李志梅，陳志峰，朱錦榮，姚漢生

（1.廣東省自動化研究所，廣東廣州 510070；2.廣州自來水公司，廣東廣州 510600）

0 引言

隨著現(xiàn)代化控制技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)不再滿足于單個控制系統(tǒng)或者信息系統(tǒng)，工控系統(tǒng)逐漸向系統(tǒng)集成的方向發(fā)展。系統(tǒng)集成（SI，System Integration），就是通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各個分離的設(shè)備、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使資源達到充分共享，實現(xiàn)集中、高效、便利的管理。因此，系統(tǒng)集成可以說是控制網(wǎng)與信息網(wǎng)的集成，實現(xiàn)網(wǎng)際間信息與資源的共享。實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的緊密集成，為企業(yè)的優(yōu)化控制、調(diào)度決策提供依據(jù)，是建立企業(yè)綜合實時信息庫的基礎(chǔ)。通過控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以建立統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)庫，保證所有數(shù)據(jù)的完整性和互操作性；現(xiàn)場設(shè)備與信息網(wǎng)絡(luò)實時通信，使用戶通過信息網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)準(zhǔn)的圖形界面隨時隨地了解生產(chǎn)情況；信息網(wǎng)絡(luò)之間的實時通信，使子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享成為可能，控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的緊密集成也便于實現(xiàn)遠程監(jiān)控、診斷和維護功能。然而，在工控系統(tǒng)中，單個系統(tǒng)的運行效果無可挑剔，如何實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)的無縫連接，避免出現(xiàn)“信息孤島”，實現(xiàn)信息的橫向通信連接和縱向數(shù)據(jù)連接順暢，使信息資源充分發(fā)揮信息在低層控制和高層管理決策中的主導(dǎo)作用，成為人們的普遍關(guān)注的話題。隨著OPC 技術(shù)規(guī)范的提出，實現(xiàn)了信息的無縫通信和共享，在一定程度上解決了“信息孤島”信息通信問題，使系統(tǒng)集成的問題有了初步的解決。

OPC 是OPC 基金會制定的一套以微軟COM/DCOM[1]技術(shù)為基礎(chǔ)的過程控制軟件的互操作性規(guī)范。它是一種開放的標(biāo)準(zhǔn)，最終用戶可自由選擇能滿足所需的硬件和軟件，軟件組件封裝了對設(shè)備復(fù)雜的數(shù)據(jù)訪問。OPC 的出現(xiàn)給過程控制系統(tǒng)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)通信建立了一個接口標(biāo)準(zhǔn)，它能夠通過基于PC 的軟件組件將產(chǎn)品的物理I/O網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議與現(xiàn)場控制設(shè)備相連，將現(xiàn)場測控設(shè)備獲取實時的數(shù)據(jù)通過接口與信息網(wǎng)絡(luò)建立連接，進行信息數(shù)據(jù)的交換?；饡呀?jīng)陸續(xù)公布的標(biāo)準(zhǔn)有：OPC DA （數(shù)據(jù)訪問），OPC HAD（歷史數(shù)據(jù)訪問），OPC A&E （報警與事件），OPC Batch（批處理），OPC Security（安全），OPC Data exchange（數(shù)據(jù)交換）。這些OPC標(biāo)準(zhǔn)是在Windows 平臺上運行的客戶機和服務(wù)器之間交換數(shù)據(jù)，以及這些服務(wù)器與各種數(shù)據(jù)源（現(xiàn)場儀表、器件、數(shù)據(jù)庫等）之間交換數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1 傳統(tǒng)的OPC解決方案

以水行業(yè)的引水系統(tǒng)為例，作為原水系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)設(shè)置了相對集中的運行調(diào)度控制中心，接受供水調(diào)度中心的宏觀調(diào)度命令，并全面負責(zé)整個工程范圍內(nèi)從取水、輸水、配水到受水的全過程輸配水生產(chǎn)調(diào)度及安全生產(chǎn)各措施，以滿足原水供應(yīng)需求。系統(tǒng)一般包括泵站設(shè)備自動化監(jiān)控系統(tǒng)（取水、配水）、原水管壓力監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測與水質(zhì)安全預(yù)警系統(tǒng)等子系統(tǒng)。由于各個子系統(tǒng)都應(yīng)用了大量測量、監(jiān)視或控制功能的數(shù)字智能儀表，這些儀表往往各自為政，自成一套系統(tǒng)，而且在地域上也比較分散。如何實現(xiàn)這些儀表的集中監(jiān)視與控制，以及生產(chǎn)監(jiān)控與企業(yè)管理之間順暢有序的溝通和傳遞，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化，是在系統(tǒng)實施過程中需要首先解決的問題。鑒于上述問題，提出了基于OPC的解決方案。

在引水系統(tǒng)中，存在生產(chǎn)監(jiān)控和企業(yè)管理之間的信息溝通和數(shù)據(jù)傳遞的問題。采用傳統(tǒng)的OPC方式連接部分系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的OPC連接方式

如圖1 所示，傳統(tǒng)的OPC 連接方式，每個數(shù)據(jù)讀取點都要建立一個連接，當(dāng)連接逐漸增多時，會造成連接過多以及訪問沖突等問題。尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)源和客戶端可能位于不同的網(wǎng)段，甚至位于不同的局域網(wǎng)內(nèi)。每個連接都要針對不同的通信協(xié)議開發(fā)相應(yīng)的連接，增加了許多重復(fù)性的工作，消耗了大量人力物力。同時，在瀏覽數(shù)據(jù)時，對于OPC 規(guī)約來說，只要建立了正確的通信連接，就可以瀏覽OPC Server 上所有的Item，而這一點不利于數(shù)據(jù)的安全管理。

2 基于OPC DX連接的解決方案

針對以上問題，本文提出了基于OPC DX 連接的解決方案。

OPC 數(shù)據(jù)交換規(guī)范（OPC DX）于2003 年3 月5日發(fā)布，主要用于解決OPC 數(shù)據(jù)訪問規(guī)范中的OPC 服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸問題。OPC DX 是相對于OPC DA 的客戶端—服務(wù)器通信模式而推出的服務(wù)器—服務(wù)器模式，提供了在以太網(wǎng)上服務(wù)器到服務(wù)器可互操作的數(shù)據(jù)通信方法，使不同系統(tǒng)之間可用相同的標(biāo)準(zhǔn)實時交換數(shù)據(jù)，其實質(zhì)就是基于高速以太網(wǎng)的軟件網(wǎng)關(guān)技術(shù)。由于不需要數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送這樣的中間環(huán)節(jié)，所以不必擔(dān)心不同協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問題，這樣一個OPC 服務(wù)器就能直接與另一個OPC 服務(wù)器相連，使駐留在不同體系的現(xiàn)場總線控制器上的OPC 服務(wù)器之間數(shù)據(jù)可以直接交換。OPC DX標(biāo)準(zhǔn)向需要跨網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)的用戶提供了系統(tǒng)的互操作性，隱藏了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的細節(jié)[3]。本系統(tǒng)采用KEPServer Ex V4.0作為實施軟件，采用DX組件建立連接。

KEP Server EX 是行業(yè)內(nèi)最好的OPC Server 之一。它采用了業(yè)界領(lǐng)先的驅(qū)動程序插件式結(jié)構(gòu)，在1個服務(wù)器中嵌入100多種通信協(xié)議。它不僅支持主流的設(shè)備型號，還能通過下載新的驅(qū)動程序插件進行擴展[4]。

分析傳統(tǒng)OPC 的連接方式，結(jié)合基于OPC DX的連接規(guī)范，設(shè)計如圖2所示的連接方式。

由于取水、配水泵站位于不同的網(wǎng)段，而各個配水站和調(diào)度中心又位于不同的網(wǎng)絡(luò)，為了解決不同網(wǎng)段和不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，由數(shù)據(jù)接口采用OPC DX 方式將數(shù)據(jù)連接起來。

OPC DX 是OPC 服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)連接，提供數(shù)據(jù)的一端為源數(shù)據(jù)端，接收數(shù)據(jù)的一端為目標(biāo)端。鑒于數(shù)據(jù)安全需要，OPC DX的目標(biāo)端建立兩種方式。

（1）以本地的OPC 作為數(shù)據(jù)目標(biāo)端，連接各個目標(biāo)端都需要的數(shù)據(jù)，見圖3。

圖3 DX本地目標(biāo)Server連接方式

（2）對于每個目標(biāo)端所需要的不同的數(shù)據(jù)，直接以目標(biāo)端做為數(shù)據(jù)目標(biāo)端，建立連接，見圖4。

圖4 DX遠程目標(biāo)Server連接方式

在DX連接時，DX Source 和DX Target都有三種連接方式：Local Machine、Remote Machine 和Custom Remote Machine。Local Machine 可以瀏覽本地的OPC Server ；Remote Machine 可以瀏覽同一網(wǎng)段的遠程的OPC Server；Custom Remote Machine可由用戶自己定義數(shù)據(jù)源，連接到本地、遠程的數(shù)據(jù)源。

在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)接口和配水泵站監(jiān)控系統(tǒng)在同一網(wǎng)段，與管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在統(tǒng)一局域網(wǎng)內(nèi)但在不同網(wǎng)段。而取水泵站監(jiān)控系統(tǒng)和配水泵站監(jiān)控系統(tǒng)以及各水站和公司調(diào)度在不同的局域網(wǎng)內(nèi)。各水站和公司調(diào)度室有公共的數(shù)據(jù)需求以及各自特殊的需求。

為了滿足以上數(shù)據(jù)要求，如圖5所示的DX連接環(huán)境，本系統(tǒng)做以下DX的配置：

（1）DX Source連接：配水泵站監(jiān)控系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)源時，直接在Remote Machine 里面瀏覽添加，這樣可以直接找到節(jié)點和應(yīng)用程序，避免造成連接錯誤。管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)和取水泵站監(jiān)控系統(tǒng)以及水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的連接則進行Custom Remote Machine。在Custom Remote Machine目錄中，通過IP 或者計算機名查找節(jié)點對應(yīng)的應(yīng)用程序來添加數(shù)據(jù)源，瀏覽數(shù)據(jù)源提供的數(shù)據(jù)。

圖5 DX 連接環(huán)境

（2）DX Target連接：對于各水站和公司調(diào)度室各自特殊的數(shù)據(jù)需求部分，分別以各自的節(jié)點作為DX Target。首先各水站和公司調(diào)度室建立需要的數(shù)據(jù)點，然后在DX Target 的Custom Remote Machine 目錄中，通過IP 或者計算機名查找節(jié)點對應(yīng)的應(yīng)用程序來添加DX Target數(shù)據(jù)源。通過拖拉方式建立這部分Item 的DX 連接。對于各水站和公司調(diào)度室公用數(shù)據(jù)需求部分，首先在本地OPC Server 以內(nèi)存數(shù)據(jù)的形式建立此部分?jǐn)?shù)據(jù)，以本地OPC Server 作為DX Target連接。從而這部分?jǐn)?shù)據(jù)連接是從源數(shù)據(jù)端與本地內(nèi)存數(shù)據(jù)建立的連接。然后，本地OPC 作為OPC Server，各配水站和公司調(diào)度室作為OPC Client 進行數(shù)據(jù)連接。這樣公用數(shù)據(jù)部分由數(shù)據(jù)接口的OPC 統(tǒng)一發(fā)布到各水站和公司調(diào)度端。

建立以上連接之后，在水站或者公司調(diào)度讀取數(shù)據(jù)時，本地的OPC Server 可以直接提供特殊需求的數(shù)據(jù)。以O(shè)PC Client 的方式可以讀取數(shù)據(jù)接口OPC Server提供的公共需求的數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用

基于OPC DX 技術(shù)規(guī)范的數(shù)據(jù)連接方式應(yīng)用于西江引水工程。西江引水項目工程系統(tǒng)設(shè)置泵站設(shè)備自動化監(jiān)控系統(tǒng)、原水管壓力監(jiān)測、爆漏泄漏檢測系統(tǒng)、管網(wǎng)動態(tài)水力模型分析及仿真系統(tǒng)、管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）、決策支持與專家調(diào)度系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測與水質(zhì)安全預(yù)警系統(tǒng)、WEB 發(fā)布等子系統(tǒng)。西江引水工程是一個多系統(tǒng)集成的工程，既有控制網(wǎng)和信息網(wǎng)直接的集成，也有信息網(wǎng)之間的通信需求。采用基于OPC DX 的連接，只要用于解決如何實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)視與控制，生產(chǎn)監(jiān)控與企業(yè)管理之間順暢有序的溝通和傳遞，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化的問題。

4 結(jié)論

在西江引水工程系統(tǒng)建設(shè)過程中，各子系統(tǒng)之間的通信采用OPC DX 連接方式，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了開發(fā)工作量。實現(xiàn)了工程中各子系統(tǒng)之間橫向數(shù)據(jù)通信和縱向數(shù)據(jù)通信的無縫連接。而且根據(jù)不同的數(shù)據(jù)需求，采用不同的連接方式，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運行。在西江引水工程一年多的運行過程中，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)連接穩(wěn)定，為整個工程的安全、可靠、穩(wěn)定運行提供了數(shù)據(jù)平臺，更為數(shù)據(jù)庫的完整性提供了很好的數(shù)據(jù)支持，得到了客戶的認(rèn)可。

［1］Blanco P M P A，Poli M A，Bar retto M R P.OPC and CORBA in manufacturing execution systems ［A］.Emerging Technologies and Factory Automat ion，2003.Proceedings.TFA.03.IEEE Conference ［C］.2003.50-57.

［2］唐春蘭，王波.OPC-DX 技術(shù)在智能樓宇集成管理系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.內(nèi)江科技，2009（10）：11-13.

［3］李善宣，李建兵.基于OPC DX 的多總線控制系統(tǒng)集成［J］.石油化工自動化，2006（02）：57-60.

［4］寧鷗，陽世榮，夏偉，等.OPC 技術(shù)在艦船綜合平臺管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.中國艦船研究，2011，6（4）：75-82.