OPC技术在DCS数据采集中的应用

OPC技术在DCS数据采集中的应用

主题九：信息集成技术研究及应用

OPC技术在DCS数据采集系统中的应用

何杨欢

（中国石化长岭分公司计算机应用研究所，湖南省岳阳市 414012）

摘 要：本文介绍了OPC技术在数据采集系统中的应用。结合实际叙述了中国石化长岭分公司DCS数据采集系统及其软、硬件结构和功能特点，重点论述了OPC数据通讯技术和应用。

关键词： OPC DDE

O 引言

OPC全称是OLE for Process Control，是过程控制业中的新兴标准。OPC新技术标准的出现为数据采集接口和现场过程控制DCS系统应用建立了桥梁。在过去，为了实现不同生产装置的DCS系统和数据采集接口之间的数据通信，必须要花费很多时间去开发专用的通信接口程序。在这种情况下，OPC标准应运而生。OPC 以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序级的通信标准，采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。

1 OPC数据通讯技术

1．1 OPC客户端与OPC服务器

OPC技术的实现包括OPC服务器部分及OPC客户应用部分，其应用模式如图1所示。OPC服务器收集现场设备数据信息，OPC客户端通过OPC标准接口获取OPC服务器的各种信息。符合OPC标准的客户端可以访问来自任何生产厂商的OPC服务器。

图1 OPC客户端与OPC服务器连接图

1．2 OPC服务器数据访问接口

OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的。OPC服务器支持两种类型的访问接口：自动化接口（Automation interface）；自定义接口（Custom interface）。自动化接口是为基于脚本编程语言而定义的标准接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等编程语言开发OPC服务器的客户应用。而自定义接口

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是专门为C++等高级编程语言而制定的标准接口。

1．3 OPC数据通讯技术的优点

OPC所具有的灵活性和机动性使硬件设备驱动器的开发变得单一化，同时用户可以选用不同的商业软件包，使得系统构成的成本大为降低。

1．4 OPC与DDE的比较

DDE(Dynamic Data Exchange，动态数据交换)是最早的基于Windows的数据交换方法，是进程间通讯（InterProcess Communication,IPC）。由于DDE是基于Windows信息(Message)传递而建立的技术，所以DDE技术存在以下问题：

l 数据的传送速度较慢

l 开发困难

l 可靠性也难以令人满意

基于先进的COM技术的OPC技术将逐渐取代DDE的位置。OPC技术和过去的DDE技术相比，在以下方面显示出它的优越性：

l 高速的数据传送性能

l 开发成本的降低

l 实现具有高可靠性的系统

图2是在相同PC机上分别利用OPC和DDE进行数据传送性能的实验结果。从这里可以看出OPC具有高速的数据传送性能（通常可以>10000点/秒），因而OPC非常适合于在很短的更新速率内采集大量的动态过程变量的应用场合。

图2 利用OPC和DDE的数据传送速度性能比较

2 中国石化长岭分公司DCS数据采集系统

2．1 中国石化长岭分公司DCS数据采集接口

中国石化长岭分公司的DCS数据采集接口中，自行设计开发的接口见表1。

表1 长岭分公司DCS装置类型与通讯方式

序号

1

2

3

4 装置 硫酸、脱硫 1＃联合 大聚丙烯 连续重整 DCS类型 ABB FreeLance2000 HoneyWell GUS HoneyWell UxS HoneyWell GUS 通讯方式 OPC NETDDE TPSDDE NETDDE

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2．2数据采集系统软、硬件结构

系统每一个数据采集节点的硬件为一台数据采集接口机（PC机），采用双网卡联网方案：一块网卡与现场DCS内部局域网连接，另一块网卡与PI服务器连接。这种联网方式能将现场DCS工作站与PI实时数据库系统隔离开来，防止操作站受到其它系统的干扰和破坏。

系统每一个数据采集节点的软件是指在数据采集接口机上运行的32位专用接口软件。专用接口软件通常是购买的标准接口软件，或者是开发的专用接口软件。

2．3数据采集系统的功能、特点

接口软件需要实现的功能是采集现场数据，并实时地保存到PI实时数据库中。接口软件最大的特点是要求能够长周期正常稳定地运行，接口软件应具有很强的错误处理能力。 3 OPC技术在数据采集系统中的应用

3．1 应用OPC技术对原有DCS数据采集系统进行改造和开发

中国石化长岭分公司DCS数据采集系统最初采用DDE的数据通讯技术。数据通讯的速率仅为5个点/秒，当采集的数据量较大时（>1000点），就难以保证通讯的速率和数据传输质量。而且针对不同的DCS类型开发的专用接口软件的维护的工作量也很大。

在DCS数据采集系统的改造和开发中通过应用OPC技术统一了不同的DCS系统的数据的访问方式，减少了开发和维护的工作量。通过开发COM/DCOM组件的标准数据访问接口，保证了DCS数据采集接口的稳定性。通过应用IO数据缓存，实现了网络故障时的数据存储和网络恢复时的数据转发功能，确保了数据的完整性。

为了使接口软件功能模块化、标准化，以便于开发和维护，我们重新设计了接口软件的结构。应用OPC技术开发的DCS数据采集系统的系统功能体系结构见图3。

图3 DCS数据采集系统功能体系结构

IO DRIVER FOR DEVICE模块为一个单独的进程IODriver.exe，用于DCS数据采集；OPC DATA ACCESS SERVICE模块也为一个单独的进程OPCServer.exe，用于提供标准的

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OPC数据访问接口；PI-OPC为开发的PI的OPC客户端程序。

具体的开发包括PI的OPC客户端接口软件的开发和封装OPCServer的开发。开发工具采用Visual C++6.0，系统平台为Windows2000。由于COM过于庞大，开发难度高，为了提高开发效率，我们采用北京华富惠通技术有限公司的CONTROX-工具包进行OPC 数据访问服务器的开发。

3．2 PI的OPC客户端接口软件的应用

在实际应用中，脱硫、硫酸装置采用的DCS是ABB FreeLance2000，DCS系统提供了OPCServer软件包。因此，我们可以直接使用PI-OPC客户端接口软件访问DCS的数据。需要注意的是PI-OPC客户端接口软件的运行环境还需要在系统里注册OPC基金会发布的四个动态链接库：opccomn_ps.dll，opcproxy.dll，opc_aeps.dll，opchda_ps.dll。而且必须进行DCOM配置才能正常通讯。图4为实际投运的脱硫装置数据趋势图。

图4 长岭分公司脱硫装置机房温度趋势图

3．3 封装的OPCServer和PI-OPC客户端的应用

在实际应用中，1＃联合、连续重整和大聚丙烯装置的DCS采用的都是HoneyWell GUS，系统提供DDE服务器。由于DCS系统没有加载OPCServer软件包，我们对DDE通讯进行OPCServer的封装，然后再通过PI-OPC客户端接口软件进行数据通讯。图5为采用OPC技术之后DCS装置的数据趋势图。图6为采用OPC技术之前DCS装置的数据趋势图。通过对比，可以看出采用OPC技术之后DCS数据采集的频率和通讯质量都得到了提高。

图5 应用OPC技术后的长岭分公司1＃联合、连续重 …… 此处隐藏：2036字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……