基于OPC技術(shù)的煤化工生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用

彭繼國 張文波 楊木易(兗礦集團(tuán)信息化中心， 山東 濟(jì)寧 273500)

基于OPC技術(shù)的煤化工生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用

彭繼國 張文波 楊木易(兗礦集團(tuán)信息化中心， 山東 濟(jì)寧 273500)

本文介紹了OPC技術(shù)在兗礦集團(tuán)煤化工企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對不同型號、不同廠家的DCS系統(tǒng)，利用OPC技術(shù)實現(xiàn)不同DCS系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。經(jīng)實際運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集實時性、可靠性高，效果良好。

OPC;OPCServer;封裝;標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口;數(shù)據(jù)采集

兗礦集團(tuán)現(xiàn)有煤化工基地3處，煤化工企業(yè)10余家，企業(yè)建廠時間從20世紀(jì)60年代到最近幾年不等。各企業(yè)之間地理位置分散，且采用的工業(yè)自動控制系統(tǒng)種類繁多，給生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集帶來了諸多不便。

隨著集團(tuán)煤化工產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大和管理水平的提升，迫切需要將分散在各地的煤化工企業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集上傳，由集團(tuán)化工公司統(tǒng)一管理。因此，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將不同系統(tǒng)融合在一起，實時采集、存儲和上傳勢在必行。本文綜述了一個在不改變各企業(yè)現(xiàn)有工業(yè)自動控制系統(tǒng)的情況下，利用OPC技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 OPC數(shù)據(jù)通訊技術(shù)

OPC全稱是OLE for Process Control，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁。在過去，為實現(xiàn)不同生產(chǎn)裝置的DCS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集接口之間的數(shù)據(jù)通信，要花費大量時間去開發(fā)專用的通信接口程序。在這種情況下，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，以O(shè)LE/COM/DCOM機(jī)制作為應(yīng)用程序級的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用Client/Server模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶。

兗礦集團(tuán)采用的是Wonderware公司的FactorySuiteA2自動化軟件平臺，其組態(tài)軟件需要通過驅(qū)動程序與工業(yè)設(shè)備通信，而不同的設(shè)備之間往往需要不同的驅(qū)動程序，這既會增加開發(fā)成本，也不利于設(shè)備升級，在系統(tǒng)的兼容性方面也存在問題。而利用OPC技術(shù)，則可以解決上述問題。

OPC技術(shù)的實現(xiàn)包括OPC服務(wù)器(Server)部分和OPC客戶應(yīng)用(Client)部分。OPC服務(wù)器在現(xiàn)場收集設(shè)備數(shù)據(jù)，將信息通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口發(fā)送到OPC客戶端，符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶端應(yīng)用可以訪問來自不同廠商的OPC服務(wù)器，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)集成，提高了系統(tǒng)的開放性和可互操作性。

2 OPC技術(shù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 利用OPC技術(shù)對原有DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行改進(jìn)

兗礦煤化公司下屬企業(yè)現(xiàn)有ABB、艾默生、浙江中控、HoneyWell等廠家DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)共計40余套，通訊方式有OPC、DDE等。采集的能源計量監(jiān)測點1200余點，生產(chǎn)監(jiān)控關(guān)鍵點7000余點。

在硬件結(jié)構(gòu)改進(jìn)上，在每個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點單獨增加一臺數(shù)據(jù)采集終端，采用雙網(wǎng)卡方式聯(lián)網(wǎng)：一塊網(wǎng)卡與現(xiàn)場DCS系統(tǒng)工程師站通過防火墻連接，另一塊網(wǎng)卡與ECC服務(wù)器連接。這種聯(lián)網(wǎng)方式能將現(xiàn)場DCS工程師站與ECR實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)隔離開來，防止DCS系統(tǒng)受到其他系統(tǒng)的干擾和破壞。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端上運(yùn)行ECDA數(shù)據(jù)采集軟件，功能是采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并實時保存到ECR實時數(shù)據(jù)庫中。

由于ABB等廠家的DCS系統(tǒng)建設(shè)時間較早，采用的是DDE通訊方式，數(shù)據(jù)通訊速率僅為5點/秒，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量大于1000點時，很難保證通訊的速率和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，相比較OPC通訊方式而言，在傳送速度的優(yōu)越性上是較為落后的。下圖為DDE和OPC數(shù)據(jù)傳輸性能實驗結(jié)果。

圖1 利用DDE和OPC的數(shù)據(jù)傳送性能實驗結(jié)果

在軟件結(jié)構(gòu)改進(jìn)上，如果單獨針對不同類型通訊方式進(jìn)行軟件接口開發(fā)，工作量很大。因此我們應(yīng)用OPC技術(shù)對各種不同類型DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問方式進(jìn)行了統(tǒng)一，通過開發(fā)基于COM/DCOM的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口，保證了采集接口的穩(wěn)定性。同時針對網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的情況，開發(fā)了IO數(shù)據(jù)緩存應(yīng)用，保證了網(wǎng)絡(luò)中斷時數(shù)據(jù)緩存和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時的數(shù)據(jù)續(xù)傳，確保了數(shù)據(jù)的完整性。圖2為應(yīng)用OPC技術(shù)重新開發(fā)的應(yīng)用于DDE通訊方式下的DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖2 應(yīng)用于DDE通訊方式下DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖中，ECDA數(shù)據(jù)采集模塊用于DCS數(shù)據(jù)的采集；RdbOpc模塊用于提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC數(shù)據(jù)訪問接口；ECC OPC客戶端程序可以完成數(shù)據(jù)的離線緩存和恢復(fù)上傳等功能。具體的開發(fā)包括ECC OPC客戶端接口的開發(fā)和封裝的OPC Server的開發(fā)。整套軟件采用VC++10．0(VS2010)開發(fā)，在Windows2008，Windows7下測試通過，也可運(yùn)行在滿足要求的Windows2003和Windows XP下。

2.2 ECC OPC客戶端接口軟件的直接應(yīng)用

兗礦煤化工企業(yè)中，大部分生產(chǎn)裝置(例如尿素裝置使用浙江中控的ECS-100)使用的DCS控制系統(tǒng)提供了OPCServer軟件包，對這樣的DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，可以直接使用ECC的OPC客戶端接口軟件來進(jìn)行。

在安裝時，首先要完成OPC基金會核心分發(fā)包的安裝注冊，包含有Opcenum(OPC Server枚舉服務(wù))和OPC Server的底層DCOM組件動態(tài)鏈接庫(opccomn_ps．dll，opcproxy．dll， opchda_ps．dll， opc_aeps．dll)。并且要對服務(wù)器端的RdbOpc的DCOM屬性進(jìn)行配置才能正常通訊。圖3為應(yīng)用OPC客戶端采集數(shù)據(jù)開發(fā)并實際運(yùn)行的某尿素裝置合成塔壓力趨勢圖。2.3 ECC OPC客戶端接口軟件配合封裝的OPCServer的應(yīng)用

在煤化工生產(chǎn)裝置中，還有一部分裝置的DCS沒有提供OPCServer服務(wù)(例如空分裝置采用的ABB的Bailey infi90)，而是采用DDE通訊方式。對于這類沒有加載OPCServer軟件包的DCS系統(tǒng)，首先要對DDE通訊進(jìn)行OPCServer封裝，然后再通過ECC的OPC客戶端接口軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。由于OPC具有DDE不可比擬的傳輸優(yōu)勢，使得采用OPC技術(shù)后，從DCS中采集的能源管理和生產(chǎn)監(jiān)控等數(shù)據(jù)的質(zhì)量、頻率、實時性、準(zhǔn)確性都得到了很大程度的提高。圖4、圖5為采用OPC技術(shù)后，某工廠空分裝置數(shù)據(jù)氧氣量趨勢圖和能源流向分析。

3 結(jié)語

OPC技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化和監(jiān)控領(lǐng)域，通過應(yīng)用OPC技術(shù)，提高了兗礦集團(tuán)煤化工企業(yè)從各種不同類型的DCS系統(tǒng)中采集能源和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的通訊性能，極大地減輕了開發(fā)和維護(hù)的工作量。本文闡述的基于OPC技術(shù)的化工企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)在兗礦集團(tuán)正式投運(yùn)，運(yùn)行良好。

圖3 尿素裝置合成塔壓力趨勢圖

圖4 空分裝置氧氣量趨勢圖

圖5 能源流向分析圖

彭繼國(1979-)，男，漢，山東菏澤人，本科,兗礦集團(tuán)信息化中心自動化部部長。