今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道 概要：
本文主要介紹勝利油田集輸公司下屬的大型站庫的實(shí)時(shí)數據采集及WEB發(fā)布系統的建設，包括整個(gè)系統建設的方案設計、所應用到的技術(shù)介紹、碰到的問(wèn)題以及解決的方法。采用的上位組態(tài)軟件是北京三維力控的PCAUTO，應用的主要技術(shù)有OPC、DDE、NETDDE、分布式實(shí)時(shí)數據庫、RS485總線(xiàn)讀智能表。
關(guān)鍵字： 數采系統 PCAUTO OPC DDE
1.1基本情況介紹
集輸公司下屬的孤島壓氣站，年處理天然氣2億立方米，年產(chǎn)輕烴約一萬(wàn)三千噸以上，是一個(gè)比較大型的壓氣站。下設50萬(wàn)、SW64、二次增壓、離心機、配氣、熱煤爐、配電等崗位。其中：50萬(wàn)崗位是用的霍尼威爾HOWNIWELL的S9000型號的DCS控制系統、上位組態(tài)是IFix6.0、操作系統是WIN98; SW64崗位是用的美國庫伯公司的RR控制器、上位組態(tài)軟件是INTouch、操作系統是WINNT4.0; 二次增壓崗位是用的日本Omron的控制器，上位組態(tài)是IFix6.0、操作系統是WIN98；離心機崗位是用的恒河的CS1000型號的DCS控制系統、上位是用恒河自帶的組態(tài)軟件、操作系統是WINNT4.0；配氣崗位是用的美國SIXNET公司的ST-GT-1210控制器、上位組態(tài)軟件是北京三維力控的PCAUTO、操作系統是WIN2000；熱煤爐崗位控制系統是三菱的PLC，上位組態(tài)軟件是北京昆侖通態(tài)的MCGS、操作系統是WIN2000；配電崗位設有許繼的配電保護系統以及監控系統。
1.2實(shí)時(shí)數采系統功能設計
采用北京三維力控公司的PCAUTO做為數采系統的組態(tài)軟件，把各個(gè)崗位控制系統的實(shí)時(shí)數據通過(guò)架設的以光纖為傳輸介質(zhì)的站內局域網(wǎng)采集到位于壓氣站調度室的力控服務(wù)器上，這臺服務(wù)器裝有雙網(wǎng)卡，同時(shí)連接著(zhù)勝利油田廣域網(wǎng)，在油田網(wǎng)上，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的WEB發(fā)布，同時(shí)還可以把實(shí)時(shí)的數據定點(diǎn)存儲到油田正在建設的源頭數據系統里，生成各種報表。
1.3數采系統功能、方案設計
選用北京三維力控的PCAUTO做為系統的組態(tài)軟件。負責采集IFix、INTouch、MCGS、恒河CS1000、許繼、力控PCAUTO等組態(tài)軟件以及支持485的智能儀表讀數；系統功能網(wǎng)絡(luò )拓樸圖如下；
1.4系統應用技術(shù)介紹
1.4.1OPC介紹
OPC是以Microsoft公司的OLE／COM技術(shù)為基礎，采用客戶(hù)/服務(wù)器模型，制定的一種工業(yè)控制領(lǐng)域的開(kāi)放式標準。OPC在工業(yè)控制設備與應用軟件之間建立了統一的軟件接口標準。主要解決監控程序與其數據源的交互問(wèn)題。
利用OPC技術(shù)，可以對現場(chǎng)設備及其驅動(dòng)程序進(jìn)行封裝，形成OPC服務(wù)器。OPC服務(wù)器向下對設備數據進(jìn)行采集，向上與OPC客戶(hù)應用程序通信完成數據交換，如圖1所示。OPC服務(wù)器屏蔽了現場(chǎng)層的設備驅動(dòng)程序；客戶(hù)應用程序開(kāi)發(fā)人員看到的，只是OPC服務(wù)器提供的統一接口，而不必再去關(guān)心現場(chǎng)設備的驅動(dòng)程序。只要客戶(hù)應用程序符合OPC接口規范，就可以與OPC服務(wù)器進(jìn)行數據交換。
同樣地，硬件廠(chǎng)商只需要為生產(chǎn)的硬件設備開(kāi)發(fā)一個(gè)驅動(dòng)程序，然后按照OPC標準編寫(xiě)一個(gè)OPC服務(wù)器，那么，所有按照OPC標準開(kāi)發(fā)的客戶(hù)應用程序都可以與該硬件設備進(jìn)行數據交互，而無(wú)須編寫(xiě)額外的設備驅動(dòng)程序。
這樣，在工業(yè)現場(chǎng)的監測控制系統中，過(guò)程或設備監控程序（或者是監控組態(tài)軟件），通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，可以方便地與現場(chǎng)設備的OPC服務(wù)器進(jìn)行數據交互，獲得所需的現場(chǎng)數據。一方面，監控程序可以讀取OPC服務(wù)器緩沖區（Cache）中的數據，獲得過(guò)程或設備運行參數，實(shí)施有效地監視；另一方面，對于實(shí)時(shí)性要求比較高的設備數據，監控程序可以直接讀取設備（Device）中的數據。如果用戶(hù)需要擴充監控軟件的功能，可以直接將定制的OPC軟件包組態(tài)進(jìn)現有軟件中，而不必擔心底層的設備驅動(dòng)程序，使軟件的布署變得更加容易。
1.4.2 DDE介紹
動(dòng)態(tài)數據交換（DDE），即Dynamic Data Exchange的縮寫(xiě)。它是又微軟公司提出的，目前主要還是應用在win98和winnt4.0的操作系統上，在新的操作系統上只是給予了兼容。DDE是基于WINDOWS的消息機制，兩個(gè)WINDOWS應用程序通過(guò)相互之間傳遞消息進(jìn)行“對話(huà)”，從而完成數據的請求、應答、傳輸，這兩個(gè)程序分別被稱(chēng)為“Server”和“Client”。Server是數據的提供者，Client是數據的請求和接受者。DDE的Server是一個(gè)維護著(zhù)其他WINDOWS程序可能使用的數據的程序，而DDE的Client則是從Server獲得這些數據的程序。
一旦“Server”和“Client”建立了連接關(guān)系，則當“Server”中的數據發(fā)生變化后就會(huì )馬上通知“Client”。通過(guò)DDE方式建立的數據連接通道是雙向的，即“Client”不但能讀取“Server”中的數據，還能對其進(jìn)行修改。
DDE方式的通訊，主要是建立在2個(gè)WINDOWS應用程序之間，當前的大多數基于Windows應用程序仍然支持DDE，但是DDE的缺點(diǎn)也很明顯，那就是通信效率低下，當通信數據量大時(shí)數據的刷新慢。
1.4.3力控區域實(shí)時(shí)數據庫的分布式應用。
實(shí)時(shí)數據庫是組態(tài)軟件的核心部件，實(shí)時(shí)數據庫運行系統完成對數據庫的各種操作，包括：實(shí)時(shí)數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警處理、數據服務(wù)請求處理等。力控 的實(shí)時(shí)數據庫系統同時(shí)也是一個(gè)分布式數據庫系統。由于許多情況要求將數據庫存儲在地理上分布在不同位置的不同計算機上，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)現物理上分布，邏輯上集中的數據庫，即具有分布式的透明性。用力控創(chuàng )建的數據庫，數據在物理上分布在不同的地理位置或同一位置的不同的計算機上，但在用戶(hù)操作時(shí)感覺(jué)不到數據的分布。用戶(hù)看到的似乎不是一個(gè)分散的數據庫，而是一個(gè)數據模式為全局數據模式的集中式數據庫。在構建力控分布式數據庫時(shí)，力控系統支持的網(wǎng)絡(luò )通信方式有：TCP/IP網(wǎng)絡(luò )、串行通信（RS232/422/485）、電話(huà)撥號網(wǎng)絡(luò )等。
力控的數據庫及管理系統的性能介紹：
真正的分布式結構，同時(shí)支持C/S 、B/S應用；分布式數據庫結構可任意組建各種規模的企業(yè)應用；實(shí)時(shí)數據庫系統具有高可靠性和數據的完整性；提供功能強大的企業(yè)級實(shí)時(shí)信息系統客戶(hù)端應用工具；靈活的擴展結構可滿(mǎn)足用戶(hù)的各種需求；告訴的數據存儲和檢索功能；實(shí)時(shí)數據庫是單獨的進(jìn)程，可以與HMI分離運行；實(shí)現了毫秒級數據采集和采集器的時(shí)間同步；以高壓縮比保存數據，實(shí)現了歷史數據的海量存儲；支持OPC、DDE、ODBC、ActiveX等標準；可以從DCS、PLC、以及其他SCADA系統中讀寫(xiě)過(guò)程數據。
1.4.4 RS485總線(xiàn)上的智能儀表數據讀取
有些崗位安裝了許多的智能儀表，比如氣體流量計等，這類(lèi)儀表內部集成了數字電路，可以完成部分的數據處理功能，并把數據保存在儀表的寄存器里，并支持RS485方式的數據傳輸，所以我們就把這類(lèi)智能儀表分類(lèi)組成一個(gè)或幾個(gè)485網(wǎng)絡(luò )，把力控服務(wù)器也連在485網(wǎng)絡(luò )里，做為485網(wǎng)絡(luò )的主機，總線(xiàn)上的其它儀表，做為從機，主機通過(guò)總線(xiàn)按照通訊協(xié)議向從機發(fā)命令，把從機寄存里里的數據讀過(guò)來(lái)。如果485網(wǎng)絡(luò )超過(guò)2個(gè)的話(huà)，就在服務(wù)器上安裝多串口卡來(lái)解決。
然后在力控PCAUTO里設置智能儀表的I/O驅動(dòng)，如果找不到這類(lèi)儀表的驅動(dòng)，可以按照儀表廠(chǎng)家提供的RS485通訊協(xié)議，仿照力控提供的驅動(dòng)格式，自己編寫(xiě)儀表的驅動(dòng)。然后就可以在力控PCAUTO里簡(jiǎn)單的進(jìn)行組態(tài)設置，讀取智能儀表的讀數。
1.5系統建設過(guò)程
1.5.1 橫河CS1000系統取數
OPC客戶(hù)和OPC服務(wù)器進(jìn)行數據交互有2種訪(fǎng)問(wèn)方式：同步和異步方式。同步方式實(shí)現較為簡(jiǎn)單，客戶(hù)向服務(wù)器發(fā)出讀寫(xiě)請求，然后等待服務(wù)器返回信息，當客戶(hù)數據較少而且同服務(wù)器交互的數據量比較少的時(shí)候可以采用這種方式，然而當網(wǎng)絡(luò )堵塞或大量客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，會(huì )造成系統的性能效率下降。
異步方式實(shí)現較為復雜，客戶(hù)向服務(wù)器發(fā)出讀寫(xiě)請求后，服務(wù)器立刻返回信息表示請求已接受，客戶(hù)可以進(jìn)行其他處理，當服務(wù)器完成讀寫(xiě)操作后，通過(guò)調用回調函數，通知客戶(hù)程序操作完成，并傳遞相應的信息，因此異步方式的效率更高，能夠避免多客戶(hù)大數據請求的阻塞，并可以最大限度地節省CPU和網(wǎng)絡(luò )資源。
橫河的opc數據交互屬于異步方式，需要在客戶(hù)端計算機上注冊幾個(gè)相關(guān)的動(dòng)態(tài)連接庫文件到操作系統，這樣才能完成opc的Client和Server的數據交互。
然后在力控PCAUTO里定義I/O設備，添加一個(gè)OPC的Client，配好IP地址后，刷新就可以找到對應IP的CS1000的計算機系統里的OPC Server，配置過(guò)程如下圖：
配置好OPC的Client后，在力控的數據庫組態(tài)里面，添加相應的數據點(diǎn)，如下圖：
這樣就完成了橫河CS1000的OPC在力控PCAUTO里的配置，可以同步橫河CS1000系統里的數據了。
完成組態(tài)后的畫(huà)面之一如下
1.5.2熱媒爐崗三菱PLC的OPC取數過(guò)程
三菱的PLC比較通用，支持這個(gè)硬件的OPC Server程序很多，我們選擇的是KepServer軟件。這個(gè)程序支持很多硬件，可以在和硬件建立通訊后，把底層設備實(shí)時(shí)的數據取數以OPC Server的形式發(fā)布和其它軟件進(jìn)行數據交互，完成上位監控、參數設置等功能。
配置過(guò)程如下圖：
配置好OPC Server后，同樣在力控PCAUTO里面添加I/O設備
再在力控PCAUTO的實(shí)時(shí)數據庫組態(tài)里面添加數據庫點(diǎn)。
組態(tài)完成后的畫(huà)面如下：
1.5.3DDE方式取IFIX的數
IFIX軟件支持微軟的DDE動(dòng)態(tài)數據交換，我們設計的是在崗位的從監控機上安裝一套力控，用力控通過(guò)DDE方式和IFIX進(jìn)行數據交互，然后利用力控PCAUTO的網(wǎng)絡(luò )數據源功能，從服務(wù)器上間接取到IFIX的實(shí)時(shí)數據。
首先必須啟動(dòng)IFIX里面的一個(gè)DDE Server模塊，把這個(gè)模塊設置成隨IFIX同時(shí)啟動(dòng)，這樣IFIX才能在運行中，支持DDE的程序。
然后在力控PCAUTO里面添加一個(gè)DDE的I/O設備：
再在力控PCAUTO的實(shí)時(shí)數據庫組態(tài)里面添加數據庫點(diǎn)。
組態(tài)完成后的畫(huà)面如下：
1.5.4NETDDE方式取INTouch的數據
Netdde是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )借助DDE進(jìn)行數據交互的一種方式，在使用Netdde之前，必須對2臺計算機進(jìn)行DDE的一些相關(guān)配置，添加DDE共享、信任共享設置等，具體設置見(jiàn)下圖：
再在力控PCAUTO的實(shí)時(shí)數據庫組態(tài)里面添加數據庫點(diǎn)。
組態(tài)完成后的畫(huà)面如下：
1.5.5取智能儀表的讀數
取智能儀表讀數的關(guān)鍵是找到合適I/O驅動(dòng)，如果是比較常見(jiàn)的儀表，力控一般都支持，然后在力控的I/O設備里添加此儀表的驅動(dòng)，然后在數據庫里面組點(diǎn)即可。有一些不常見(jiàn)的儀表，可以找到它的485通訊協(xié)議原文，按照力控提供的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)SDK包，自己進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
下面是我們通過(guò)485方式讀取的幾塊電表的相關(guān)參數圖：
1.6參考文獻
《監控組態(tài)軟件及其應用》 馬國華 著(zhù)
OPC技術(shù)在監控系統中的應用 司紀剛 徐潔
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號