OPC技術在板坯連鑄機SCADA系統(tǒng)中的應用

1 引言
　　當今的工業(yè)自動化系統(tǒng)正向分布化、智能化的實時控制方向發(fā)展，通信已成為其中關鍵的一個方面。控制系統(tǒng)的信息化使得用戶對統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡的要求日益迫切。同時，隨著Internet等信息技術的飛速發(fā)展，要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎構(gòu)架。當現(xiàn)場智能設備將現(xiàn)場信息通過工業(yè)以太網(wǎng)傳至監(jiān)控計算機后，存在著信息共享與交互的問題，這種信息網(wǎng)絡存在協(xié)議上的鴻溝就會導致出現(xiàn)“自動化孤島”。而OPC技術的出現(xiàn)則解決了控制系統(tǒng)突破“信息孤島”的瓶頸問題。
　　OPC（用于過程控制對象的鏈接和嵌入）是工業(yè)自動化過程中數(shù)據(jù)交換的微軟架構(gòu)體系標準。OPC以OLE/COM/DCOM機制為通信標準，OPC采用打的客戶機/服務器體系結(jié)構(gòu)，是目前工業(yè)控制軟件中廣泛采用的一項技術。OPC服務器程序的主要功能是收集現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)信息，并通過標準OPC接口傳送給OPC客戶端。
　　符合OPC標準的客戶端程序可以訪問來自任何生產(chǎn)廠商所提供的符合OPC標準的服務器程序，正是這種開放性與通用性，使OPC在自動化控制系統(tǒng)中得到了很大的應用。隨著支持OPC的監(jiān)控組態(tài)軟件和硬件設備的普及，使用OPC進行數(shù)據(jù)采集成為SCADA系統(tǒng)中更合理的選擇。濟鋼第三煉鋼廠2002年從VAI引進的板坯連鑄機的L1級SCADA軟件FactoryLink 7中就應用了OPC技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信傳輸。
2 OPC在FactoryLink 7中的網(wǎng)絡與程序
　　2.1 SCADA軟件 FactoryLink 7的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
　　FactoryLink 7是一種建立在微軟操作系統(tǒng)上的專用的SCADA(監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集)產(chǎn)品，他建立在微軟分布式Internet標準結(jié)構(gòu)（DNA）上。FactoryLink 7環(huán)境是一種基于Microsoft 的DNA標準的Client/Server系統(tǒng)，為一種多層次Client/Server系統(tǒng)。它是一個兩層系統(tǒng)：用戶界面在第一層（客戶端），而事件過程和數(shù)據(jù)存儲器在另一層（服務器）。如圖1所示，F(xiàn)actoryLink 7與 Windows DNA三層標準的對應關系為：

（1）用戶界面 ：FactoryLink 7 Client；

（2）事件過程 ：FactoryLink 7 Server；

（3）數(shù)據(jù)存儲器：SQL Server或其他據(jù)庫產(chǎn)品和PLC。

圖1 FactoryLink 7的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 FactoryLink 7的程序結(jié)構(gòu)
　　SCADA軟件為了實現(xiàn)實時多任務控制，需要使數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)處理與算法實現(xiàn)、圖形顯示及人機對話、實時數(shù)據(jù)的存儲、實時通信等多個任務在同一臺計算機上同時運行。實時數(shù)據(jù)庫作為整個SCADA系統(tǒng)的核心組件，它無縫地集成了數(shù)據(jù)庫與實時性，是記錄實時過程的歷史數(shù)據(jù)、連接自控設備實現(xiàn)自動監(jiān)控、通過數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡功能構(gòu)建分布式應用系統(tǒng)的關鍵。因此，如何確保實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與圖形界面系統(tǒng)以及現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)交換，成為衡量一個SCADA系統(tǒng)性能好壞的關鍵因素。
　　在濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機的L1級SCADA系統(tǒng)中，F(xiàn)actorylink的標準開放式總線體系提供了一個全局性實時數(shù)據(jù)庫（RTDB）。它的主要功能就是存儲應用程序數(shù)據(jù)和支持內(nèi)部任務之間的通信。而實時數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)主要來自三個方面：外部設備（比如PLC）、內(nèi)部任務計算得到數(shù)據(jù)、由鍵盤或者圖形屏幕手動輸入的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)被存儲在實時數(shù)據(jù)庫之后，其他任務才可以訪問和維護這些數(shù)據(jù)。因為OPC已經(jīng)被組合到Microsoft Windows DNA三層標準中，這就使FactoryLink 7的實時數(shù)據(jù)庫建立在OPC規(guī)范之上，所有OPC客戶都可以方便的與它實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。
　　FactoryLink 7作為一種實時多任務系統(tǒng)，為了實現(xiàn)這三層之間的數(shù)據(jù)通信，采用了2個任務：OPC Server 任務和OPC Client任務。 通過對這兩個任務的配置就可以完成在過程控制硬件和軟件之間數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息的操作與處理。如圖2所示，即為FactoryLink 7中實時數(shù)據(jù)庫與客戶端畫面和現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)源進行OPC通信的示意圖。

圖2 實時數(shù)據(jù)庫的OPC通信示意圖

　　3 FactoryLink 7中OPC的應用
　　3.1 FactoryLink 7 的OPC Server 任務
　　FactoryLink 7 OPC Server是一種輸出的過程服務，且在它所屬的FactoryLink 7任務空間中運行。這個服務器任務能使FactoryLink 7應用程序通過OPC接口提供數(shù)據(jù)給實時數(shù)據(jù)庫，并經(jīng)過實時數(shù)據(jù)庫提供給其他應用程序使用。濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機L1級SCADA系統(tǒng)采用了C/S分布式系統(tǒng)，所以 FactoryLink 7 OPC服務器任務設計為在網(wǎng)絡環(huán)境中執(zhí)行。而FactoryLink 7應用程序僅作為一個OPC客戶端起作用。因為OPC服務器任務是在后臺操作的，所以對它來說沒有配置要求和用戶接口。需進行以下兩個工作既可：
　　（1）在Server側(cè)，啟動OPC Server，使其工作起來。
　　（2）在Client側(cè)，將數(shù)據(jù)服務器指向OPC Server所在的服務器。
　　3.2 FactoryLink 7 OPC Client任務
　　FactoryLink OPC Client任務可以在一個 FactoryLink 應用程序中用于從第三方的OPC Server中讀/寫數(shù)據(jù)。在配置過程中，需要指明哪個第三方的OPC Server將被配置到該OPC Client任務上，以及在第三方的OPC Server內(nèi)通過指定的數(shù)據(jù)標簽組來鏈接的FactoryLink標簽。在應用程序啟動時，OPC Client任務將啟動第三方的OPC Server，一旦第三方的OPC Server被投入運行，OPC Client任務將接受在配置窗口中定義的每一個組。OPC Client任務然后將從第三方的OPC Server接收OPC數(shù)據(jù)并存儲這些數(shù)據(jù)到合適的FactoryLink 標簽。
　　濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機L1級SCADA系統(tǒng)中采用的第三方的OPC Server為Siemens SIMATIC NET OPC Server，該OPC服務器用于和設備級的Siemens S7-400 PLC進行通信。S7系列PLC與SCADA軟件是通過S7協(xié)議的方式通信的，而FactoryLink 為非Siemens的第三方監(jiān)控軟件，因此需要在FactoryLink服務器中組態(tài)Siemens的虛擬PC站，以便于配置Siemens SIMATIC NET OPC服務器。通過組態(tài)Siemens SIMATIC NET OPC服務器，就可以使Siemens S7-400 PLC中的控制數(shù)據(jù)與OPC Server 中的OPC標簽進行數(shù)據(jù)交互。
　　OPC Explorer是用于配置FactoryLink OPC Client任務的工具，它允許瀏覽在OPC Server中定義的OPC標簽，并可以映射這些標簽為FactoryLink標簽。一旦你已經(jīng)選擇了一個OPC標簽作為映射，那么OPC瀏覽器將允許建立一個FactoryLink 標簽以保持那個OPC標簽項目中的值。
　　在OPC協(xié)議下，標簽被組織在組中。OPC瀏覽器允許你去定義這些組（每一個組必須是唯一的），然后你可以定義FactoryLink標簽建立這個組。最后，使用OPC 瀏覽器去映射合適的OPC標簽到FactoryLink標簽。如圖3所示。一旦這個組被連接了，OPC標簽可以經(jīng)過FactoryLink標簽屬性對話框進行修改。

圖3 FactoryLink中的 OPC Explorer

5 結(jié)束語
　　OPC技術支持分布式應用和異構(gòu)環(huán)境下軟件的無縫連接和軟件的互操作性，使現(xiàn)場控制設備層、自動化層以及組態(tài)軟件層之間的協(xié)同工作成為了可能．并且提供了工業(yè)自動化應用領域的統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸平臺，使異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換更為方便。這樣大大提高了控制系統(tǒng)的互操作性和適應性。
　　濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機的SCADA系統(tǒng)中采用OPC技術進行數(shù)據(jù)交換，不僅保證了系統(tǒng)的快速響應性能，也具有實時性好的特點。自投入運行以來，該系統(tǒng)的各項性能指標均遠高于工藝設備要求。為第三煉鋼廠板坯連鑄機的順利運行創(chuàng)造了良好的條件。