摘要：通過OPC技術(shù)和網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用，敘述了南鋼焦化生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，以及系統(tǒng)完善過程中遇見的問題和解決方法。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；DCS；網(wǎng)關(guān)；OPC

    1 引言

    南鋼煉鐵新廠焦化分別在2004年、2005年完成3#4#5#焦?fàn)t及化產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)，形成年產(chǎn)冶金焦炭170萬噸、焦油7萬噸、粗苯2萬噸、外供煤氣8億立方米的生產(chǎn)能力。

   隨項(xiàng)目同期建設(shè)了焦化生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集“上位管理、基礎(chǔ)操作和基礎(chǔ)控制級(jí)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)于一體的管控一體化系統(tǒng)。上位管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，為廠內(nèi)局域網(wǎng)用戶提供生產(chǎn)報(bào)表及辦公信息共享服務(wù)，生產(chǎn)流程web瀏覽及網(wǎng)站信息服務(wù)。

   2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

   2.1 上位管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)

    上位管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)的總體框架為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一臺(tái)中心路由三層交換機(jī)，下連五臺(tái)可配置管理的二層交換機(jī)組成。另設(shè)服務(wù)器3臺(tái)，分別提供中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)、網(wǎng)站服務(wù)、報(bào)表服務(wù)。設(shè)網(wǎng)關(guān)機(jī)3臺(tái)，它們是數(shù)據(jù)采集處理及傳遞的重要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。
       
                     

                           圖1 上位管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖  

   2.2 基礎(chǔ)控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)（DCS）

   化產(chǎn)DCS系統(tǒng)選用北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司的MACS SmartPro分布式控制系統(tǒng)。基礎(chǔ)控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（SNET）和控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站的通訊連接；控制網(wǎng)絡(luò)存在于各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部，主要用于主控單元和智能I/O單元的通訊連接。
                  
                      

                               圖2 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)  

   兩層網(wǎng)絡(luò)均為冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)鏈路，網(wǎng)絡(luò)中主要的通訊節(jié)點(diǎn)有工程師站、操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站，采用TCP/IP通訊協(xié)議。為上位管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供了方便的開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如圖2所示。

   3 DCS數(shù)據(jù)采集和處理

   數(shù)據(jù)自動(dòng)采集是應(yīng)用OPC技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的原始數(shù)據(jù)采集上來，然后進(jìn)行分析處理后發(fā)送到各個(gè)電子報(bào)表和焦化局域網(wǎng)站以網(wǎng)頁的形式瀏覽的過程。

   OPC技術(shù)是應(yīng)用廣泛的工業(yè)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，它采用客戶/服務(wù)器模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶。MACS SmartPro系統(tǒng)為用戶提供了基于微軟COM/DCOM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的OPC技術(shù)服務(wù)。

   系統(tǒng)OPC服務(wù)使用了Microsoft Windows的對(duì)象連結(jié)和套嵌（OLE）、部件對(duì)象模型（COM）和分布式部件對(duì)象模型（DCOM）通訊機(jī)制，只要遵循上述通訊標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)OPC 服務(wù)器及網(wǎng)關(guān)的DCOM做配置之后，DCS系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)通訊連接就可以正式建立。

   3.1 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集

    該廠網(wǎng)關(guān)通訊核心由中冶焦耐設(shè)計(jì)開發(fā)，與和利時(shí)的DCS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，一臺(tái)網(wǎng)關(guān)機(jī)完成了該廠兩套化產(chǎn)DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集。網(wǎng)關(guān)機(jī)中安裝SmartPro組態(tài)軟件和網(wǎng)關(guān)程序，數(shù)據(jù)采集功能利用SmartPro系統(tǒng)提供的OPC接口服務(wù)，SmartPro系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)源充當(dāng)OPC服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)作為數(shù)據(jù)使用者充當(dāng)OPC客戶端。

    硬件上采用兩塊以太網(wǎng)卡聯(lián)網(wǎng)方案。一塊網(wǎng)卡連入DCS的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，作為DCS系統(tǒng)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與DCS主控連接，并且設(shè)置為DCS系統(tǒng)的單機(jī)，順利采到DCS主控的數(shù)據(jù)；一塊網(wǎng)卡與上位管理網(wǎng)絡(luò)連接，用于網(wǎng)關(guān)程序軟件發(fā)送接收數(shù)據(jù)中心的信息數(shù)據(jù)。

    這種連接方式可以將現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)與上位管理網(wǎng)隔離開來，避免DCS系統(tǒng)受到其他系統(tǒng)的干擾。再者OPC客戶/服務(wù)器任務(wù)由同一臺(tái)電腦（網(wǎng)關(guān)）承擔(dān)，也保證了網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集任務(wù)不受干擾。

   OPC服務(wù)器從DCS中采集數(shù)據(jù)，通過必要的分析計(jì)算后，以消息隊(duì)列形式發(fā)往本地，本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器適時(shí)地從消息隊(duì)列中取得數(shù)據(jù)，并把它傳遞給要取數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)程序處理后發(fā)往中心數(shù)據(jù)庫，其他終端再從中心數(shù)據(jù)庫中調(diào)用數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)流如圖3所示。

   3.2 DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及梳理圖
  
                  
                              
                                圖3 數(shù)據(jù)流程圖

   作為用戶，更大的精力放在數(shù)據(jù)分析及梳理上。化產(chǎn)DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量龐大，各種溫度、流量、壓力、液位等儀表實(shí)時(shí)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)繁多，共有各種操作畫面30余幅、5000多個(gè)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)各用戶關(guān)注數(shù)據(jù)的側(cè)重點(diǎn)不同，我們對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理歸類，一是實(shí)施監(jiān)控的數(shù)據(jù)，即突出工藝重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，二是需要統(tǒng)計(jì)、分析、出報(bào)表的數(shù)據(jù)，如流量等。

   通過分析工藝及不同用戶的需求，我們從眾多的DCS數(shù)據(jù)及流程畫面中分離、綜合出10余幅畫面、600個(gè)工藝關(guān)鍵監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)布到上位管理網(wǎng)絡(luò)，通過焦化網(wǎng)站平臺(tái)實(shí)現(xiàn)web瀏覽，方便了使用。

   中國(guó)人使用報(bào)表的習(xí)慣是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、縱橫數(shù)據(jù)屬性交叉相關(guān)的模式，這給報(bào)表開發(fā)提出了高要求。為此，需要對(duì)化產(chǎn)大部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、綜合，然后反應(yīng)在電子報(bào)表中。

   中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)類型按采集方式分為自動(dòng)采集和人工錄入兩種。一是由網(wǎng)關(guān)采集分析后自動(dòng)發(fā)往數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和由其他系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)，包括平均值、瞬時(shí)值、累積值等；二是實(shí)驗(yàn)室的各種化驗(yàn)數(shù)據(jù)及產(chǎn)量、消耗等離散數(shù)據(jù)，由人工錄入。

   根據(jù)使用區(qū)域不同，分別開發(fā)了生產(chǎn)區(qū)級(jí)報(bào)表和作業(yè)區(qū)級(jí)報(bào)表。生產(chǎn)區(qū)級(jí)報(bào)表具有完全的讀寫權(quán)限，且每個(gè)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)只對(duì)本作業(yè)區(qū)的報(bào)表具有寫權(quán)限，對(duì)于需要人工填寫的部分，由生產(chǎn)作業(yè)區(qū)指派專人負(fù)責(zé)填寫；作業(yè)區(qū)級(jí)報(bào)表只具有讀取權(quán)限，不能填寫或更改報(bào)表內(nèi)容，是作業(yè)區(qū)管理人員及其他需要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的人員用于查看和瀏覽生產(chǎn)數(shù)據(jù)使用的。通過區(qū)級(jí)管理，杜絕了數(shù)據(jù)篡改，確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。

  從2006年以后的幾年中，又有一些技術(shù)改造項(xiàng)目建成，如化產(chǎn)的尾氣回收洗滌、鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)管的優(yōu)化調(diào)節(jié)、水處理的活性炭裝置和廢水事故槽等項(xiàng)目。針對(duì)新需求我們新增了數(shù)據(jù)報(bào)表。

  4 結(jié)束語

   該廠結(jié)合實(shí)際，充分利用DCS系統(tǒng)集成的OPC技術(shù)和開發(fā)的網(wǎng)關(guān)程序，進(jìn)一步提高了DCS數(shù)據(jù)采集的通訊性能，將DCS控制系統(tǒng)與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)緊密地整合起來。圍繞生產(chǎn)需求做出大膽嘗試，走出了一條富有特色的生產(chǎn)管理系統(tǒng)之路。

   李影（1982-）

   女，吉林人，初級(jí)職稱，測(cè)控技術(shù)與儀器本科專業(yè)，現(xiàn)就職于南京南鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司煉鐵新廠焦化車間。左殿杰（1968-）男，山東人，初級(jí)職稱，機(jī)械電子本科專業(yè)，現(xiàn)就職于南京南鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司煉鐵新廠焦化車間。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第二期