OPC技術在板坯連鑄機SCADA系統中的應用

1 引言
　　當今的工業自動化系統正向分布化、智能化的實時控制方向發展，通信已成為其中關鍵的一個方面。控制系統的信息化使得用戶對統一的通信協議和網絡的要求日益迫切。同時，隨著Internet等信息技術的飛速發展，要求企業從現場控制層到管理層能實現全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎構架。當現場智能設備將現場信息通過工業以太網傳至監控計算機后，存在著信息共享與交互的問題，這種信息網絡存在協議上的鴻溝就會導致出現“自動化孤島”。而OPC技術的出現則解決了控制系統突破“信息孤島”的瓶頸問題。
　　OPC（用于過程控制對象的鏈接和嵌入）是工業自動化過程中數據交換的微軟架構體系標準。OPC以OLE/COM/DCOM機制為通信標準，OPC采用打的客戶機/服務器體系結構，是目前工業控制軟件中廣泛采用的一項技術。OPC服務器程序的主要功能是收集現場設備數據信息，并通過標準OPC接口傳送給OPC客戶端。
　　符合OPC標準的客戶端程序可以訪問來自任何生產廠商所提供的符合OPC標準的服務器程序，正是這種開放性與通用性，使OPC在自動化控制系統中得到了很大的應用。隨著支持OPC的監控組態軟件和硬件設備的普及，使用OPC進行數據采集成為SCADA系統中更合理的選擇。濟鋼第三煉鋼廠2002年從VAI引進的板坯連鑄機的L1級SCADA軟件FactoryLink 7中就應用了OPC技術實現數據的通信傳輸。
2 OPC在FactoryLink 7中的網絡與程序
　　2.1 SCADA軟件 FactoryLink 7的網絡結構
　　FactoryLink 7是一種建立在微軟操作系統上的專用的SCADA(監控與數據采集)產品，他建立在微軟分布式Internet標準結構（DNA）上。FactoryLink 7環境是一種基于Microsoft 的DNA標準的Client/Server系統，為一種多層次Client/Server系統。它是一個兩層系統：用戶界面在第一層（客戶端），而事件過程和數據存儲器在另一層（服務器）。如圖1所示，FactoryLink 7與 Windows DNA三層標準的對應關系為：

（1）用戶界面 ：FactoryLink 7 Client；

（2）事件過程 ：FactoryLink 7 Server；

（3）數據存儲器：SQL Server或其他據庫產品和PLC。

圖1 FactoryLink 7的網絡結構示意圖

2.2 FactoryLink 7的程序結構
　　SCADA軟件為了實現實時多任務控制，需要使數據采集與傳輸、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲、實時通信等多個任務在同一臺計算機上同時運行。實時數據庫作為整個SCADA系統的核心組件，它無縫地集成了數據庫與實時性，是記錄實時過程的歷史數據、連接自控設備實現自動監控、通過數據庫網絡功能構建分布式應用系統的關鍵。因此，如何確保實時數據庫系統與圖形界面系統以及現場設備的數據交換，成為衡量一個SCADA系統性能好壞的關鍵因素。
　　在濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機的L1級SCADA系統中，Factorylink的標準開放式總線體系提供了一個全局性實時數據庫（RTDB）。它的主要功能就是存儲應用程序數據和支持內部任務之間的通信。而實時數據庫存儲的數據主要來自三個方面：外部設備（比如PLC）、內部任務計算得到數據、由鍵盤或者圖形屏幕手動輸入的數據。在數據被存儲在實時數據庫之后，其他任務才可以訪問和維護這些數據。因為OPC已經被組合到Microsoft Windows DNA三層標準中，這就使FactoryLink 7的實時數據庫建立在OPC規范之上，所有OPC客戶都可以方便的與它實現數據的交互。
　　FactoryLink 7作為一種實時多任務系統，為了實現這三層之間的數據通信，采用了2個任務：OPC Server 任務和OPC Client任務。 通過對這兩個任務的配置就可以完成在過程控制硬件和軟件之間數據通信，從而實現實時數據庫數據信息的操作與處理。如圖2所示，即為FactoryLink 7中實時數據庫與客戶端畫面和現場PLC數據源進行OPC通信的示意圖。

圖2 實時數據庫的OPC通信示意圖

　　3 FactoryLink 7中OPC的應用
　　3.1 FactoryLink 7 的OPC Server 任務
　　FactoryLink 7 OPC Server是一種輸出的過程服務，且在它所屬的FactoryLink 7任務空間中運行。這個服務器任務能使FactoryLink 7應用程序通過OPC接口提供數據給實時數據庫，并經過實時數據庫提供給其他應用程序使用。濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機L1級SCADA系統采用了C/S分布式系統，所以 FactoryLink 7 OPC服務器任務設計為在網絡環境中執行。而FactoryLink 7應用程序僅作為一個OPC客戶端起作用。因為OPC服務器任務是在后臺操作的，所以對它來說沒有配置要求和用戶接口。需進行以下兩個工作既可：
　　（1）在Server側，啟動OPC Server，使其工作起來。
　　（2）在Client側，將數據服務器指向OPC Server所在的服務器。
　　3.2 FactoryLink 7 OPC Client任務
　　FactoryLink OPC Client任務可以在一個 FactoryLink 應用程序中用于從第三方的OPC Server中讀/寫數據。在配置過程中，需要指明哪個第三方的OPC Server將被配置到該OPC Client任務上，以及在第三方的OPC Server內通過指定的數據標簽組來鏈接的FactoryLink標簽。在應用程序啟動時，OPC Client任務將啟動第三方的OPC Server，一旦第三方的OPC Server被投入運行，OPC Client任務將接受在配置窗口中定義的每一個組。OPC Client任務然后將從第三方的OPC Server接收OPC數據并存儲這些數據到合適的FactoryLink 標簽。
　　濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機L1級SCADA系統中采用的第三方的OPC Server為Siemens SIMATIC NET OPC Server，該OPC服務器用于和設備級的Siemens S7-400 PLC進行通信。S7系列PLC與SCADA軟件是通過S7協議的方式通信的，而FactoryLink 為非Siemens的第三方監控軟件，因此需要在FactoryLink服務器中組態Siemens的虛擬PC站，以便于配置Siemens SIMATIC NET OPC服務器。通過組態Siemens SIMATIC NET OPC服務器，就可以使Siemens S7-400 PLC中的控制數據與OPC Server 中的OPC標簽進行數據交互。
　　OPC Explorer是用于配置FactoryLink OPC Client任務的工具，它允許瀏覽在OPC Server中定義的OPC標簽，并可以映射這些標簽為FactoryLink標簽。一旦你已經選擇了一個OPC標簽作為映射，那么OPC瀏覽器將允許建立一個FactoryLink 標簽以保持那個OPC標簽項目中的值。
　　在OPC協議下，標簽被組織在組中。OPC瀏覽器允許你去定義這些組（每一個組必須是唯一的），然后你可以定義FactoryLink標簽建立這個組。最后，使用OPC 瀏覽器去映射合適的OPC標簽到FactoryLink標簽。如圖3所示。一旦這個組被連接了，OPC標簽可以經過FactoryLink標簽屬性對話框進行修改。

圖3 FactoryLink中的 OPC Explorer

5 結束語
　　OPC技術支持分布式應用和異構環境下軟件的無縫連接和軟件的互操作性，使現場控制設備層、自動化層以及組態軟件層之間的協同工作成為了可能．并且提供了工業自動化應用領域的統一數據傳輸平臺，使異構系統之間的數據交換更為方便。這樣大大提高了控制系統的互操作性和適應性。
　　濟鋼第三煉鋼廠板坯連鑄機的SCADA系統中采用OPC技術進行數據交換，不僅保證了系統的快速響應性能，也具有實時性好的特點。自投入運行以來，該系統的各項性能指標均遠高于工藝設備要求。為第三煉鋼廠板坯連鑄機的順利運行創造了良好的條件。