于数字量, 模拟量或控制的I/O模件和双层结构的控制总线组成。一个PCU可挂接32个MFP模件, 一个MFP可带64个模件。各I/O模件都采用单点输入, 输出, 各通道相互独立。通过功能码进行软件组态。可实现各种反馈控制, 顺序控制, 批量控制等。
3、问题的提出
随着国内厂网分离, 网上竞价体制的实施, 电力市场竞争日益激烈, 浙能下属发电厂和国内外其他电力企业一样, 面临着严峻的挑战。企业信息化的建设和应用是改进生产过程, 提高企业管理水平的一个重要步骤。而其中企业实时数据库系统的建立及应用则显得尤为重要。
该厂原有的INSQL实时数据库无论从数据库点数还是数据库性能等方面都已无法满足电厂现有的数据应用要求。于是该厂决定对原有实时数据库进行改造, 用OSI的PI实时数据库取代原有的Wonderware的INSQL数据库。经分析认为, 该厂脱硫DCS (ABB Symphony DCS系统) 数据采集成了实时数据库建立的关键。
4、原方案简介
该厂机组DCS采用Bailey Infi90控制系统, 而Bailey Infi90控制系统的中INICI03接口对外提供SCSI接口。
因此原DCS数据接入实时数据库PI设计方案为:经安装在接口计算机上的Sem API接口软件从Infi90环网中通过INICI03接口模块读取DCS实时数据并送入实时数据库PI (如图1-1) 。其中采用的Sem API接口软件为PI的“PI-Baily Infi90 Sem API Interface”。
即INICI03直接挂接在单元机组的DCS环网上, 可有选择性地读取DCS内部任何数据。接口模件与接口计算机的连接为SCSI, 通讯速率为4Mb。接口计算机通过Sem API接口程序访问INICI03上的数据点表 (相当于DCS上的实时数据库服务器) , 采集其中的过程数据。
5、新方案简介
随着OPC技术的出现, 其发展日益成熟:
5.1 OPC通讯技术
OPC技术是OLE技术在过程控制中的应用, 它为开发应用程序的不同厂商提供了一项共同遵循的通信标准, 从而大大减少了在系统集成过程中的重复开发, 并提高了控制系统的性能。使用OPC技术, 第一次实现了不用考虑程序和接口问题, 就可以在自动化控制软、硬件之间实行无缝连接。OPC使得即插即用在自动化应用中成为现实, 并且还允许集成各种各样的现场总线系统。
OPC技术之前和之后比较 (如图5-1) :
OPC技术实质上是允许任何设备与其他设备自由通讯的一种机制, 是一种用于过程控制和工业自动化的即插即用的软件技术, 是一种过程实时数据交换的工业标准, 有了OPC, 制造商就可以将开发驱动服务程序的大量人力和财力集中到对单一OPC的接口的开发上, 用户也不再需要讨论不同产品的接口问题, 而精力集中到解决有关自动化功能的实现上。
5.2 新方案简介
因此为了提高接口软件的通用性及开放性, 经探讨、研究, 我们决定对原DCS数据接入实时数据库PI设计方案进行修改, 新方案为:经安装在接口计算机上的OPC SERVER软件从Infi90环网中通过INICI03接口模块读取DCS实时数据, 并通过OPC采集软件再将OPC SERV ER中的送入实时数据库PI。其中采用的OP C SERVER软件为“OPC90 Server V4.3.4”, OPC采集软件为“PI OPC Interface” (如图5-2) 。
即在INFI90环网加装接口单元INICI03, 并安装接口计算机, 通过其SCSI口与INFI90系统的INICI03连接。在接口计算机中安装OPC90 Server V4.3.4。按照SCSI通信协议, 通过INICI03接口, OPC90 Server和INFI90 DCS系统进行实时通信。
INICI03收集控制网络上各模件所发出的例外报告。SIS所需要的所有有关分散控制系统的信息全部在这里集中, INICI03相当于分散控制系统上的一个实时分布数据库。接口系统是同这个数据库传送数据, 而不是直接与分散控制系统中的模件传送数据。这样就使过程信息管理系统不影响分散控制系统的运行。由于控制网络上通信的高速性和其所固有的安全性, 保证了在DCS全系统的范围内, 接口的数据可以维持其本来的实时性, 同时具有高度的安全性。在这样的采集模式中, 由于INICI03不是主动地查询过程数据, 而是按照系统初始化时确定的数据点表接收来自各个模件的实时数据, 从而保证了数据的高速采集不会影响分散控制系统控制环路的运行。
6、调试和使用情况
6.1 调试过程
该厂DCS数据接入实时数据库PI的整个调试过程主要分为OPC SERVER建立、OPC采集软件安装配置、PI数据库测点导入三部分。
6.1.1 OPC SERVER建立
在该过程中, 我们使用的OPC SERVER软件为“OPC90 Server V4.3.4”, 其基本功能和性能指标如表1。
只需在接口计算机上安装OPC90 Server V4.3.4, 然后将整理好的csv点表配置文件导入其中, 便可读取到DCS实时数据, 也完成了OPC SERVER的建立。
6.1.2 OPC采集软件安装配置
由于该厂实时数据库采用的为OSI的PI数据库, 而PI数据库提供标准的OPC采集软件:PI OPC Interface (OPCInt) , 所以只需在接口计算机中默认安装“PI OPC Interface”软件, 之后再用PI提供的“PI-Interface Configuration Utility”对“PI OPC Interface”进行相应的配置即可。
6.1.3 PI数据库测点导入
经过上面两个步骤之后, 只需根据DCS测点清单整理成PI格式的点表, 然后将点表导入实时数据库PI即可, DCS实时数据库经由OPC90 Server和PI OPC Interface后传送至实时数据库PI中。
6.2 使用情况
该厂DCS全部实时数据已按照新方案接入实时数据库PI, 点数近36000点左右, 目前接口计算机中OPC90 Server和PI OPC Interface运行稳定, DCS数据快速、稳定地传输实时数据库PI中。
实践证明采用ICI+OPC实现Baily Infi90 DCS控制系统实时数据传送至SIS实时数据库的通讯技术方式具有实践意义, 目前已在浙能集团下属多家电厂实施应用, 具有推广价值。
摘要：火电厂DCS实时数据是SIS实时数据库的主要数据来源, DCS数据采集的高效性与稳定性对SIS实时数据库具有至关重要的作用。由于Baily Infi90 DCS无法提供OPC SERVER, 因此之前主要采用ICI+SemAPI方式的实现DCS数据采集。本文以浙江省能源集团有限公司下属某发电厂DCS控制系统和SIS实时数据库 (PI) 之间的通讯为对象, 介绍了一种采用ICI+OPC实现Baily Infi90 DCS控制系统实时数据传送至SIS实时数据库 (PI) 的通讯技术方式, 用于SIS中实时数据库 (PI) 的建立, 并结合应用实例, 着重分析了一些技术要点、难点及解决方案。
OPC通讯技术 篇6
1 Twin Cat软PLC的介绍
Twin Cat软PLC是Windows NT环境下的一种多任务运行控制内核的PLC软件, 集成计算机、传统PLC模拟量和开关量控制、数学运算及数据处理、PID控制及网络通信等多种功能, 指令集功能强大, 操作可靠, 扫描周期短, 且提供可与各类网络和I/O系统相连接的开放式结构。它支持所有的IEC1131-3编程语言[2], 可完成增量编译、PLC模拟仿真、在线状态实时显示数据、程序映像, 借助PC处理器的资源可快速地执行命令。
2 OPC技术介绍
OPC技术[3]是在Microsoft公司的Distributed Inter Net Application (DNA) 构架及Component Object Model (COM) 技术的基础上, 根据便于扩展使用性而设计的。OPC技术规范是一个标准的工业接口, 这个规范的标准性使得COM技术适用于制造自动化及过程控制等许多工业领域。OPC应用程序基于OLE/COM机制来作为通讯标准, OLE/COM机制采用的是客户端/服务器模式, 具有代码可重用、语言无相关、容易集成等优势。
OPC标准接口[3]位于OPC Server和应用程序两者之间, OPC规范中提供两套标准接口:Custom标准接口和OLE自动化标准接口。OLE自动化标准接口是基于OLE自动化技术而进行调用的, 在系统的设计中常被广泛采用。OLE自动化标准接口定义三层接口[3], 依次以从属关系呈现:O P C Server、OPC Group、OPC Item。
2.1 力控组态软件中的OPC技术
力控组态软件实时数据库支持OPC标准, 当力控数据库作为OPC客户端与OPC服务器通讯时, 把OPC服务器程序当作一个I/O连接设备, 力控数据库中的点参数通过I/O数据连接方式与之进行数据交换, 当力控控实时数据库作为OPC服务器时, 服务器名为:PCAuto.OPCServer。
2.2 Twin Cat软PLC中的OPC技术
Twin Cat软PLC的OPC服务器提供标准化接口, 方便任何支持OPC通信协议的应用软件与软PLC进行连接。软PLC的OPC服务器提供数据访问 (DA) 、报警和事件 (AE) 以及XM L-D A三种规范, 其中数据访问 (DA) 规范是基于微软的COM技术来为客户端提供数据的[4], 当Twin Cat PLC作为OPC服务器, OPC客户端采用数据访问 (DA) 规范来访问Twin Cat OPC服务器。
3 力控组态软件与Twin Cat软PLC的通讯实现
北京三维力控科技有限公司和德国倍福公司技术上相互支持, 三维力控组态软件中集成了倍福以太网接口控制器的通信驱动程序, 在三维力控组态软件中安装通信驱动程序后, 力控组态软件与Beckhoff Twin Cat软PLC的数据通讯通过接口简单设置可实现无缝连接, 具体设置步骤如下[5]。
(1) 在力控I/O设备树形菜单中先找到PLC, 再在PLC隐藏列表中查找BECKHOFF (德国倍福) 。
(2) 从BECKHOFF PLC中选用BC系列, 在设备配置框里设置设备名称、更新周期、超时时间、通信方式。
(3) 设置冗余主机的A M S N e t I D和PORT。
同一个网络中AMSNet ID具有唯一性, 所设的A M S N e t I D须与B E C K H O F F Twin Cat中Properties所分配的AMSNet一致, 这样力控组态软件数据库的点才可以通过该标识访问到OPC Sever。
(4) 在力控中对参与数据交换的点进行I/O数据连接, 先选择连接I/O设备名称, 增加连接项, 再设置参数类型、数据类型、地址偏移和位偏移。
通过以上设置即可将力控数据库中的点参数和Twin Cat PLC的变量链接起来, 实现力控组态软件和Twin Cat PLC之间的数据通信。
4 结语
通过实验分析, 利用OPC技术来实现力控组态软件和倍福Twin Cat软PLC的数据交互, 通讯及时可靠, 设置简便, 大批量数据快速完成交换, 上、下位机系统之间的数据实时传输问题得到很好解决, 达到对象模型和控制器分离构建后集成运行的目的, 对后续电梯、交通灯等典型逻辑控制系统的仿真研究有一定的指导作用。
参考文献
[1]毕辉, 程良鸿.关于软PLC技术的研究及发展[J].机电产品开发与创新, 2006, 19 (6) :118-125.
[2]彭铭.基于TWINCAT平台的液位模糊控制系统研究[D].大连:大连交通大学, 2007.
[3]田虎, 杨承志.基于OPC技术的组态软件与Matlab的数据通信及其仿真平研究[J].自动化信息, 2008 (6) :42-45.
[4]h t t p://w w w.g o n g k o n g.c o m/webpage/product/200506/9-A1AE-5DA155AB72DB.htm.
OPC通讯技术 篇7
宁夏扶贫扬黄灌溉工程1998年开工建设, 共有26座泵站, 装机容量21.11万kW, 干渠总长292.7km, 设计引水流量37.7m3/s, 灌溉面积80万亩。部分泵站电气设备继电保护装置采用电磁式继电器, 机组控制采用常规手动方式, 电量参数由指针式仪表显示, 励磁装置为手动调压, 中央信号系统为光子牌和信号灯显示模式, 无水测仪表, 调度系统为全人工方式, 运行维护不方便, 管理难度大。于是, 我处于2006年开始对6~10kV的14座高压泵站进行了自动化改造。在建设过程中, 由于不同时期、不同操作系统和不同厂家的监控系统都有所不同, 要想建立一个统一的梯级扬水调度自动化系统, 各监控系统之间的通讯就会变得异常复杂。
1. Intouch与Rsview32在不同操作系统的OPC通讯
OPC是一种工业标准, 全称是OLE for Process Control, 它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在过去, 为了存取现场设备的数据信息, 每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多, 通用性差, 且产品的不断升级, 往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。同时, 也不能满足工作的实际需要。在这种情况下, 就需要OPC来担当重任。OPC标准基于微软的OLE (现在的Active X) 、COM (部件对象模型) 和DCOM (分布式部件对象模型) 技术。它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的, 允许多台计算机之间交换文档、图形等对象, 广泛用于过程控制自动化系统。
2. Intouch与Rsview32的通讯实现
在WIN2000的Intouch客户端通过OPC的I/O Server驱动器OPCLink连接OPC服务器, 通过协议转换来实现OPC Server (即:Rsview32) 和Intouch的数据传输。OPCLink可以与现地或远程OPC服务器连接, 将Intouch的命令转换成OPC协议发送到OPC服务器端, 并从OPC服务器端读取数据, 返回到Intouch。
2.1 DCOM配置
运行—dcomcnfg—组件服务—计算机—我的电脑右键—属性, 进入DCOM的总体“默认属性”页面, 进行如下设置:启用DCOM;默认身份验证级别:连接;默认模拟级别:标识;默认安全机制;默认访问权限:至少要保证OPCClients组允许访问, 也可放宽至Everyone;默认启动权限:至少保证允许Interactive用户调用;默认配置权限:一般情况下不需修改。默认协议:保证面向连接的TCP/IP在最上, 其它可以删除。
2.2 Rsview32 OPC Tag Server和OPCEnum程序配置
运行—dcomcnfg—组件服务—计算机—我的电脑—DCOM配置—Rsview32 OPC Tag Server右键—属性, 进入Rsview32 OPC服务器“默认属性”页面, 进行如下设置:常规:“默认安全级别”—无;位置:“在此计算机上运行程序”;安全:所有均为“默认级别”并添加everyone, 赋予权限;标识:“系统帐户”即可。在dcomcnfg程序的应用程序列表里找到OPCEnum.exe, 对其按照上面OPC服务器的配置进行设置。
2.3 配置Rsview32 OPC Server
打开Rsview32组态环境, 在“system”菜单中分别对Channel、Node、Startup进行设置:Channel中选择通道X和通信协议TCP/IP;在Node中新建一个节点, 选择OPC Server, 输入一个节点名, 选择本地的RSI.Rsview32OPCTagServer。其他设置根据实际情况进行配置, 点击Done后, 在“Logic and Control—Macro—StartUp”中添加RTDataOn命令, OPC服务器配置完成
2.4 配置Intouch
打开Intouch组态开发环境, 在导航栏中, 依次点击:配置—访问名—添加, 定义访问名名称, 节点名为OPC服务器所在计算机的IP地址或计算机名, 应用程序名为OPCLink, 主题名与OPCLink程序中的主题名完全相同, 配置完成后, 就可以在标记名字典中定义变量, 进行画面组态。
2.5 实现Win2000的Intouch与WinXP的Rsview32通讯
完成上面的配置后, 依次启动Rsview32、OPCLink、Intouch, 便可以实现Intouch对Rsview32数据信息的读取。组态后的监控画面如图1:
3. 结束语
通过OPC技术, 实现了我处组态软件Intouch与Rsview32读取数据的功能, 解决了设备驱动程序开发中的异构问题、现场总线系统中异构网段之间数据交换问题, 同时OPC可作为访问不同监控软件的专有数据库的中间件, 便于集成不同的数据, 使不同软件之间达到无缝连接与互访。自投运以来, 系统运行稳定、可靠, 实现了调度中心快速、稳定地得到所需要的数据信息并进行优化、调度和决策等操作, 使得管控一体化的功能得到充分的发挥。
摘要：本文针对Intouch组态软件与Rsview32组态软件在不同操作系统中的通讯问题, 采用目前广泛用于过程控制自动化系统的OPC技术, 实现了我处组态软件Intouch与Rsview32读取数据的功能, 解决了设备驱动程序开发中的异构及异构网段之间数据交换问题, 使不同软件之间达到无缝连接与互访, 提高了系统的实时性、安全性和稳定性。
关键词：Intouch,Rsview32,通讯,OPC
参考文献
[1]刘文光.OPC技术在企业管控一体化中的应用[J].自动化与仪器仪表2009 (1) :65～66
OPC技术及其应用 篇8
OPC是OLE for process control的缩写, 即把OLE应用于工业控制领域。OLE原意是对象连接和嵌人, 随着OLE2的发行, 其范围已远远超出了这个概念。现在的OLE包含了许多新的特征, 如统一数据传输、结构化存储和自动化, 已经成为独立于计算机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范, 是面向对象程序设计概念的进一步推广。OPC建立于OLE规范之上, 它为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制。工业控制领域用到大量的现场设备, 在OPC出现以前, 软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件供应商在硬件上做了一些小小改动, 应用程序也可能需要重写。同时, 由于不同设备甚至同一设备不同单元的驱动程序也有可能不同, 软件开发商很难同时对这些设备进行访问以优化操作。硬件供应商也在尝试解决这个问题, 然而由于不同客户有着不同的需要, 同时也存在着不同的数据传输协议, 因此也一直没有完整的解决方案。自OPC提出以后, 这个问题终于得到解决。
OPC规范包括OPC服务器和OPC客户两个部分。其实质是在硬件供应商和软件开发商之间建立一套完整的“规则”。只要遵循这套规则, 数据交互对两者来说都是透明的, 硬件供应商就无需考虑应用程序的多种需求和传输协议, 软件开发商也就无需了解硬件的实质和操作过程。
1 OPC规范的内容
1.1 数据存取自动化接口和数据存取定制接口
OPC服务器由3类对象组成, 相当于3种层次上的接口:服务器 (server) 、组 (group) 和数据项们 (item) 。服务器对象包含服务器的所有信息, 同时也是组对象的容器。一个服务器对应于一个OPC Server, 即一种设备的驱动程序。在一个Server中, 可以有若干个组。
1.1.1 组对象包含本组的所有信息, 同时包含并管理OPC数据项。
OPC组对象为客户提供
织数据的一种方法。组是应用程序组织数据的一个单位。客户可对其进行读写, 还可设置客户端的数据更新速率。当服务器缓冲区内数据发生改变时, OPCServer将向客户发出通知, 客户得到通知后再进行必要的处理, 而无需浪费大量的时间进行查询。OPC规范定义了2种组对象:公共组 (或称全局组, public) 和局部组 (或称局域组、私有组, local) 。公共组由多个客户共有, 局部组只隶属于一个OPC客户。全局组对所有连接在服务器上的应用程序都有效, 而局域组只能对建立它的Client有效。一般说来, 客户和服务器的一对连接只需要定义一个组对象。在一个组中, 可以有若干个数据项。
1.1.2 数据项是读写数据的最小逻辑单位, 一个数据项与一个具体的位号相连。
数据项不能独立于组存在, 必须隶属于某一个组。
1.2 报警与事件规范
报警是对OPC客户程序有意义并在事件服务器或其对象中命名的一种非正常状态, 如数值超限报警。事件是对OPC服务器或客户重要的某种可检测的变化, 如报警与正常的转换、操作员动作、系统故障等。通过报警与事件规范提供的机制, 当有报警或事件, 客户应用程序可以得到通知。
1.3 历史数据存取规范
向客户应用程序提供需要的原始数据。
1.4 批量过程规范
1.5 安全性规范
1.6 复杂数据和公共IO等
2 读写OPC数据项的一般步骤
2.1 通过服务器对象接口枚举服务器端定义的所有数据项。
如果客户对服务器所定义的数据项非常熟悉, 此步可以忽略。
2.2 将要读写的数据项加大客户定义的组对象中。
2.3 通过组对象对数据项进行读写等操作。
每个数据项的数据结构包括3个成员变量:数据值、数据质量和时间戳。数据值是以Variant形式表示的。应当注意, 数据项表示同数据源的连接而不等同于数据源。无论客户是否定义数据项, 数据源都是客观存在的。可以把数据项看作数据源的地址, 即数据源的引用, 而不应看作数据源本身。
3 OPC的数据访问方式
3.1 服务器缓冲区数据和设备数据
OPC服务器本身就是一个可执行程序, 该程序以设定的速率不断地同物理设备进行数据交互。服务器内有一个数据缓冲区, 其中存有最新的数据值:数据质量戳和时间戳。时间戳表明服务器最近一次从设备读取数据的时间。服务器对设备寄存器的读取是不断进行的, 时间戳也在不断更新。即便数据值和质量戳都没有发生变化, 时间戳也会进行更新。客户既可从服务器缓冲区读取数据, 又可直接从设备读取数据, 从设备直接读取数据速度会慢一些。只有在故障诊断或极特殊的情况下才会采用。
3.2 同步和异步
OPC客户和OPC服务器进行数据交互可以有2种不同方式, 即同步方式和异步方式。同步方式实现较为简单, 当客户数目较少而且同服务器交互的数据量也比较少的时候可以采用这种方式:异步方式实现较为复杂, 需要在客户程序中实现服务器同调函数。然而当有大量客户和大量数据交互时, 异步方式的效率更高, 能够避免客户数据请求的阻塞, 并可以最大限度地节省CPU和网络资源。
4 OPC技术在工业自动化中的应用
OPC规范提供了客户与服务器之间进行数据通讯和交换的通用工业标准机制, 通过OPC接口, 各OPC客户 (应用软件) 与OPC服务器 (设备/数据库) 之间形成即插即用的链接关系, 而不依赖于软件和设备的特定属性, 客户与服务器可无缝隙地交换数据。
一个设备或应用软件, 只要符合OPC规范, 可以很容易地加入系统, 立即投入使用。通过OPC接口, 可以在设备与应用软件之间建立开放的、具有可互操作性的联接:用户不必再关心集成不同部件的接口问题, 可以自由地选择合适的软件和设备, OPC技术是解决应用程序及设备间的通讯的理想手段。
模拟机中OPC接口技术研究 篇9
用于过程控制的OPC (OLE for Process Control) 标准是为解决现场管理层和过程管理层之间的通信标准而设计的规范, 已在工业控制中有着广泛的应用。OPC基金会会员包括世界上所有主要的自动化控制系统仪器仪表及自动化控制系统公司, 例如德国西门子公司的Win CC软件已经集成了OPC服务。OPC规范定义了一个开放的接口, 在这个接口上, 基于不同平台的软件组件能够灵活、高效地获取数据, 实现交互操作。
模拟机仿真平台通常提供专用接口实现仿真主机、盘台控制计算机、第三方软件之间的数据及控制命令传输。当模拟机采用新的厂商的硬件板卡或者需要再次合作开发时, 需要重新开发通信接口。近年来, 随着DCS系统广泛应用, DCS仿真已成为模拟机的不可缺少的组成部分。安全级和非安全级DCS以及专用仪控系统可能由分散的不同厂家的设备和方案组成, 数据量、计算量较大。仿真主机与DCS仿真系统之间也需要再次开发通信接口。
作为连接模拟机各个节点之间软件总线, 接口软件的性能直接地影响模拟机系统性能, 从而影响模拟机项目的质量。好的接口软件系统在开发层面提供测试充分的API函数及常规的开发模板, 在应用层面提供稳定、可靠的数据传输服务及使用方便的测试工具。基于OPC技术的模拟机接口系统能够较好地整合DCS仿真系统与传统的模拟机系统, 使模拟机易于升级和扩充, 标准的通讯协议能保证通信更稳定, 通用的测试工具及测试方法能够缩短模拟机项目的开发周期。
1 OPC技术
基于OPC技术的系统采用客户端/服务器模式, OPC服务器是数据的供应方, 客户端是数据的使用方。每个OPC服务有唯一的标志 (CLSID) 。一个OPC客户端可以同时连接到一个或多个不同厂家的OPC服务器。数据存取服务器是由服务器 (Server) 对象、组 (Group) 对象和项 (Item) 组成。服务器对象包含服务器信息, 是组对象的容器。组对象包含自身信息, 是项的容器。OPC项描述了服务器中数据源的连接, 包含值 (value) 、品质 (quality) 和时间邮戳 (Time Stamp) 。
OPC客户端可以采用同步访问、异步访问或订阅方式从OPC服务器端获取数据。在同步访问方式中, OPC服务器把按照客户端的要求得到的数据访问结果作为方法的参数返回给客户端, 客户端在结果被返回前必须处于等待状态。在异步访问中, OPC服务器收到OPC客户端的要求后, 几乎立即将方法返回, 客户端随后可以进行其他处理, 当服务器完成数据访问时, 触发客户端的异步访问完成事件, 将数据访问结果传送给客户端, 客户端在事件处理程序中接受从服务器传送来的数据。在订阅方式中, 不需要OPC客户端向OPC服务器请求, 服务器按一定的更新周期更新数据缓冲区的数值时, 如果发现数值有变化时, 就会以数据变化事件通知客户端。
开发符合OPC规范的应用程序主要有两种方式:1) 利用软件开发商提供的API。这种方式能够提高程序的质量、缩短开发周期, 可以较少的关注细节, 将注意力集中到专业领域;2) 根据OPC基金会免费提供的规范开发, 这需要了解底层细节, 熟悉COM、DCOM技术。
在模拟机接口系统软件中应用, 适合第一种方式, 例如使用成熟的OPC技术开发商开发的工具软件产品。这些软件产品技术稳定、通用性好, 提供工程模板可生成vs.net工程, 提供库函数帮助文档、程序demo及测试工具OPC demo client, 开发、测试都比较方便并且可以为使用者提供相应的技术服务。
2 基于OPC的接口系统
2.1 工作流程
基于OPC的接口系统工作流程图见图1。
OPC服务器程序首先创建服务器对象, 创建数据地址空间, 然后创建请求处理进程, 等待客户端接口调用, 通过响应请求实现一系列功能, 例如获取服务器状态, 添加、删除OPC数据项, 获取或设置数据项的值等。
OPC客户端程序创建客户端对象之后, 创建和服务器端连接。连接成功后, 不断向服务器发送请求, 得到反馈信息。
2.2 全范围模拟机异构平台系统
在OPC XML-DA规范发布之前, OPC技术依赖于Microsoft的COM、DCOM技术, 仅限于Windows操作平台。XML-DA基于Web Services概念, 用SOAP (简单对象访问协议) 对应用程序消息进行包装, 在客户端和服务器端通过HTTP进行数据传输, 使得OPC的跨平台通信成为可能。
2.2.1 系统结构
本系统结构的特点是, 多个OPC服务端除了相互发送和接收数据外, 还分别为各自的客户端提供数据。仿真主机搭载LINUX操作系统, 而DCS仿真主机、盘台工控机搭载Windows操作系统, 第三方软件运行在搭载LINUX或Windows的计算机上。在这种体系结构下, 使用软件开发商提供的Easy Connect连接管理工具, 可以方便地实现两个OPC Server直接交换数据。通过配置, 为两个数据源建立桥连接, 确定对点关系, 将各自的数据项导入到Easy Connect的名字空间, 见图3 (服务器至服务器数据对点窗口) 。Easy Connect负责在OPC Server对应的数据项之间复制数据。仿真主机能够通过服务器间数据交换和盘台工控机、DCS主机快速交换数据。同时存在的C/S模式又可以保证局域数据在各自的范围内高效传递。
Easy Connect能够将数据存储到 Microsoft SQL Server, Oracle, My SQL, IBM DB2 等支持ODBC接口的数据库, 支持通用的SQL语句, 或者以*.txt, *.xml , *.html格式输出数据。
2.2.2 系统配置
对于跨平台异构系统, 研究出2种应用用法。
1) OPC客户端程序运行在LINUX端。在Windows端通过Easy Connect建立桥连接 (OPC bridge) 。配置OPC客户端属性, 包括激活OPC XML-DA服务, 设置存放地址 (Address Suffi) 及TCP/IP端口号。
在LINUX端编写OPC客户端程序, 工作流程见图1, 在建立连接对象时, 传入参数:http://Windows IP Address:Port/Address Suffi。
2) OPC服务器程序运行在LINUX端。在LINUX端编写OPC服务程序, 工作流程见图1, 需要设置服务的CLSID, 最小更新速度, 客户端检测周期, 设置存放地址 (Address Suffi) 及TCP/IP端口号等参数。
在Windows端通过Easy Connect 建立本地OPC服务器, 为Linux OPC服务器建立的本地服务器类型设置为XML-DA Server, 设置外部OPC服务的地址:http://Linux IP地址:端口号/Address Suffi, 设置连接外部OPC服务的用户名和密码。设置完毕, 进行测试判断连接是否成功。如果连接成功, 启动Softing OPC Toolbox Demo Client, 添加服务地址, 能够观测Linux OPC地址空间的各个变量 (Item) 的值及其它属性。
3 结论
本接口系统已在某核动力装置模拟机中应用。本文只讨论了OPC数据存取在模拟机接口系统中应用。OPC报警与事件、历史数据存取等规范在模拟机系统中都有应用场景。OPC报警与事件规范提供了当特定的事件和报警发生时, 客户端程序可从服务器得到通报的机制, 允许客户端确定事件和条件。OPC历史数据存取规范可提供原始数据或压缩数据的存储机制, 还提供汇总、分析数据功能。此外还有批量数据存取规范, 安全性规范等。这些技术在模拟机系统软件中应用有待于进一步研究、尝试。OPC标准接口的引入, 必然会使模拟机系统更实时, 更稳定、开放, 易于扩展、掌握和实施。
摘要：全范围模拟机被广泛地用来培训操作人员, 进行设计优化和验证、技术改造验证。模拟机仿真平台通常提供专用接口实现仿真主机、盘台数据采集计算机、DCS系统、第三方软件之间的数据及控制命令传输。作为连接模拟机各个节点之间软件总线, 接口系统的性能直接影响着模拟机系统性能。OPC技术在工业控制领域有着广泛的应用, 将OPC技术在模拟机接口系统中应用, 介绍了工作原理, 给出了工作流程、异构平台系统结构及配置实现方法。研究结果说明, 基于OPC技术的接口系统能够较好地整合DCS系统与传统的模拟机系统, 使模拟机运行稳定, 测试方便, 易于升级和扩充。此接口系统已在某核动力装置模拟机中应用, 满足客户要求。
关键词：模拟机,接口,OPC,XML-DA
参考文献
[1]ANSI/ANS-3.5-2009“nuclear power plant simulators for use in operator training and examination”
[2]彭瑾, 王锦标.新的OPC规范——OPC XML-DA[J].冶金自动化, 2004, 28 (1) :6-9.