鮑 坤 孫學(xué)華

(南京工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 211816)

0 引言

目前，工業(yè)控制中的各種儀器、儀表、地磅系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)等都提供了計算機通信協(xié)議。但是，由于不同的廠商提供的協(xié)議不同，所以與這些設(shè)備和系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)、編寫接口程序比較復(fù)雜。OPC技術(shù)能夠很好地解決這個難題[1]。

某企業(yè)環(huán)氧乙烷衍生精細化工生產(chǎn)采用霍尼韋爾的Experion PKS系統(tǒng)進行控制，其生產(chǎn)產(chǎn)品需要通過儲罐車進行運輸。涉及到運輸則需要使用另一個獨立的系統(tǒng)——裝車臺系統(tǒng)。裝車臺系統(tǒng)主要用來計量并記錄一些裝車信息，例如裝車時間、物料名稱、提料單位、預(yù)發(fā)量、實發(fā)量和累積量等信息，這些信息在發(fā)車時都會被打印出來。

為了確保安全，裝車臺需要遠離控制室，因此在裝車過程中，主控制室是監(jiān)控不到裝車臺系統(tǒng)信息的。但是由于生產(chǎn)監(jiān)控的需要，在監(jiān)控室內(nèi)也需要對裝車臺系統(tǒng)的一些信息進行監(jiān)控，所以就需要建立生產(chǎn)系統(tǒng)與裝車臺系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。

1 設(shè)計思路

實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)與裝車臺系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，首先需要分析了解裝車臺系統(tǒng)。通過與第三方廠家的溝通，了解到裝車臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息存儲在SQL數(shù)據(jù)庫中。因此，可以通過以太網(wǎng)遠程連接數(shù)據(jù)庫并對數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。如果在PKS生產(chǎn)系統(tǒng)中直接編程以遠程讀寫數(shù)據(jù)庫，會給生產(chǎn)系統(tǒng)帶來很大的負擔，這是因為PKS生產(chǎn)系統(tǒng)只支持VB、C等簡單的語言，所以不太方便在PKS生產(chǎn)系統(tǒng)中直接編程并遠程讀寫數(shù)據(jù)庫。

由于PKS控制系統(tǒng)支持先進的第三方接口OPC，通過OPC接口可以對生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行讀寫操作，因此只需開發(fā)一個第三方程序?？赏ㄟ^遠程連接數(shù)據(jù)庫來讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，再通過OPC接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)系統(tǒng)中;也可以通過OPC接口讀取生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)寫到裝車臺數(shù)據(jù)庫中，以此實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和裝車臺系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。

第三方程序采用C#進行開發(fā)，通過ADO.NET遠程連接數(shù)據(jù)庫并進行相應(yīng)的讀寫操作;利用OPC接口實現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行操作。數(shù)據(jù)交互框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)交互圖Fig.1 Schematic of data interaction

在數(shù)據(jù)交互過程中，還需在裝車臺系統(tǒng)中增加裝車起始時的儲罐儲量以及裝車結(jié)束后的儲罐儲量。雖然裝車臺系統(tǒng)中有自己的計量系統(tǒng)，可以計量出實際裝車量，但是卻不能測得儲罐現(xiàn)有的實際儲量;而且在裝車前后計量儲量也可起到一個參考作用。

2 功能實現(xiàn)

2.1 OPC服務(wù)器對象模型OPC

技術(shù)作為控制領(lǐng)域中的第一接口標準，具有舉足輕重的地位，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)自動化主要生產(chǎn)裝置DCS(集散型控制系統(tǒng))中，使得原本復(fù)雜的通信過程變得統(tǒng)一化、標準化。

本系統(tǒng)設(shè)計了基于C#的OPC客戶端，實現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)與裝車臺系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。OPC的接口分為自動化接口(automation interface)和自定義接口(custom interface)[2]，由于程序選用的開發(fā)語言是 C#，所以在此選用自動化接口。

使用C#進行客戶端程序的開發(fā)，就必須了解服務(wù)器對象模型。OPC自動化服務(wù)器對象的組織為層次結(jié)構(gòu)，自動化接口對象的分層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 OPC自動化接口對象的分層結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchic structure of the OPC automation interface objects

OPC服務(wù)器對象不僅包含服務(wù)器的信息，而且它也是組對象(Group)的容器。OPC組對象提供了OPC客戶程序用于組織數(shù)據(jù)的方法，客戶通過組對象進行讀寫操作[3]。當服務(wù)器緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，OPC將向客戶發(fā)出通知，客戶得到通知后進行必要處理，而無需浪費大量時間進行查詢[4]。一般情況下，客戶和服務(wù)器的連接對應(yīng)一個組對象即可。OPC數(shù)據(jù)項(Item)是服務(wù)器端定義的對象，是OPC中最小的數(shù)據(jù)單位。每個組對象中，可以加入多個OPC數(shù)據(jù)項，每個OPC項指向設(shè)備的一個寄存器單元。OPC客戶對設(shè)備寄存器的操作是通過其數(shù)據(jù)項來完成的，通過OPC數(shù)據(jù)項，OPC規(guī)范隱藏了設(shè)備的特殊信息，也使OPC服務(wù)器的通用性大大增強[5]。OPC客戶端是通過OPC組對象進行操作的，OPC項并不提供對外接口，客戶不能直接對其進行操作。每個數(shù)據(jù)項包含3個成員變量：數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)質(zhì)量和時間戳。一個OPC服務(wù)器最多有一個OPC瀏覽器對象，方便客戶程序瀏覽OPC服務(wù)器上的相關(guān)信息。

2.2 裝車臺系統(tǒng)

裝車臺系統(tǒng)提供了一個實時數(shù)據(jù)庫供訪問，在實時數(shù)據(jù)庫中加入了裝車前儲量和裝車后儲量兩個信息，以便將計量得到的儲罐儲量記錄到裝車臺系統(tǒng)中。裝車臺系統(tǒng)中部分數(shù)據(jù)信息表如表1所示。

表1 裝車臺數(shù)據(jù)信息Tab.1 Data information of loading platform

從表1中所示數(shù)據(jù)信息可以得知，可以通過ms_state(裝車狀態(tài))標志位來確定哪個裝車臺正在裝車。

2.3 數(shù)據(jù)交互程序開發(fā)

C#開發(fā)自動化接口具有許多優(yōu)點，如自動初始化COM庫、自動釋放接口指針等，這些都不需要開發(fā)者自己動手操作。采用C#開發(fā)自動化接口，首先要建立一個服務(wù)器對象;接著根據(jù)OPC服務(wù)器的ProgID連接OPC服務(wù)器，實現(xiàn)從客戶端啟動OPC服務(wù)器;然后再按順序添加組、添加項;最后，就可以實現(xiàn)同步或者異步讀寫操作[6]。這些操作都是通過OPCGroup即組對象進行操作的。通信完畢后，客戶端退出時必須斷開與OPC服務(wù)器的連接，釋放接口與內(nèi)存。此處使用OPCdotNETLib.dll動態(tài)鏈接庫[7]。

以上為OPC客戶端訪問服務(wù)器的過程。在實際生產(chǎn)系統(tǒng)中，還需要考慮到裝車臺和罐容計量等因素。實際生產(chǎn)系統(tǒng)中有2個裝車臺，2個裝車臺的數(shù)據(jù)存放在同一個數(shù)據(jù)庫表中，因此在程序設(shè)計過程中需要判斷2個裝車臺的標志位。為確保裝車信息的實時性，不采用循環(huán)輪詢的方式來讀取裝車信息。當2個裝車臺的標志位處于裝車狀態(tài)時，采用并發(fā)的形式對其進行操作。單個裝車臺的程序設(shè)計流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖Fig.3 Flowchart of the program

裝車臺的服務(wù)器名稱為ZCT/SQL，數(shù)據(jù)庫名稱為Zct_Database，裝車信息表的名稱為ms_state。連接裝車臺數(shù)據(jù)庫的部分程序代碼如下。

當裝車標志位為1后，連接控制系統(tǒng)的OPC服務(wù)器，讀寫控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。程序代碼如下。

連接完OPC服務(wù)器并讀取到相關(guān)數(shù)據(jù)后，先要計量儲罐儲量，儲罐儲量的計量由一個函數(shù)完成，通過直接調(diào)用函數(shù)完成即可。將儲量結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，讀取數(shù)據(jù)庫，更新OPC項，判斷裝車標志位。如果標志為1，裝車進行中，則繼續(xù)更新數(shù)據(jù);否則裝車結(jié)束。再次調(diào)用儲量計量函數(shù)，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。最后斷開OPC服務(wù)器連接，程序跳轉(zhuǎn)至開頭，繼續(xù)循環(huán)。至此即實現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)與裝車臺系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互功能。

3 結(jié)束語

本文主要闡述了如何實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)與裝車臺系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互功能。由于PKS系統(tǒng)提供了OPC接口，裝車臺系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)庫，因此利用C#開發(fā)第三方程序，通過OPC接口與生產(chǎn)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，通過ADO.NET與裝車臺數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，最終實現(xiàn)了兩個生產(chǎn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。

[1]陳曦，李鵬.OPC服務(wù)器在SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].機械設(shè)計與制造，2010(11)：59 －61.

[2]李梁.基于OPC技術(shù)的自動化軟件的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2000.

[3]王燕，王健.OPC接口技術(shù)在DCS數(shù)據(jù)交換中的應(yīng)用[J].微計算機信息，2010，26(11)：48 －50.

[4]梅曉東，顏燁青.Visual C#網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)與實踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[5]羅剛.基于OPC技術(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2005.

[6]王艷艷.大型石化企業(yè)OPC技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.

[7]穆群英.動態(tài)連接庫(DLL)及其應(yīng)用[J].石油儀器，2001(3)：49－51.