OPC技術(shù)在監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 （1）

1 OPC技術(shù)的產(chǎn)生

OPC(OLE for Process Control)技術(shù)是對(duì)象鏈接和嵌入式技術(shù)在過(guò)程控制方面的應(yīng)用，包含一系列工業(yè)自動(dòng)化接口規(guī)范。該技術(shù)是為解決應(yīng)用軟件與各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的通訊而提出的，它把硬件廠(chǎng)商和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)者分離開(kāi)來(lái)，大大提高了雙方的工作效率。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和過(guò)程復(fù)雜程度的提高，工業(yè)控制軟件設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，即要集成數(shù)量和種類(lèi)不斷增多的現(xiàn)場(chǎng)信息。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，智能設(shè)備之間及智能設(shè)備與控制系統(tǒng)軟件之間的信息共享是通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的，不同廠(chǎng)家的設(shè)備使用不同的驅(qū)動(dòng)程序，迫使工業(yè)控制軟件中包含越來(lái)越多的底層通信模塊；另外，由于相對(duì)特定應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)程序一般不支持硬件的變化，使得工業(yè)控制軟硬件的升級(jí)和維護(hù)極其不便。還有在同一時(shí)刻，兩個(gè)客戶(hù)不能對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，因?yàn)樗鼈儞碛胁煌?、相互?dú)立的驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作，可能會(huì)引起存取沖突，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。OPC技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這些問(wèn)題。OPC以O(shè)LE／COM／DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶(hù)／服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶(hù)機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開(kāi)發(fā)商將取代軟件開(kāi)發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的 OPC接口程序，而軟件開(kāi)發(fā)者可免除開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上。這樣不但可避免開(kāi)發(fā)的重復(fù)性，也提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和互操作性。

2 OPC技術(shù)的應(yīng)用

OPC是連接數(shù)據(jù)源(OPC服務(wù)器)和數(shù)據(jù)的使用者(OPC應(yīng)用程序)之間的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)源可以是PLC、DCS，條形碼讀取器等控制設(shè)備。隨著控制系統(tǒng)構(gòu)成的不同，作為數(shù)據(jù)源的OPC服務(wù)器既可以是和OPC應(yīng)用程序在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的本地OPC服務(wù)器，也可以是在另外的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的遠(yuǎn)程O(píng)PC服務(wù)器。OPC接口既可以適用于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把最下層的控制設(shè)備的原始數(shù)據(jù)提供給作為數(shù)據(jù)的使用者(OPC應(yīng)用程序)HMI (硬件監(jiān)督接口)／SCADA(監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集)，批處理等自動(dòng)化程序，甚至更上層的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用程序，也可用于應(yīng)用程序和物理設(shè)備的直接連接。所以O(shè)PC接口是適用于很多系統(tǒng)的具有高厚度柔軟性的接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC技術(shù)的創(chuàng)新之處是用戶(hù)能夠把任何一個(gè)可視化或控制系統(tǒng)與所選擇的任一硬件(即PC插板)通過(guò)OPC組合在一起，如圖1所示。

從圖中可以看出，OPC標(biāo)準(zhǔn)的軟件總線(xiàn)使多種現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)系統(tǒng)得以集成，如PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)、CANopen(開(kāi)放式控制局域)網(wǎng)絡(luò)、Device Net(設(shè)備網(wǎng)絡(luò))等，也可深入反映出OPC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系：OPC提供現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)以外的重要的附加性能，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的主要目標(biāo)是快速，可靠的數(shù)據(jù)傳輸。而OPC使標(biāo)準(zhǔn)通信可以達(dá)到這樣的程度，即任何OPC服務(wù)器和應(yīng)用軟件能聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何問(wèn)題。

3 OPC技術(shù)解決問(wèn)題的方法

OPC是為使不同供應(yīng)廠(chǎng)商的設(shè)備和應(yīng)用程序之間的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，以及使其問(wèn)的數(shù)據(jù)交換更加簡(jiǎn)單化而提出的。作為結(jié)果可向用戶(hù)提供不依賴(lài)于特定開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境的可以自由組合使用的過(guò)程控制軟件組件產(chǎn)品。利用OPC的系統(tǒng)由按照應(yīng)用程序(客戶(hù)程序)的要求提供數(shù)據(jù)采集服務(wù)的OPC服務(wù)器、使用OPC服務(wù)器所必需的OPC接口，以及接受服務(wù)的OPC應(yīng)用程序所構(gòu)成。OPC服務(wù)器按照各供應(yīng)廠(chǎng)商的硬件所開(kāi)發(fā)，因此可以吸收各供應(yīng)廠(chǎng)商硬件和系統(tǒng)的差異，從而實(shí)現(xiàn)不依賴(lài)于硬件的系統(tǒng)構(gòu)成。同時(shí)利用一種叫做Variant的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以不依賴(lài)于硬件中同有的數(shù)據(jù)類(lèi)型，按照應(yīng)用程序的要求提供數(shù)據(jù)格式。利用OPC 使接口標(biāo)準(zhǔn)化可以構(gòu)成如圖2所示的系統(tǒng)。OPC典型體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 OPC技術(shù)在某監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

OPC因其特點(diǎn)和優(yōu)越性已在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。通常使用OPC技術(shù)進(jìn)行工業(yè)過(guò)程控制中采集數(shù)據(jù)。OPC數(shù)據(jù)訂閱和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)綁定，為具有數(shù)據(jù)綁定功能所有ActiveX控件提供數(shù)據(jù)源，用戶(hù)可方便地觀(guān)察來(lái)自O(shè)PC服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。圖4是一個(gè)OPC垃圾焚燒系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例。該系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)兩層結(jié)構(gòu)。

管理層主要包括丁業(yè)控制機(jī)或計(jì)算機(jī)、視頻監(jiān)視器等設(shè)備，這些設(shè)備均安裝在中央控制室里。管理層中，通過(guò)組態(tài)王工業(yè)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件監(jiān)控平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)觀(guān)察底層設(shè)備工作狀況，及時(shí)對(duì)系統(tǒng)m現(xiàn)故障點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警處理、實(shí)時(shí)保存報(bào)表數(shù)據(jù)。同時(shí)，同一計(jì)算機(jī)中進(jìn)行算法程序演算，該操作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備遠(yuǎn)程智能控制?？刂茖又饕ǜ鞣N硬件設(shè)備，例如PLC控制器、各種測(cè)量?jī)x器儀表等。這些硬件均安裝垃圾焚燒系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。其中，底層硬件設(shè)備采用常用西門(mén)子S7系列PLC，其中包括S7-200和S7-300系列。同時(shí)，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)(TCP／IP協(xié)議)進(jìn)行管理層和控制層之間連接，以實(shí)現(xiàn)信息和資源共享，具備完善控制能力、極高可靠性和方便靈活擴(kuò)展能力。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)從工藝流程出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)接受生產(chǎn)管理級(jí)調(diào)度，但并不依賴(lài)于生產(chǎn)管理級(jí)而運(yùn)行：若監(jiān)控的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或并未投入使用或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，各現(xiàn)場(chǎng)控制站仍會(huì)正常工作，對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程沒(méi)有影響。實(shí)現(xiàn)控制層與管理層之間數(shù)據(jù)交換時(shí)，工業(yè)組態(tài)軟件組態(tài)王提供一種建立OPC服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信方式。因此，管理層與控制層的通信之間建立一個(gè)OPC服務(wù)器，其框圖如圖5所示。

圖中OPC連接應(yīng)用廣泛PLC系統(tǒng)，底層設(shè)備信息OPC服務(wù)器進(jìn)入上一層的人機(jī)界面。這些系統(tǒng)與最上層質(zhì)量控制軟件、生產(chǎn)管理軟件和Internet應(yīng)用軟件OPC接口互換信息，使信息能夠各系統(tǒng)問(wèn)充分流通。如果系統(tǒng)具備OPC應(yīng)用條件，當(dāng)現(xiàn)有系統(tǒng)需要添加新設(shè)備時(shí)，只需將新設(shè)備接人系統(tǒng)，安裝用于訪(fǎng)問(wèn)該設(shè)備OPC服務(wù)器，擴(kuò)展后系統(tǒng)可正常工作。添加新設(shè)備并不影響系統(tǒng)其他部分運(yùn)行和使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)OPC技術(shù)進(jìn)行研究，探討了OPC服務(wù)器與客戶(hù)端的實(shí)現(xiàn)，并將該研究用于關(guān)于某垃圾焚燒系統(tǒng)控制方案，由客戶(hù)端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：OPC技術(shù)大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開(kāi)放性能，可以有效地避免開(kāi)發(fā)過(guò)程的重復(fù)性，以及多種軟件系統(tǒng)集成的不兼容性等問(wèn)題。該技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景，逐步實(shí)現(xiàn)了軟硬件之間的標(biāo)準(zhǔn)化。