基于OPC UA的爐窯設(shè)備信息模型的研究

王 磊

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

1 OPC UA技術(shù)概述

OPC UA是由OPC基金會(huì)發(fā)布的最新一代OPC規(guī)范，即OPC統(tǒng)一架構(gòu)是在OPC基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。自1996年發(fā)布以來，作為工業(yè)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)成功應(yīng)用到各種自動(dòng)化系統(tǒng)中。

OPC UA延續(xù)了OPC原有的優(yōu)勢(shì)，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，同時(shí)豐富了新功能：

(1)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)獨(dú)立性，可支持Windows、Linux或者其他嵌入式平臺(tái)，不再受平臺(tái)的約束。

(2)基于XML的Web服務(wù)、TCP、HTTP等協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的通信。

(3)提供了強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)建模能力，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，通過對(duì)象、方法、變量及引用關(guān)系等，構(gòu)建地址空間，實(shí)現(xiàn)類型的層次結(jié)構(gòu)和繼承。并以對(duì)象實(shí)例化方式暴露服務(wù)器端的服務(wù)，供客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和讀寫，實(shí)現(xiàn)與上層系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成交互。

2 基于OPC UA的爐窯設(shè)備信息建模技術(shù)研究

OPC UA兩大核心功能是數(shù)據(jù)傳輸和信息建模，數(shù)據(jù)傳輸在OPC階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，目前研究對(duì)象是信息建模能力。圍繞信息建模技術(shù)，以裝備制造企業(yè)熱加工環(huán)節(jié)常用的爐窯設(shè)備為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)信息模型的建立。

2.1 爐窯設(shè)備信息建模

爐窯設(shè)備是裝備制造企業(yè)在熱加工工序的主要生產(chǎn)設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)加工產(chǎn)品的加熱、保溫和熱處理，根據(jù)消耗能源的不同分為氣爐和電爐，我公司的爐窯設(shè)備以氣爐為主。需采集的數(shù)據(jù)包括燃?xì)鈨x表、爐壓儀表和溫度儀表。燃?xì)鈨x表記錄爐窯設(shè)備的耗氣量，爐壓儀表記錄爐窯設(shè)備的爐內(nèi)壓力，溫度儀表記錄爐內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度。通過儀表數(shù)據(jù)的采集，監(jiān)控爐窯設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及是否按照工藝要求執(zhí)行。

(1)建立類別模型

（2）以家庭為圓心拓展服務(wù)功能，培養(yǎng)了一支專業(yè)素養(yǎng)高、業(yè)務(wù)能力強(qiáng)的婚姻家庭社會(huì)工作人才隊(duì)伍。社工深入社區(qū)家庭，了解婚姻家庭基本情況、服務(wù)需求，并根據(jù)實(shí)際情況開展服務(wù)工作。如針對(duì)困境家庭開展持續(xù)跟蹤指導(dǎo)服務(wù)；針對(duì)家暴受害婦女鏈接?jì)D聯(lián)、司法救助等服務(wù)；針對(duì)自閉癥兒童、精神障礙患者進(jìn)行心理輔導(dǎo)、危機(jī)干預(yù)等措施；為單親媽媽申請(qǐng)低保、救助金，提供志愿服務(wù)等。通過多項(xiàng)服務(wù)內(nèi)容及措施，為有需求的困境家庭提供便利、解決難題。

爐窯設(shè)備數(shù)據(jù)采集對(duì)象包括燃?xì)鈨x表、爐壓儀表和溫度儀表，三類儀表均屬于感知型設(shè)備，通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，不具有控制操作，統(tǒng)一抽象為一種對(duì)象節(jié)點(diǎn)類別，命名為SensorType，見表1。

表1 對(duì)象節(jié)點(diǎn)類別

先確定對(duì)象節(jié)點(diǎn)類別，然后建立對(duì)象的變量和方法，SensorType為感知型節(jié)點(diǎn)類別，不具備操控性動(dòng)作，因此只需要建立變量，不需要建立方法。變量類別包括編號(hào)、名稱、型號(hào)、讀數(shù)間隔、讀數(shù)、計(jì)量單位、爐窯編號(hào)，具體類型定義見表2。爐窯設(shè)備的對(duì)象類型定義如圖1所示。

圖1 對(duì)象類型定義

表2 對(duì)象變量的定義

(2)實(shí)例化信息模型

對(duì)象類型定義完成后，需進(jìn)行實(shí)例化，才能在OPC UA服務(wù)器構(gòu)建地址空間，并給客戶端暴露實(shí)例化的信息模型，能夠?qū)δＰ椭卸x的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問和管理。爐窯設(shè)備的傳感器類型包括三個(gè)實(shí)例對(duì)象，分別是燃?xì)?、爐壓和溫度傳感器。以同一臺(tái)爐窯(設(shè)備編號(hào)為2#)的三個(gè)傳感器為對(duì)象進(jìn)行實(shí)例化，編號(hào)分別為G-1，P-1和T-1，考慮到實(shí)際生產(chǎn)周期，一次熱處理過程可能會(huì)持續(xù)幾個(gè)小時(shí)甚至幾天，數(shù)據(jù)采集周期不宜過于頻繁，燃?xì)鈧鞲衅鞑杉芷跒? min，爐壓傳感器采集周期為60 s，溫度傳感器采集周期為30 s，因此傳感器類型實(shí)例化后如圖2所示。

圖2 傳感器類型實(shí)例化

2.2 基于XML對(duì)模型進(jìn)行描述

爐窯設(shè)備信息模型建立完成后，使用XML對(duì)模型進(jìn)行描述。XML是一種通用的可擴(kuò)展標(biāo)記語言，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)記、識(shí)別、傳輸與共享，使用XML對(duì)爐窯設(shè)備的傳感器模型進(jìn)行描述。

傳感器對(duì)象類別的XML文件，如圖3所示。

圖3 傳感器對(duì)象類別的XML文件

通過XML文件可以看出傳感器對(duì)象的基本信息，BrowseName為SensorType，并包含7個(gè)下屬節(jié)點(diǎn)，內(nèi)部定義標(biāo)識(shí)分別為6001到6007。

以讀數(shù)和爐窯編號(hào)為例，變量類別XML文件見圖4。

圖4 變量類別XML文件

可以看出，變量讀數(shù)的內(nèi)部定義標(biāo)識(shí)為6005，變量爐窯編號(hào)的標(biāo)識(shí)為6007。

通過XML，可以清晰定義出OPC UA中各種節(jié)點(diǎn)類別的信息及引用和繼承關(guān)系，便于在不同環(huán)境、不同語言下對(duì)同一模型的識(shí)別和解析。

3 基于KEPServerEX6和KepOPC模擬建模和

訪問

經(jīng)過對(duì)爐窯設(shè)備建模的研究，形成了設(shè)備的信息模型，通過OPC服務(wù)器和客戶端軟件進(jìn)行模擬采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行連接訪問。服務(wù)器端采用KEPServerEX6進(jìn)行信息模型建立及模擬數(shù)據(jù)采集，客戶端采用KepOPC進(jìn)行連接訪問。運(yùn)行效果如圖5。

圖5 信息模型建立及模擬數(shù)據(jù)采集運(yùn)行效果圖

在服務(wù)器端，以simulator作為驅(qū)動(dòng)，建立爐窯設(shè)備信息模型，并以函數(shù)作為采集數(shù)據(jù)的生成器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?？蛻舳诉B接到服務(wù)器地址，獲取地址空間節(jié)點(diǎn)類型，添加到標(biāo)簽列表，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與展示。

4 結(jié)語

基于OPC UA技術(shù)，以爐窯設(shè)備為對(duì)象，對(duì)要采集的燃?xì)鈨x表、爐壓儀表和溫度儀表進(jìn)行信息模型建立研究，并以O(shè)PC UA服務(wù)器端和客戶端軟件進(jìn)行模擬建模、連接訪問和數(shù)據(jù)展示，探索了設(shè)備信息建模的方法和搭建企業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的可行性，下一步，將基于商業(yè)服務(wù)器端軟件搭建OPC UA服務(wù)器，與公司實(shí)際各種生產(chǎn)設(shè)備(PLC、傳感器、HMI等)連接，采集數(shù)據(jù)，并開發(fā)客戶端應(yīng)用程序，與現(xiàn)有MES等業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成，進(jìn)行數(shù)據(jù)的展示與控制，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通及遠(yuǎn)程控制。