摘要：通過(guò)OPC技術(shù)和網(wǎng)關(guān)的應用，敘述了南鋼焦化生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )數據采集系統的開(kāi)發(fā)和應用，以及系統完善過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題和解決方法。關(guān)鍵詞：數據采集；DCS；網(wǎng)關(guān)；OPC

    1 引言

    南鋼煉鐵新廠(chǎng)焦化分別在2004年、2005年完成3#4#5#焦爐及化產(chǎn)項目建設，形成年產(chǎn)冶金焦炭170萬(wàn)噸、焦油7萬(wàn)噸、粗苯2萬(wàn)噸、外供煤氣8億立方米的生產(chǎn)能力。

   隨項目同期建設了焦化生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )系統，該系統是集“上位管理、基礎操作和基礎控制級”三級網(wǎng)絡(luò )于一體的管控一體化系統。上位管理級網(wǎng)絡(luò )主要承擔現場(chǎng)生產(chǎn)數據采集，為廠(chǎng)內局域網(wǎng)用戶(hù)提供生產(chǎn)報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 系統的網(wǎng)絡(luò )結構

   2.1 上位管理級網(wǎng)絡(luò )

    上位管理級網(wǎng)絡(luò )的總體框架為星型拓撲結構，由一臺中心路由三層交換機，下連五臺可配置管理的二層交換機組成。另設服務(wù)器3臺，分別提供中心數據庫服務(wù)、網(wǎng)站服務(wù)、報表服務(wù)。設網(wǎng)關(guān)機3臺，它們是數據采集處理及傳遞的重要網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，如圖1所示。
       
                     

                           圖1 上位管理級網(wǎng)絡(luò )結構圖  

   2.2 基礎控制級網(wǎng)絡(luò )（DCS）

   化產(chǎn)DCS系統選用北京和利時(shí)系統工程股份有限公司的MACS SmartPro分布式控制系統?；A控制級網(wǎng)絡(luò )分為監控網(wǎng)絡(luò )（SNET）和控制網(wǎng)絡(luò )(CNET)。監控網(wǎng)絡(luò )主要用于工程師站、操作員站和現場(chǎng)控制站的通訊連接；控制網(wǎng)絡(luò )存在于各個(gè)現場(chǎng)控制站內部，主要用于主控單元和智能I/O單元的通訊連接。
                  
                      

                               圖2 DCS系統網(wǎng)絡(luò )結構  

   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 )中主要的通訊節點(diǎn)有工程師站、操作員站和現場(chǎng)控制站，采用TCP/IP通訊協(xié)議。為上位管理系統數據采集提供了方便的開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，如圖2所示。

   3 DCS數據采集和處理

   數據自動(dòng)采集是應用OPC技術(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將現場(chǎng)設備的原始數據采集上來(lái)，然后進(jìn)行分析處理后發(fā)送到各個(gè)電子報表和焦化局域網(wǎng)站以網(wǎng)頁(yè)的形式瀏覽的過(guò)程。

   OPC技術(shù)是應用廣泛的工業(yè)軟件接口標準，它采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，把開(kāi)發(fā)訪(fǎng)問(wèn)接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠(chǎng)家或第三方廠(chǎng)家，以OPC服務(wù)器的形式提供給用戶(hù)。MACS SmartPro系統為用戶(hù)提供了基于微軟COM/DCOM 技術(shù)標準的OPC技術(shù)服務(wù)。

   系統OPC服務(wù)使用了Microsoft Windows的對象連結和套嵌（OLE）、部件對象模型（COM）和分布式部件對象模型（DCOM）通訊機制，只要遵循上述通訊標準，對OPC 服務(wù)器及網(wǎng)關(guān)的DCOM做配置之后，DCS系統與網(wǎng)關(guān)之間的數據通訊連接就可以正式建立。

   3.1 網(wǎng)關(guān)數據采集

    該廠(chǎng)網(wǎng)關(guān)通訊核心由中冶焦耐設計開(kāi)發(fā)，與和利時(shí)的DCS系統有機結合，一臺網(wǎng)關(guān)機完成了該廠(chǎng)兩套化產(chǎn)DCS系統數據的采集。網(wǎng)關(guān)機中安裝SmartPro組態(tài)軟件和網(wǎng)關(guān)程序，數據采集功能利用SmartPro系統提供的OPC接口服務(wù)，SmartPro系統作為數據源充當OPC服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)作為數據使用者充當OPC客戶(hù)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的監控網(wǎng)絡(luò )，作為DCS系統的一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)與DCS主控連接，并且設置為DCS系統的單機，順利采到DCS主控的數據；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)送接收數據中心的信息數據。

    這種連接方式可以將現場(chǎng)DCS系統與上位管理網(wǎng)隔離開(kāi)來(lái)，避免DCS系統受到其他系統的干擾。再者OPC客戶(hù)/服務(wù)器任務(wù)由同一臺電腦（網(wǎng)關(guān)）承擔，也保證了網(wǎng)關(guān)數據采集任務(wù)不受干擾。

   OPC服務(wù)器從DCS中采集數據，通過(guò)必要的分析計算后，以消息隊列形式發(fā)往本地，本地數據庫服務(wù)器適時(shí)地從消息隊列中取得數據，并把它傳遞給要取數據的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)程序處理后發(fā)往中心數據庫，其他終端再從中心數據庫中調用數據。網(wǎng)關(guān)數據流如圖3所示。

   3.2 DCS系統數據分析及梳理圖
  
                  
                              
                                圖3 數據流程圖

   作為用戶(hù)，更大的精力放在數據分析及梳理上?；a(chǎn)DCS系統的數據量龐大，各種溫度、流量、壓力、液位等儀表實(shí)時(shí)檢測點(diǎn)數據繁多，共有各種操作畫(huà)面30余幅、5000多個(gè)實(shí)時(shí)檢測數據。針對各用戶(hù)關(guān)注數據的側重點(diǎn)不同，我們對這些數據進(jìn)行梳理歸類(lèi)，一是實(shí)施監控的數據，即突出工藝重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)的監控數據，二是需要統計、分析、出報表的數據，如流量等。

   通過(guò)分析工藝及不同用戶(hù)的需求，我們從眾多的DCS數據及流程畫(huà)面中分離、綜合出10余幅畫(huà)面、600個(gè)工藝關(guān)鍵監控數據發(fā)布到上位管理網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)焦化網(wǎng)站平臺實(shí)現web瀏覽，方便了使用。

   中國人使用報表的習慣是結構復雜的、縱橫數據屬性交叉相關(guān)的模式，這給報表開(kāi)發(fā)提出了高要求。為此，需要對化產(chǎn)大部分的數據進(jìn)行分析、處理、綜合，然后反應在電子報表中。

   中心數據庫的數據類(lèi)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)往數據庫的數據和由其他系統發(fā)來(lái)的數據，包括平均值、瞬時(shí)值、累積值等；二是實(shí)驗室的各種化驗數據及產(chǎn)量、消耗等離散數據，由人工錄入。

   根據使用區域不同，分別開(kāi)發(fā)了生產(chǎn)區級報表和作業(yè)區級報表。生產(chǎn)區級報表具有完全的讀寫(xiě)權限，且每個(gè)生產(chǎn)作業(yè)區只對本作業(yè)區的報表具有寫(xiě)權限，對于需要人工填寫(xiě)的部分，由生產(chǎn)作業(yè)區指派專(zhuān)人負責填寫(xiě)；作業(yè)區級報表只具有讀取權限，不能填寫(xiě)或更改報表內容，是作業(yè)區管理人員及其他需要生產(chǎn)數據的人員用于查看和瀏覽生產(chǎn)數據使用的。通過(guò)區級管理，杜絕了數據篡改，確保了數據的真實(shí)可靠性。

  從2006年以后的幾年中，又有一些技術(shù)改造項目建成，如化產(chǎn)的尾氣回收洗滌、鼓風(fēng)機循環(huán)管的優(yōu)化調節、水處理的活性炭裝置和廢水事故槽等項目。針對新需求我們新增了數據報表。

  4 結束語(yǔ)

   該廠(chǎng)結合實(shí)際，充分利用DCS系統集成的OPC技術(shù)和開(kāi)發(fā)的網(wǎng)關(guān)程序，進(jìn)一步提高了DCS數據采集的通訊性能，將DCS控制系統與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò )系統緊密地整合起來(lái)。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)管理系統之路。

   李影（1982-）

   女，吉林人，初級職稱(chēng)，測控技術(shù)與儀器本科專(zhuān)業(yè)，現就職于南京南鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司煉鐵新廠(chǎng)焦化車(chē)間。左殿杰（1968-）男，山東人，初級職稱(chēng)，機械電子本科專(zhuān)業(yè)，現就職于南京南鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司煉鐵新廠(chǎng)焦化車(chē)間。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第二期