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案例頻道 摘要：通過OPC技術和網關的應用，敘述了南鋼焦化生產管理網絡數據采集系統的開發和應用，以及系統完善過程中遇見的問題和解決方法。關鍵詞：數據采集；DCS；網關；OPC
1 引言
南鋼煉鐵新廠焦化分別在2004年、2005年完成3#4#5#焦爐及化產項目建設，形成年產冶金焦炭170萬噸、焦油7萬噸、粗苯2萬噸、外供煤氣8億立方米的生產能力。
隨項目同期建設了焦化生產管理網絡系統，該系統是集“上位管理、基礎操作和基礎控制級”三級網絡于一體的管控一體化系統。上位管理級網絡主要承擔現場生產數據采集，為廠內局域網用戶提供生產報表及辦公信息共享服務，生產流程web瀏覽及網站信息服務。
2 系統的網絡結構
2.1 上位管理級網絡
上位管理級網絡的總體框架為星型拓撲結構，由一臺中心路由三層交換機，下連五臺可配置管理的二層交換機組成。另設服務器3臺，分別提供中心數據庫服務、網站服務、報表服務。設網關機3臺，它們是數據采集處理及傳遞的重要網絡節點，如圖1所示。
圖1 上位管理級網絡結構圖
2.2 基礎控制級網絡（DCS）
化產DCS系統選用北京和利時系統工程股份有限公司的MACS SmartPro分布式控制系統。基礎控制級網絡分為監控網絡（SNET）和控制網絡(CNET)。監控網絡主要用于工程師站、操作員站和現場控制站的通訊連接；控制網絡存在于各個現場控制站內部，主要用于主控單元和智能I/O單元的通訊連接。
圖2 DCS系統網絡結構
兩層網絡均為冗余高速工業以太網鏈路，網絡中主要的通訊節點有工程師站、操作員站和現場控制站，采用TCP/IP通訊協議。為上位管理系統數據采集提供了方便的開放的網絡環境，如圖2所示。
3 DCS數據采集和處理
數據自動采集是應用OPC技術通過網絡將現場設備的原始數據采集上來，然后進行分析處理后發送到各個電子報表和焦化局域網站以網頁的形式瀏覽的過程。
OPC技術是應用廣泛的工業軟件接口標準，它采用客戶/服務器模式，把開發訪問接口的任務放在硬件生產廠家或第三方廠家，以OPC服務器的形式提供給用戶。MACS SmartPro系統為用戶提供了基于微軟COM/DCOM 技術標準的OPC技術服務。
系統OPC服務使用了Microsoft Windows的對象連結和套嵌（OLE）、部件對象模型（COM）和分布式部件對象模型（DCOM）通訊機制，只要遵循上述通訊標準，對OPC 服務器及網關的DCOM做配置之后，DCS系統與網關之間的數據通訊連接就可以正式建立。
3.1 網關數據采集
該廠網關通訊核心由中冶焦耐設計開發，與和利時的DCS系統有機結合，一臺網關機完成了該廠兩套化產DCS系統數據的采集。網關機中安裝SmartPro組態軟件和網關程序，數據采集功能利用SmartPro系統提供的OPC接口服務，SmartPro系統作為數據源充當OPC服務器，網關作為數據使用者充當OPC客戶端。
硬件上采用兩塊以太網卡聯網方案。一塊網卡連入DCS的監控網絡，作為DCS系統的一個網絡節點與DCS主控連接，并且設置為DCS系統的單機，順利采到DCS主控的數據；一塊網卡與上位管理網絡連接，用于網關程序軟件發送接收數據中心的信息數據。
這種連接方式可以將現場DCS系統與上位管理網隔離開來，避免DCS系統受到其他系統的干擾。再者OPC客戶/服務器任務由同一臺電腦（網關）承擔，也保證了網關數據采集任務不受干擾。
OPC服務器從DCS中采集數據，通過必要的分析計算后，以消息隊列形式發往本地，本地數據庫服務器適時地從消息隊列中取得數據，并把它傳遞給要取數據的網關，網關程序處理后發往中心數據庫，其他終端再從中心數據庫中調用數據。網關數據流如圖3所示。
3.2 DCS系統數據分析及梳理圖
圖3 數據流程圖
作為用戶，更大的精力放在數據分析及梳理上。化產DCS系統的數據量龐大，各種溫度、流量、壓力、液位等儀表實時檢測點數據繁多，共有各種操作畫面30余幅、5000多個實時檢測數據。針對各用戶關注數據的側重點不同，我們對這些數據進行梳理歸類，一是實施監控的數據，即突出工藝重點、關鍵點的監控數據，二是需要統計、分析、出報表的數據，如流量等。
通過分析工藝及不同用戶的需求，我們從眾多的DCS數據及流程畫面中分離、綜合出10余幅畫面、600個工藝關鍵監控數據發布到上位管理網絡，通過焦化網站平臺實現web瀏覽，方便了使用。
中國人使用報表的習慣是結構復雜的、縱橫數據屬性交叉相關的模式，這給報表開發提出了高要求。為此，需要對化產大部分的數據進行分析、處理、綜合，然后反應在電子報表中。
中心數據庫的數據類型按采集方式分為自動采集和人工錄入兩種。一是由網關采集分析后自動發往數據庫的數據和由其他系統發來的數據，包括平均值、瞬時值、累積值等；二是實驗室的各種化驗數據及產量、消耗等離散數據，由人工錄入。
根據使用區域不同，分別開發了生產區級報表和作業區級報表。生產區級報表具有完全的讀寫權限，且每個生產作業區只對本作業區的報表具有寫權限，對于需要人工填寫的部分，由生產作業區指派專人負責填寫；作業區級報表只具有讀取權限，不能填寫或更改報表內容，是作業區管理人員及其他需要生產數據的人員用于查看和瀏覽生產數據使用的。通過區級管理，杜絕了數據篡改，確保了數據的真實可靠性。
從2006年以后的幾年中，又有一些技術改造項目建成，如化產的尾氣回收洗滌、鼓風機循環管的優化調節、水處理的活性炭裝置和廢水事故槽等項目。針對新需求我們新增了數據報表。
4 結束語
該廠結合實際，充分利用DCS系統集成的OPC技術和開發的網關程序，進一步提高了DCS數據采集的通訊性能，將DCS控制系統與企業管理網絡系統緊密地整合起來。圍繞生產需求做出大膽嘗試，走出了一條富有特色的生產管理系統之路。
李影（1982-）
女，吉林人，初級職稱，測控技術與儀器本科專業，現就職于南京南鋼產業發展有限公司煉鐵新廠焦化車間。左殿杰（1968-）男，山東人，初級職稱，機械電子本科專業，現就職于南京南鋼產業發展有限公司煉鐵新廠焦化車間。
摘自《自動化博覽》2012年第二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號