一种基于OPC监控组态技术的现场总线控制系统

80２００６年第２期自动控制Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ１ 引言现场总线控制网络是针对工业控制过程要求较高的实时性、可靠性、数据完整性和可用性等特点设计的。

完整的工业企业控制网络一般包含处理企业管理与决策信息的信息网络和处理企业现场实时测控信息的控制网络两部分。

控制网络主要位于企业中下层，处理实时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。

下面介绍一种基于ＯＰＣ监控组态技术的现场总线控制系统。

２ 系统结构系统网络结构如图１所示，系统具有三层结构：现场控制层、过程监控层和信息管理层（虚框中的设备实验平台可根据具体完整的工业网络系统增减）。

本系统底层控制器有Ｓｉｅｍｅｎｓ的Ｓ７－３００ＰＬＣ、ＡＢ的ＳＬＣ５００的Ｌ５５１　ＰＬＣ、ＧＥ的Ｓｅ－ｒｉｅｓ９０－３０的ＰＬＣ、ＨｏｌｌｅｙＷｅｌｌ的ＵＭＣ８００控制器、一套Ｌｏｎｗｏｒｋｓ总线系统以及一套ＲＳ４８５协议的小型控制系统这个六个部分组成。

２．１　现场控制层的功能工业控制的最底层是现场智能设备层。

依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、Ａ／Ｄ转换、数字滤波、温度压力补偿、ＰＩＤ控制以及阀位补偿等各种功能。

智能转换器对传统检测仪表电流电压信号进行数字转换和补偿。

现场设备是以网络节点的形式挂接在现场总线网络上，为保证节点之间实时、可靠的数据传输，现场总线控制网络必须采用合理的拓扑结构。

现场设备层的关键技术：现场设备必须采用统一的协议标准，实现标准化，并达到不同厂家产品的完全互操作。

标准化的现场设备应具备以下特点。

①全数字双向通信。

②实施标准的功能块功能。

③多变量传输，包括状态信息和诊断信息等。

④集成自诊断、报警和趋势分析等先进功能。

⑤安全并便于现场安装。

为实现现场设备的标准化需要制定统一的协议标准和制造标准。

由于当前存在多种现场总线协议标准，需要在采用不同网络协议的现场总线之间加入协议转换器（网关），识别并解释不同格式的数据包，并在不同的一种基于ＯＰＣ监控组态技术的现场总线控制系统蒋建明 李正明（１．江苏工业学院 江苏常州 ２１３０１６　２．江苏大学 江苏镇江 ２１２０１３）ＯＰＣ应用客户机ＯＰＣ应用客户机ＯＰＣ应用客户机厂级数据库ＥｔｈｅｒｎｅｔＥｔｈｅｒｎｅｔＣＥ ９０－３０ＡＢ　ＳＬＣ５００ＳＩＲＭＥＮＳ　Ｓ７－３００Ｅｃｈｅｌｏｎ　ｉＬｏｎＬｏｎｗｏｒｋｓＰｒｏＤｅｖｉＭＰｒｏＤｅｖｉＭＲＳ－４８５ＤＣＳＨｏｌｌｅｙＷｅｌｌＵＭＣ８００ＤＣＳＨｏｌｌｅｙＷｅｌｌＵＭＣ８００ＷｉｎＣＣＫｉｎｇＶｉｅｗｉＦｉｘｉＦｉｘＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ自动控制对象图１ 系统网络结构图信息管理层信息网监控操作层过程监控网控制层现场控制网现场设备81２００６年第２期自动控制Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ网络之间转发。

２．２ 监控操作层的功能监控操作层是基于ＳＣＡＤＡ（ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）的现场总线监控层。

这一层从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，另外还包括控制组态的设计和下装。

监控层的功能一般由上位计算机完成，它通过扩展槽中网络接口板与现场总线相连，协调网络节点之间的数据通信，充当ＬＡＳ的角色；或者通过工业以太网卡接口同支持以太网的控制器连接，这种方式使系统配置更加灵活。

对于前一种，这一层处于以太网和现场总线网络之间，是以太网与底层现场设备网络之间的接口，主要负责现场总线协议与以太网协议的转换，保证数据包的正确解释和传输以及过程数据的标准化，为上层的信息层提供标准的数据源；对于后一种，现场总线协议与以太网协议转换是在控制站种完成的，监控层主要完成过程数据的标准化，为上层的信息层提供标准的数据源。

监控层除上述功能之外，还为实现先进控制和过程操作优化提供支撑环境。

２．３ 管理信息层的功能信息管理层是基于Ｅｔｈｅｒｎｅｔ技术的Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络，其主要目的是建立综合实时信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据，并在分布式网络环境下，构建一个安全的远程监控系统。

３ 系统控制网络与信息网络 的数据通讯网络结构的监控操作层是基于ＰＣ的装有通用监控软件（如ＫｉｎｇＶｉｅｗ、ＷｉｎＣＣ、Ｉｎｔｏｕｃｈ和ｉＦｉｘ等）操作站组成的，主要完成监控和数据采集功能。

现在大部分通用监控组态软件的结构都能具有全面的开放性，都提供与其它Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序的开放集成（如ＯＤＢＣ／ＳＱＬ，ＡｃｔｉｖｅＸ，ＯＬＥ，ＤＤＥ，ＯＰＣ等）的标准接口。

其中ＯＰＣ技术在通用监控组态软件中的应用，是监控软件为自动化系统部件集成提供的新的通信标准。

３．１ ＯＰＣ数据交换技术开发ＯＰＣ的目的是建立基于Ｗｉｎ－ｄｏｗｓ的ＯＬＥ（对象链接和嵌入），ＣＯＭ（部件对象模型），ＤＣＯＭ（分布式部件对象模型）技术，并创建一种开放式接口，它以标准化的接口在办公室和生产部门之间传送数据。

ＯＰＣ的意图是成为从工业和办公室部门来的应用程序与自动化世界（自动化系统，现场设备等）之间的纽带。

ＯＰＣ给自动化系统部件提供了“即插即用”的功能。

同样也解决了限制部件间的连接的难题，实践证明ＯＰＣ标准化的接口能显著节省昂贵的、用于人力和时间的投资。

现在一般的通用监控组态软件既能作为ＯＰＣ客户机也能作为ＯＰＣ服务器。

作为ＯＰＣ客户机，它们可以访问任何ＯＰＣ服务器。

如应用监控组态软件作为ＯＰＣ服务器，它能用于其他ＯＰＣ客户机以进一步处理监控软件的过程数据。

由于监控组态软件能同时实现ＯＰＣ服务器和ＯＰＣ客户机的功能，这个功能具有一个很有用的应用是级联监控操作站，在几台装有相同或不同的监控软件操作站之间可使用ＯＰＣ方式进行互联或和上一级监控操作站交换数据。

通过集成的ＯＰＣ服务器，监ＷｉｎＣＣＯＰＣ客户机ＯＰＣ服务器驱动器ＯＰＣ客户机ＯＰＣ服务器驱动器ＯＰＣ客户机ＯＰＣ服务器驱动器ＯＰＣ客户机ＯＰＣ服务器驱动器ＫｉｎｇＶｉｅｗｉＦｉｘＩｎｔｏｕｃｈＷｉｎＣＣＫｉｎｇＶｉｅｗｉＦｉｘＩｎｔｏｕｃｈＯＰＣ客户机ＯＰＣ客户机ＶＢ、ＶＣＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ图２ 监控软件通过ＯＰＣ方式级联图82２００６年第２期自动控制Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ控组态软件将所有的过程数据能应用于其他应用程序（ＯＰＣ客户机）。

反之，监控组态软件可经过ＯＰＣ通道ＤＬＬ（包括基本软件包）接收来自其它ＯＰＣ服务器的数据。

应用ＯＰＣ实现不同监控软件服务器或相同监控软件之间的通信也是没有问题的，这样就有可能构成级联的系统结构。

如图２所示，对各个ＯＰＣ远程服务器端的分布式ＣＯＭ设置好之后，监控组态软件ＷｉｎＣＣ、ＫｉｎｇＶｉｅｗ、ｉＦｉｘ、Ｉｎｔｏｕｃｈ之间就可以用ＯＰＣ方式进行过程数据的交换，以及自行用ＶＢ或ＶＣ开发ＯＰＣ客户端。

另外需要说明的是，对于ＫｉｎｇＶｉｅｗ和ＷｉｎＣＣ，这两种组态本身就带有ＯＰＣ服务器和客户机功能，不需要另加其它的组件。

而对ｉＦｉｘ和Ｉｎｔｏｕｃｈ软件，有如下说明。

ｉＦｉｘ监控组态软件使用ＯＰＣ，ｉＦｉｘ工作台能与任何本地ＯＰＣ服务器直接通讯。

通过使用数据服务器安装程序，能给ｉＦｉｘ节点添加一个本地ＯＰＣ服务器。

这个应用存放在Ｄｙｎａｍｉｃｓ目录下，从有效的ｉＦｉｘ数据服务器列表中添加、修改和删除ＯＰＣ服务器。

但工作台不能直接与远程ＯＰＣ服务器通讯。

如果与需要一个远程的ＯＰＣ服务器通讯，需使用ＯＰＣ客户端驱动程序。

该驱动器与任何本地或远程服务器通信，且把信息储存在过程数据库中。

当ＯＰＣ客户端驱动程序与一个远程ＯＰＣ服务器通讯时，它将使用　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的分布式组件对象模型（ＤＣＯＭ）来建立连接，ｉＦｉｘ工作台不支持使用ＤＣＯＭ直接与一个远程ＯＰＣ服务器相连。

通过从Ｉ／Ｏ驱动程序和ＯＰＣ服务器ＣＤ光盘的安装，能获取ＯＰＣ客户端驱动程序。

４ 结束语现场总线技术使单个分散的现场设备通过现场总线连接成可以相互通信、共同完成控制任务的网络系统和控制系统，形成控制功能彻底下放到现场的全分布式网络集成式新型控制系统。

现场总线这一产生于２０世纪８０年代末的工业数字通信技术，已成为跨世纪的自动化控制技术。

EM通讯卡１中调系统变电站ＣＯＭ１（ＲＳ２３２转光纤）厦门ＡＢＢ供货ＰｏｗｅｒＶｉｅｗ系统ＲＥＦ５４２＋ＲＳ４８５ＣＯＭ７ＣＯＭ８ＣＯＭ９ＣＯＭ１０　ＨＡ１ ＨＡ２ ＨＡ３ ＨＡ４ ＨＡ６ ＨＡ７ ＨＡ８ ＨＡ９ ＨＡ１０ ＨＡ１１ ＨＡ１２１图　４情况下，亦可作为一个具备基本监控功能的小系统独立使用。

　ＰｏｗｅｒＶｉｅｗ开关柜管理系统目前已在数个工程项目中投入使用，因其方便、简单、针对性强而深受用户、特别是现场操作维护人员的欢迎。

如图４所示为ＰｏｗｅｒＶｉｅｗ在厦门林德气体项目中的拓扑图，此工程中ＰｏｗｅｒＶｉｅｗ向上与电业局中调系统连接（中调系统仅起监视功能），向下与ＡＢＢ　ＺＳ１开关柜连接，形成开关柜、ＰｏｗｅｒＶｉｅｗ和中调构成的三级系统。

ＰｏｗｅｒＶｉｅｗ开关柜管理系统的开发和应用，将大大提高开关柜系统的整体性能，提高对设备的管理能力，降低运作成本，为广大用户带来物超所值的切身利益，并进一步推动开关柜在系统应用技术上的变革和创新。

EM（上接第７９页）。