OPC技術在監(jiān)測控制系統(tǒng)中的應用

1 OPC技術的產生
OPC(OLE for Process Control)技術是對象鏈接和嵌入式技術在過程控制方面的應用，包含一系列工業(yè)自動化接口規(guī)范。該技術是為解決應用軟件與各種設備驅動程序之間的通訊而提出的，它把硬件廠商和應用軟件開發(fā)者分離開來，大大提高了雙方的工作效率。
隨著工業(yè)生產的不斷發(fā)展，由于生產規(guī)模的擴大和過程復雜程度的提高，工業(yè)控制軟件設計面臨巨大挑戰(zhàn)，即要集成數(shù)量和種類不斷增多的現(xiàn)場信息。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，智能設備之間及智能設備與控制系統(tǒng)軟件之間的信息共享是通過驅動程序實現(xiàn)的，不同廠家的設備使用不同的驅動程序，迫使工業(yè)控制軟件中包含越來越多的底層通信模塊；另外，由于相對特定應用的驅動程序一般不支持硬件的變化，使得工業(yè)控制軟硬件的升級和維護極其不便。還有在同一時刻，兩個客戶不能對同一個設備進行數(shù)據(jù)讀寫，因為它們擁有不同的、相互獨立的驅動程序，同時對同一個設備進行操作，可能會引起存取沖突，甚至導致系統(tǒng)崩潰。OPC技術的出現(xiàn)很好地解決了這些問題。OPC以OLE／COM／DCOM技術為基礎，采用客戶／服務器模式，為工業(yè)自動化軟件面向對象的開發(fā)提供了統(tǒng)一的標準，標準定義了應用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法。采用這項標準后，硬件開發(fā)商將取代軟件開發(fā)商為自己的硬件產品開發(fā)統(tǒng)一的 OPC接口程序，而軟件開發(fā)者可免除開發(fā)驅動程序的工作，把更多的精力投入到其核心產品的開發(fā)上。這樣不但可避免開發(fā)的重復性，也提高了系統(tǒng)的開放性和互操作性。

2 OPC技術的應用
OPC是連接數(shù)據(jù)源(OPC服務器)和數(shù)據(jù)的使用者(OPC應用程序)之間的軟件接口標準。數(shù)據(jù)源可以是PLC、DCS，條形碼讀取器等控制設備。隨著控制系統(tǒng)構成的不同，作為數(shù)據(jù)源的OPC服務器既可以是和OPC應用程序在同一臺計算機上運行的本地OPC服務器，也可以是在另外的計算機上運行的遠程OPC服務器。OPC接口既可以適用于通過網絡把最下層的控制設備的原始數(shù)據(jù)提供給作為數(shù)據(jù)的使用者(OPC應用程序)HMI (硬件監(jiān)督接口)／SCADA(監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集)，批處理等自動化程序，甚至更上層的歷史數(shù)據(jù)庫等應用程序，也可用于應用程序和物理設備的直接連接。所以OPC接口是適用于很多系統(tǒng)的具有高厚度柔軟性的接口標準。OPC技術的創(chuàng)新之處是用戶能夠把任何一個可視化或控制系統(tǒng)與所選擇的任一硬件(即PC插板)通過OPC組合在一起，如圖1所示。

從圖中可以看出，OPC標準的軟件總線使多種現(xiàn)場線系統(tǒng)得以集成，如PROFIBUS網絡、CANopen(開放式控制局域)網絡、Device Net(設備網絡)等，也可深入反映出OPC和現(xiàn)場總線的標準化關系：OPC提供現(xiàn)場總線以外的重要的附加性能，現(xiàn)場總線領域標準化的主要目標是快速，可靠的數(shù)據(jù)傳輸。而OPC使標準通信可以達到這樣的程度，即任何OPC服務器和應用軟件能聯(lián)網運行而不會產生任何問題。

3 OPC技術解決問題的方法
OPC是為使不同供應廠商的設備和應用程序之間的軟件接口標準化，以及使其問的數(shù)據(jù)交換更加簡單化而提出的。作為結果可向用戶提供不依賴于特定開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境的可以自由組合使用的過程控制軟件組件產品。利用OPC的系統(tǒng)由按照應用程序(客戶程序)的要求提供數(shù)據(jù)采集服務的OPC服務器、使用OPC服務器所必需的OPC接口，以及接受服務的OPC應用程序所構成。OPC服務器按照各供應廠商的硬件所開發(fā)，因此可以吸收各供應廠商硬件和系統(tǒng)的差異，從而實現(xiàn)不依賴于硬件的系統(tǒng)構成。同時利用一種叫做Variant的數(shù)據(jù)類型，可以不依賴于硬件中同有的數(shù)據(jù)類型，按照應用程序的要求提供數(shù)據(jù)格式。利用OPC 使接口標準化可以構成如圖2所示的系統(tǒng)。OPC典型體系結構如圖3所示。

4 OPC技術在某監(jiān)測控制系統(tǒng)中的應用
OPC因其特點和優(yōu)越性已在工業(yè)控制領域中得到廣泛應用。通常使用OPC技術進行工業(yè)過程控制中采集數(shù)據(jù)。OPC數(shù)據(jù)訂閱和數(shù)據(jù)動態(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，用戶可方便地觀察來自OPC服務器實時數(shù)據(jù)。圖4是一個OPC垃圾焚燒系統(tǒng)中應用實例。該系統(tǒng)分為生產管理監(jiān)控級和現(xiàn)場控制級兩層結構。

管理層主要包括丁業(yè)控制機或計算機、視頻監(jiān)視器等設備，這些設備均安裝在中央控制室里。管理層中，通過組態(tài)王工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)設計軟件監(jiān)控平臺，可以實時觀察底層設備工作狀況，及時對系統(tǒng)m現(xiàn)故障點進行報警處理、實時保存報表數(shù)據(jù)。同時，同一計算機中進行算法程序演算，該操作平臺實現(xiàn)對底層設備遠程智能控制?？刂茖又饕ǜ鞣N硬件設備，例如PLC控制器、各種測量儀器儀表等。這些硬件均安裝垃圾焚燒系統(tǒng)工作現(xiàn)場，對系統(tǒng)進行直接控制。其中，底層硬件設備采用常用西門子S7系列PLC，其中包括S7-200和S7-300系列。同時，利用高速工業(yè)以太網(TCP／IP協(xié)議)進行管理層和控制層之間連接，以實現(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展能力。該系統(tǒng)設計從工藝流程出發(fā)，實現(xiàn)對生產過程自動控制?，F(xiàn)場控制級接受生產管理級調度，但并不依賴于生產管理級而運行：若監(jiān)控的計算機出現(xiàn)故障或并未投入使用或通信網絡出現(xiàn)故障，各現(xiàn)場控制站仍會正常工作，對整個工藝過程沒有影響。實現(xiàn)控制層與管理層之間數(shù)據(jù)交換時，工業(yè)組態(tài)軟件組態(tài)王提供一種建立OPC服務器方式實現(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OPC服務器，其框圖如圖5所示。

圖中OPC連接應用廣泛PLC系統(tǒng)，底層設備信息OPC服務器進入上一層的人機界面。這些系統(tǒng)與最上層質量控制軟件、生產管理軟件和Internet應用軟件OPC接口互換信息，使信息能夠各系統(tǒng)問充分流通。如果系統(tǒng)具備OPC應用條件，當現(xiàn)有系統(tǒng)需要添加新設備時，只需將新設備接人系統(tǒng)，安裝用于訪問該設備OPC服務器，擴展后系統(tǒng)可正常工作。添加新設備并不影響系統(tǒng)其他部分運行和使用。

5 結束語
通過對OPC技術進行研究，探討了OPC服務器與客戶端的實現(xiàn)，并將該研究用于關于某垃圾焚燒系統(tǒng)控制方案，由客戶端進行遠程監(jiān)測。結果表明：OPC技術大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開放性能，可以有效地避免開發(fā)過程的重復性，以及多種軟件系統(tǒng)集成的不兼容性等問題。該技術在工業(yè)控制系統(tǒng)中有著廣闊的應用前景，逐步實現(xiàn)了軟硬件之間的標準化。