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    1.2 使用OPC的優(yōu)點(diǎn)
　  
    OPC規(guī)范出現(xiàn)之前，自動(dòng)化設(shè)備廠商在生產(chǎn)硬件的同時(shí)，必須提供硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序。軟件開發(fā)商只有得到硬件驅(qū)動(dòng)程序后，才能開發(fā)訪問(wèn)該硬件的上層程序。一旦硬件設(shè)備升級(jí)，軟件開發(fā)商必須重新針對(duì)驅(qū)動(dòng)程序做相應(yīng)的修改，增加了系統(tǒng)維護(hù)的成本。系統(tǒng)集成商急需一種開放的、即插即用的驅(qū)動(dòng)程序。
　   
    另外一方面，由于工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象的復(fù)雜性及信息參數(shù)較多，傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)采用兩級(jí)或單級(jí)控制結(jié)構(gòu)。工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)只能停留于現(xiàn)場(chǎng)操作站。隨著Intertnet/Intranet遠(yuǎn)程控制的出現(xiàn)，以及復(fù)雜控制算法越來(lái)越多的應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制，大量控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)／工程師站／專家站三級(jí)控制結(jié)構(gòu)。不同控制級(jí)之間需要進(jìn)行無(wú)縫的數(shù)據(jù)連接。
　   
    OPC技術(shù)建立了一組符合工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)范，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與SCADA和HMI等軟件無(wú)縫連接起來(lái)，同時(shí)將軟件和硬件分離開來(lái)，為硬件制造商和軟件開發(fā)商劃分了界限，使軟件層不再依賴具體的設(shè)備硬件層，大大提高了控制系統(tǒng)的互操作性和適應(yīng)性。見圖2

(a) 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式         (b)OPC下數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式

圖2 兩種數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式的對(duì)比

    1.3 OPC發(fā)展前景
 
    OPC基金會(huì)自成立至今，會(huì)員已經(jīng)超過(guò)220家，世界上各主要的自動(dòng)化儀表生產(chǎn)商，自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)商都是該組織的成員。經(jīng)過(guò)OPC基金會(huì)幾年高效的工作，目前已經(jīng)推出了OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)（Data Access）、報(bào)警與事件（Alarm and Event）規(guī)范和歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)（Historical Data Access）規(guī)范。目前得到廣泛應(yīng)用的是OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)范，它主要解決服務(wù)器端和客戶端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取問(wèn)題[4]。
 
    OPC技術(shù)作為一項(xiàng)成熟的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，近年來(lái)引起廣泛關(guān)注，許多高校與自動(dòng)化廠商都致力于OPC產(chǎn)品的研發(fā)。一些國(guó)際著名的控制類公司，如AB,西門子，ABB等都針對(duì)其硬件產(chǎn)品和組態(tài)軟件開發(fā)了OPC產(chǎn)品，用戶無(wú)需使用C++/VB進(jìn)行繁瑣的編程工作，就可以利用OPC開發(fā)控制系統(tǒng)。在本文中，使用了AB公司的組態(tài)軟件RSView32，該軟件支持OPC技術(shù)，具體的使用方法參見3.1。
 
    在應(yīng)用研究方面，許多科研人員利用OPC所帶來(lái)的巨大便利，開發(fā)了許多優(yōu)秀的工業(yè)控制系統(tǒng)。在文獻(xiàn)3中，作者開發(fā)了一種基于OPC技術(shù)的先進(jìn)控制算法平臺(tái)，該平臺(tái)可以加載和仿真各種先進(jìn)控制算法，并通過(guò)OPC技術(shù)和第三方DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的先進(jìn)控制。在文獻(xiàn)1中Jun Liu,Khiang Wee Lim等人提出了一種基于OPC技術(shù)的開放的(Open)、公共的(Nonproprietary)、即插即用的(Plug-And-Play)工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)(ONPS)。該系統(tǒng)為獨(dú)立分散的過(guò)程監(jiān)控與工控軟件提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)共享的方法，同時(shí)將仿真與實(shí)際應(yīng)用無(wú)縫的連接起來(lái)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 
    2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
 
    碳素陽(yáng)極生產(chǎn)線由五部分組成：原料系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、燃燒機(jī)系統(tǒng)、余熱爐系統(tǒng)和煅燒系統(tǒng)。見圖3

 
                
    原料系統(tǒng)：將焙燒原料生石焦破碎、電磁分離，通過(guò)電動(dòng)斗提和傳輸皮帶將原料送至煅前倉(cāng)供煅燒系統(tǒng)使用。操作工根據(jù)料倉(cāng)高度就地或遠(yuǎn)程控制各個(gè)電機(jī)的啟停。
 
    燃燒機(jī)系統(tǒng)：為煅燒大窯提供天然氣和空氣，操作工根據(jù)爐內(nèi)溫度調(diào)節(jié)燃?xì)忾y與空氣閥開度大小。在自動(dòng)控制狀態(tài)下，可在工程師站或?qū)＜艺靖淖兛諝馀c燃?xì)獾呐浔取?BR> 
    煅燒系統(tǒng)：煅燒系統(tǒng)主要由煅燒大窯和冷卻窯組成。生石焦經(jīng)過(guò)煅燒大窯煅燒后，送至冷卻窯冷卻。煅燒窯內(nèi)溫度及冷卻窯的溫度都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。開環(huán)監(jiān)控狀態(tài)下操作工通過(guò)改變二次風(fēng)機(jī)與三次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變煅燒窯溫度，通過(guò)改變冷卻窯內(nèi)噴水的流量來(lái)改變冷卻窯出料的溫度和濕度。同時(shí)為了使氣體充分燃燒，還需要檢測(cè)大窯尾氣的含氧量。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，操作工根據(jù)含氧量的大小設(shè)定燃燒室配風(fēng)調(diào)節(jié)閥的開度。
 
    余熱爐系統(tǒng)：煅燒窯產(chǎn)生大量的高溫氣體，余熱爐系統(tǒng)可回收利用這些氣體，供工廠生活取暖。同時(shí)該系統(tǒng)配備了水磨除塵裝置，可凈化排放的氣體。與煅燒系統(tǒng)一樣，余熱爐系統(tǒng)有大量的參數(shù)需要監(jiān)控。如鍋爐蒸汽溫度、壓力；鍋爐給水流量、給水壓力；除塵器壓力、溫度等等。
 
    循環(huán)水系統(tǒng)：為煅燒系統(tǒng)提供冷卻水，向余熱爐系統(tǒng)提供鍋爐用水。

    2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)
 
    碳素陽(yáng)極生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有5臺(tái)A-B可編程控制器(SLC504)，分別控制原料系統(tǒng)、燃燒機(jī)系統(tǒng)、煅燒系統(tǒng)、余熱爐系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)。考慮到生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量受多種因素影響，系統(tǒng)采用多級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。見圖4

    現(xiàn)場(chǎng)操作站有三臺(tái)研華工控計(jì)算機(jī)。每臺(tái)計(jì)算機(jī)上都裝有A-B公司的組態(tài)軟件RSView32，借助RSLinx通訊軟件和DH+網(wǎng)絡(luò)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。煅燒車間的兩臺(tái)工控機(jī)為主熱備份，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控原料系統(tǒng)、燃燒機(jī)系統(tǒng)、煅燒系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)主要有以下功能：
 
    (1).監(jiān)控原料系統(tǒng)料倉(cāng)高度，根據(jù)該高度就地或遠(yuǎn)程控制給料機(jī)、破碎機(jī)、皮帶傳輸?shù)入姍C(jī)的啟動(dòng)停止。
 
    (2).監(jiān)控煅燒系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、余熱爐系統(tǒng)各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、流量，在系統(tǒng)手動(dòng)狀態(tài)下調(diào)節(jié)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出量。
 
    (3).設(shè)定系統(tǒng)設(shè)備連鎖運(yùn)行，故障處理時(shí)設(shè)備的啟停。
 
    (4).作為OPC服務(wù)器向工程師站和專家站傳遞現(xiàn)場(chǎng)所有參數(shù)，并接受上一級(jí)發(fā)送的控制參數(shù)。
工程師站有兩臺(tái)研華工控計(jì)算機(jī)，裝有RSView32組態(tài)軟件和RSLogix500 PLC編程軟件。工程師站主要有以下功能：
 
    (1).集中顯示生產(chǎn)過(guò)程所有可視化信息，包括各檢測(cè)點(diǎn)數(shù)值、各個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、控制模式、給定數(shù)值等。
 
    (2).對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行初始化設(shè)置，并可在線修改各個(gè)控制回路控制器參數(shù)。
 
    (3).可改變整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)控制回路手動(dòng)、自動(dòng)控制模式。
 
    (4).生成生產(chǎn)過(guò)程各種數(shù)據(jù)的班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)。
工程師站利用RSView32自帶的OPC功能與現(xiàn)場(chǎng)操作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，減少了DH+網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)擔(dān)。
專家站計(jì)算機(jī)裝有RSView32組態(tài)軟件、Matlab、VB、Access數(shù)據(jù)庫(kù)等高級(jí)應(yīng)用程序。專家站的主要功能如下：
 
    (1).管理整個(gè)控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)突發(fā)錯(cuò)誤作相關(guān)處理。
 
    (2).對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真及優(yōu)化計(jì)算。
 
    (3).根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)給定投料量、焙燒窯轉(zhuǎn)速等相關(guān)給定值以及各參數(shù)的報(bào)警上下限。
 
    (4).建立各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，將歷史數(shù)據(jù)、操作報(bào)告、報(bào)警信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 OPC實(shí)現(xiàn)方法
 
    3.1 組態(tài)軟件OPC通信方法
 
    現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)、工程師站和專家站計(jì)算機(jī)上都裝有A-B公司的RSView32組態(tài)軟件。該軟件支持基于OPC技術(shù)的數(shù)據(jù)交換。將現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)的RSView32設(shè)定為服務(wù)器，工程師站和專家站的RSView32設(shè)定為客戶機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)可以在三站之間雙向傳遞。
 
    服務(wù)器設(shè)定：假定煅燒車間1號(hào)工控機(jī)名稱為Calciner1,在RSView32中建立一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)：
 
    數(shù)據(jù)源：OPC服務(wù)器
 
    節(jié)點(diǎn)名：Calciner1
 
    名字：RSI.RSView32OPCTagServer
 
    類型：本機(jī)
 
    更新速率：1秒
 
    客戶機(jī)設(shè)定：在工程師站和專家站上的RSView32中建立一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)：
    
    數(shù)據(jù)源：OPC服務(wù)器
    
    節(jié)點(diǎn)名：Expert
      
    名字：RSI.RSView32OPCTagServer
      
    類型：遠(yuǎn)程
  
    更新速率：5秒
 
    需要注意的是客戶機(jī)上OPC節(jié)點(diǎn)的更新速率應(yīng)該小與服務(wù)器中OPC節(jié)點(diǎn)的更新速率。
　　 
    客戶機(jī)上RSView32中的標(biāo)記需要連接到OPC服務(wù)器，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)名稱設(shè)定為來(lái)自設(shè)備，節(jié)點(diǎn)名為Expert，地址填寫為現(xiàn)場(chǎng)操作站RSView32中標(biāo)記的名稱。RSView32 的 OPC 服務(wù)器已經(jīng)被測(cè)試和證明最多可以同時(shí)連接 10 臺(tái)用作 OPC 客戶的 RSView32 計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在并不正式支持每臺(tái) RSView32 OPC 服務(wù)器與超過(guò) 10 臺(tái)用作 OPC 客戶的 RSView32 計(jì)算機(jī)連接使用。

    3.2 組態(tài)軟件與VB通信方法
 
    專家站的組態(tài)軟件通過(guò)OPC技術(shù)與VB連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法。VB作為客戶機(jī)與組態(tài)軟件RSView32通信 
方法如下[5]：
 
    現(xiàn)在VB工具欄中“工程\引用”將Rockwell OPC Automation 2.0 加入。然后定義變量。
 
    Const ServerName=“RSI.RSView32OPCTagServer”　‘ OPC類型
 
    Dim Nodename as String ‘節(jié)點(diǎn)名即計(jì)算機(jī)名
 
    Dim MyOPCServer as OPCServer ‘OPC服務(wù)器
 
    Dim MyOPCGroup as OPCGroup  ‘OPC組
 
    Dim MyOPCItem as OPCItem    ‘OPC項(xiàng)對(duì)象
 
    Dim OPCItemCollection as OPCItems ‘OPC項(xiàng)集合
 
    并定義項(xiàng)改變值個(gè)數(shù)、ID、指針等變量如：
 
    Dim ItemCount as Long  ‘項(xiàng)改變值個(gè)數(shù)
 
    Dim OPCItemIDs(100) as ‘定義OPC項(xiàng)數(shù)組
 
    Dim ItemServerHandles()As long ‘定義服務(wù)器項(xiàng)指針
 
    Dim ClientHardles(100)As long ‘定義客戶端句柄
 
    另外還要定義復(fù)雜控制算法中的全局變量如：
 
    Dim CalcinerHead_Temp as Single ‘定義窯頭溫度
 
    Dim DischargeEnd_Temp as Single ‘定義出料溫度
 
    定義好所有的變量后，將進(jìn)行OPC的連接，OPC讀寫等，由于程序較長(zhǎng)，這里不再贅述。OPC客戶連接后，需要占用服務(wù)器資源，所以程序結(jié)束后必須斷開OPC連接，釋放資源。關(guān)鍵程序如下：
 
    清除指定的OPC項(xiàng)
 
    0PCItemCollectlon．Remove ltemCount．Removelt
 
    emServerHandles，RemoveltemServerE1TOrS
 
    Set OPCItemCollection = Nothing
 
    清除指定的OPC組
 
    ConeetedServerGroup．Remove(”Group1”)
 
    Set ConnectedGroup = Nothing
 
    與服務(wù)器斷開連接并且清除
 
    AnOPCServer．Disconnect
 
    Set AnOPCServer=Nothing
 
    整個(gè)程序的流程如圖5。

4 結(jié)束語(yǔ)
 
    根據(jù)碳素陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程的特性，借助PLC、RSView32組態(tài)軟件以及VB等其他高級(jí)應(yīng)用軟件，采用OPC技術(shù)構(gòu)建了現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)、工程師站、專家站三級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
 
    1．現(xiàn)場(chǎng)操作站與PLC之間通過(guò)DH+ 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，方便快捷，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
 
    2．工程師站與專家站采用OPC技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)操作站連接，這樣減輕了DH+網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)擔(dān)，降低了因大量數(shù)據(jù)通信造成的控制系統(tǒng)的延遲。同時(shí)由于采用OPC技術(shù)通信后，工程師站及專家站工控機(jī)上無(wú)需DH+卡，減少了系統(tǒng)開支。
 
    3．在專家站采用OPC技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)信息與VB、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用程序連接起來(lái)，增強(qiáng)的系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，其他控制系統(tǒng)開發(fā)商對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)時(shí)無(wú)需再進(jìn)行重復(fù)的底層開發(fā)工作。

                        
參考文獻(xiàn)

[1] Jun Liu, Khiang Wee Lim. Using the OPC Standard for Real-Time Process Monitoring and Control [J].IEEE Software, 2005  22(6):55-59
[2] 李京,宋真君.OPC規(guī)范的產(chǎn)生與發(fā)展[J].自動(dòng)化儀表，2002，23(4)：68-70
[3] OPC Foundation. OPC Overview (1.0)[EB/OL].Http://www.opcfoundation.org, 1998-10
[4] 薛福珍，許磊，田貴賓，劉忍權(quán).基于OPC的先進(jìn)控制算法平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化儀表，2005,26(9):26-28
[5] 趙艷秋，王建民.采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)豎爐燒結(jié)DCS系統(tǒng)與VB軟件的接口[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2006，34：114-117