1.2 使用OPC的優(yōu)點
　  
    OPC規(guī)范出現(xiàn)之前，自動化設(shè)備廠商在生產(chǎn)硬件的同時，必須提供硬件相關(guān)的驅(qū)動程序。軟件開發(fā)商只有得到硬件驅(qū)動程序后，才能開發(fā)訪問該硬件的上層程序。一旦硬件設(shè)備升級，軟件開發(fā)商必須重新針對驅(qū)動程序做相應(yīng)的修改，增加了系統(tǒng)維護的成本。系統(tǒng)集成商急需一種開放的、即插即用的驅(qū)動程序。
　   
    另外一方面，由于工業(yè)過程控制對象的復(fù)雜性及信息參數(shù)較多，傳統(tǒng)工業(yè)過程系統(tǒng)采用兩級或單級控制結(jié)構(gòu)。工業(yè)過程數(shù)據(jù)只能停留于現(xiàn)場操作站。隨著Intertnet/Intranet遠程控制的出現(xiàn)，以及復(fù)雜控制算法越來越多的應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)過程控制，大量控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場操作級／工程師站／專家站三級控制結(jié)構(gòu)。不同控制級之間需要進行無縫的數(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)場信號按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與SCADA和HMI等軟件無縫連接起來，同時將軟件和硬件分離開來，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)訪問方式         (b)OPC下數(shù)據(jù)訪問方式

圖2 兩種數(shù)據(jù)訪問方式的對比

    1.3 OPC發(fā)展前景
 
    OPC基金會自成立至今，會員已經(jīng)超過220家，世界上各主要的自動化儀表生產(chǎn)商，自動化系統(tǒng)開發(fā)商都是該組織的成員。經(jīng)過OPC基金會幾年高效的工作，目前已經(jīng)推出了OPC數(shù)據(jù)訪問（Data Access）、報警與事件（Alarm and Event）規(guī)范和歷史數(shù)據(jù)訪問（Historical Data Access）規(guī)范。目前得到廣泛應(yīng)用的是OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范，它主要解決服務(wù)器端和客戶端的實時數(shù)據(jù)存取問題[4]。
 
    OPC技術(shù)作為一項成熟的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，近年來引起廣泛關(guān)注，許多高校與自動化廠商都致力于OPC產(chǎn)品的研發(fā)。一些國際著名的控制類公司，如AB,西門子，ABB等都針對其硬件產(chǎn)品和組態(tài)軟件開發(fā)了OPC產(chǎn)品，用戶無需使用C++/VB進行繁瑣的編程工作，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3中，作者開發(fā)了一種基于OPC技術(shù)的先進控制算法平臺，該平臺可以加載和仿真各種先進控制算法，并通過OPC技術(shù)和第三方DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了對復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的先進控制。在文獻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)實時監(jiān)控系統(tǒng)(ONPS)。該系統(tǒng)為獨立分散的過程監(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，同時將仿真與實際應(yīng)用無縫的連接起來。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 
    2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)簡介
 
    碳素陽極生產(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，通過電動斗提和傳輸皮帶將原料送至煅前倉供煅燒系統(tǒng)使用。操作工根據(jù)料倉高度就地或遠程控制各個電機的啟停。
 
    燃燒機系統(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)燃氣閥與空氣閥開度大小。在自動控制狀態(tài)下，可在工程師站或?qū)＜艺靖淖兛諝馀c燃氣的配比。
 
    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)下操作工通過改變二次風(fēng)機與三次風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來改變煅燒窯溫度，通過改變冷卻窯內(nèi)噴水的流量來改變冷卻窯出料的溫度和濕度。同時為了使氣體充分燃燒，還需要檢測大窯尾氣的含氧量。在手動控制狀態(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 計算機網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)
 
    碳素陽極生產(chǎn)現(xiàn)場有5臺A-B可編程控制器(SLC504)，分別控制原料系統(tǒng)、燃燒機系統(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)采用多級控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。見圖4

    現(xiàn)場操作站有三臺研華工控計算機。每臺計算機上都裝有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進行數(shù)據(jù)交換。煅燒車間的兩臺工控機為主熱備份，主要負責(zé)監(jiān)控原料系統(tǒng)、燃燒機系統(tǒng)、煅燒系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)。現(xiàn)場操作級主要有以下功能：
 
    (1).監(jiān)控原料系統(tǒng)料倉高度，根據(jù)該高度就地或遠程控制給料機、破碎機、皮帶傳輸?shù)入姍C的啟動停止。
 
    (2).監(jiān)控煅燒系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、余熱爐系統(tǒng)各個檢測點的溫度、壓力、流量，在系統(tǒng)手動狀態(tài)下調(diào)節(jié)各個執(zhí)行機構(gòu)的輸出量。
 
    (3).設(shè)定系統(tǒng)設(shè)備連鎖運行，故障處理時設(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)場所有參數(shù)，并接受上一級發(fā)送的控制參數(shù)。
工程師站有兩臺研華工控計算機，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)過程所有可視化信息，包括各檢測點數(shù)值、各個電機運行狀態(tài)、控制模式、給定數(shù)值等。
 
    (2).對整個生產(chǎn)過程進行初始化設(shè)置，并可在線修改各個控制回路控制器參數(shù)。
 
    (3).可改變整個系統(tǒng)各個控制回路手動、自動控制模式。
 
    (4).生成生產(chǎn)過程各種數(shù)據(jù)的班報、日報、月報、年報。
工程師站利用RSView32自帶的OPC功能與現(xiàn)場操作站進行數(shù)據(jù)交換，減少了DH+網(wǎng)絡(luò)的通信負擔(dān)。
專家站計算機裝有RSView32組態(tài)軟件、Matlab、VB、Access數(shù)據(jù)庫等高級應(yīng)用程序。專家站的主要功能如下：
 
    (1).管理整個控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)突發(fā)錯誤作相關(guān)處理。
 
    (2).對系統(tǒng)進行建模仿真及優(yōu)化計算。
 
    (3).根據(jù)專家經(jīng)驗給定投料量、焙燒窯轉(zhuǎn)速等相關(guān)給定值以及各參數(shù)的報警上下限。
 
    (4).建立各項指標(biāo)數(shù)據(jù)庫，將歷史數(shù)據(jù)、操作報告、報警信息存入數(shù)據(jù)庫。

3 OPC實現(xiàn)方法
 
    3.1 組態(tài)軟件OPC通信方法
 
    現(xiàn)場操作級、工程師站和專家站計算機上都裝有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)場操作級的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，現(xiàn)場數(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號工控機名稱為Calciner1,在RSView32中建立一個新的節(jié)點：
 
    數(shù)據(jù)源：OPC服務(wù)器
 
    節(jié)點名：Calciner1
 
    名字：RSI.RSView32OPCTagServer
 
    類型：本機
 
    更新速率：1秒
 
    客戶機設(shè)定：在工程師站和專家站上的RSView32中建立一個新的節(jié)點：
    
    數(shù)據(jù)源：OPC服務(wù)器
    
    節(jié)點名：Expert
      
    名字：RSI.RSView32OPCTagServer
      
    類型：遠程
  
    更新速率：5秒
 
    需要注意的是客戶機上OPC節(jié)點的更新速率應(yīng)該小與服務(wù)器中OPC節(jié)點的更新速率。
　　 
    客戶機上RSView32中的標(biāo)記需要連接到OPC服務(wù)器，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)名稱設(shè)定為來自設(shè)備，節(jié)點名為Expert，地址填寫為現(xiàn)場操作站RSView32中標(biāo)記的名稱。RSView32 的 OPC 服務(wù)器已經(jīng)被測試和證明最多可以同時連接 10 臺用作 OPC 客戶的 RSView32 計算機，現(xiàn)在并不正式支持每臺 RSView32 OPC 服務(wù)器與超過 10 臺用作 OPC 客戶的 RSView32 計算機連接使用。

    3.2 組態(tài)軟件與VB通信方法
 
    專家站的組態(tài)軟件通過OPC技術(shù)與VB連接起來，實現(xiàn)復(fù)雜控制算法。VB作為客戶機與組態(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)點名即計算機名
 
    Dim MyOPCServer as OPCServer ‘OPC服務(wù)器
 
    Dim MyOPCGroup as OPCGroup  ‘OPC組
 
    Dim MyOPCItem as OPCItem    ‘OPC項對象
 
    Dim OPCItemCollection as OPCItems ‘OPC項集合
 
    并定義項改變值個數(shù)、ID、指針等變量如：
 
    Dim ItemCount as Long  ‘項改變值個數(shù)
 
    Dim OPCItemIDs(100) as ‘定義OPC項數(shù)組
 
    Dim ItemServerHandles()As long ‘定義服務(wù)器項指針
 
    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，將進行OPC的連接，OPC讀寫等，由于程序較長，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
 
    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
 
    整個程序的流程如圖5。

4 結(jié)束語
 
    根據(jù)碳素陽極生產(chǎn)過程的特性，借助PLC、RSView32組態(tài)軟件以及VB等其他高級應(yīng)用軟件，采用OPC技術(shù)構(gòu)建了現(xiàn)場操作級、工程師站、專家站三級控制網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：
 
    1．現(xiàn)場操作站與PLC之間通過DH+ 網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，方便快捷，保證了系統(tǒng)的實時性。
 
    2．工程師站與專家站采用OPC技術(shù)與現(xiàn)場操作站連接，這樣減輕了DH+網(wǎng)絡(luò)的通信負擔(dān)，降低了因大量數(shù)據(jù)通信造成的控制系統(tǒng)的延遲。同時由于采用OPC技術(shù)通信后，工程師站及專家站工控機上無需DH+卡，減少了系統(tǒng)開支。
 
    3．在專家站采用OPC技術(shù)將現(xiàn)場信息與VB、數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用程序連接起來，增強的系統(tǒng)的可擴展性，其他控制系統(tǒng)開發(fā)商對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化升級時無需再進行重復(fù)的底層開發(fā)工作。

                        
參考文獻

[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的先進控制算法平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化儀表，2005,26(9):26-28
[5] 趙艷秋，王建民.采用OPC技術(shù)實現(xiàn)豎爐燒結(jié)DCS系統(tǒng)與VB軟件的接口[J].計算機與數(shù)字工程，2006，34：114-117