OPC技術(shù)及組態(tài)軟件在遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)中的應(yīng)用

1、基金項目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“八六三”計劃專項經(jīng)費資助(2003AA414210收稿日期:2005-04-22收修改稿日期:2005-11-15OPC 技術(shù)及組態(tài)軟件在遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)中的應(yīng)用李正,徐皚冬,石剛(中科院沈陽自動化研究所,遼寧沈陽110016摘要:介紹了一種基于OPC 和組態(tài)軟件技術(shù)相結(jié)合的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),設(shè)計了一種符合OPC 標(biāo)準(zhǔn)的低成本遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控方法。系統(tǒng)通過OPC 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合實現(xiàn)了符合標(biāo)準(zhǔn)OPC 接口的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移工具,同時通過組態(tài)軟件實現(xiàn)遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控和維護(hù),從而為遠(yuǎn)程監(jiān)控開辟了一個新的途徑。關(guān)鍵詞:OPC 接口轉(zhuǎn)移;組態(tài)軟件;遠(yuǎn)程監(jiān)控中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)

2、識碼:B 文章編號:1002-1841(200605-0024-03Application of OPC Technology in R emote Monitoring and Maintenance SystemLI Zheng ,X U Ai 2dong ,SHI G ang(Shenyang I nstitute of Autom ation ,Chinese Academy of Science ,Shenyang 110016,ChinaAbstract :A kind of rem ote m onitoring and maintenance system based on O

3、PC technology and con figuration s oftware was introduced with designing a new cheap method of rem ote control s oftware that is up to OPC standard.The system has realized the rem ote trans fer of OPC inter face through the integration of OPC technology and netw ork technology.At the same time ,rem

4、ote state was m onitored and main 2tained through the con figuration s oftware technology.I t has broken a new path for rem ote m onitoring system.K ey w ords :OPC inter face trans fer ;con figuration s oftware ;rem ote m onitoring ;internet 0引言目前,在工業(yè)測控領(lǐng)域?qū)υO(shè)備運行狀態(tài)和各種生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)控在生產(chǎn)現(xiàn)場已完善,但是僅僅本地監(jiān)控有時不能滿足企業(yè)的

5、需要,還需要遠(yuǎn)程對設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)過程的各種狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)前,在現(xiàn)場級的監(jiān)控系統(tǒng)中主要是通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對信息的可視化人機(jī)界面狀態(tài)監(jiān)控、管理和數(shù)據(jù)的存儲及處理,而對于遠(yuǎn)程的狀態(tài)監(jiān)測還不是很完善。國外比較好的系統(tǒng)價格昂貴,且缺少漢化和維護(hù)不便,因此很難普及。而我國比較成功的裝置及軟件系統(tǒng),在針對不同公司的數(shù)據(jù)采集裝置的適應(yīng)性等方面均存在一定的局限性。如果能利用目前已有的條件,仍采用組態(tài)軟件技術(shù)在遠(yuǎn)程實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控,不僅降低了成本,又可以滿足監(jiān)控需求。如今計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及,特別是寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了良好的數(shù)據(jù)通信途徑,所以利用目前標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)一套標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控工

6、具,更好地實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)成為可能。文中介紹的就是采用工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的OPC 數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)的一套標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控工具。用戶無需作任何開發(fā)即可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)OPC 接口的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移,然后通過支持OPC 接口的組態(tài)軟件或其他可視化OPC 客戶端軟件即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時在線監(jiān)控和維護(hù)工作。1OPC 技術(shù)和接口介紹OPC 1-3是O LE for Process C ontrol 的縮寫,即把O LE 應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。它采用客戶/服務(wù)器體系,基于微軟的C OM/DC OM 4技術(shù),為硬件廠商和應(yīng)用軟件開發(fā)者提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的接口。OPC 規(guī)范包括OPC 服務(wù)器和OPC 客戶端兩個部分,其實質(zhì)是在硬件供應(yīng)商

7、和軟件開發(fā)商之間建立一套完整的“規(guī)則”。只要遵循這套規(guī)則,數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的,硬件供應(yīng)商無需考慮應(yīng)用程序的多種需求和傳輸協(xié)議,軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程5。應(yīng)用程序作為OPC 客戶端,硬件驅(qū)動程序作為OPC 接口中的OPC 服務(wù)器端,每1個OPC 客戶端應(yīng)用程序可以連接若干個OPC 服務(wù)器,每1個OPC 服務(wù)器可以為若干個OPC 客戶應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)服務(wù),OPC 的訪問關(guān)系如圖1所示 。圖1OPC 訪問關(guān)系圖由圖1可知,只要符合OPC 標(biāo)準(zhǔn),任何設(shè)備廠家的數(shù)據(jù)信息都以O(shè)PC 接口開放式地提供給第三方應(yīng)用客戶?；贠PC 的這個特點,目前很多公司已經(jīng)開發(fā)了具有OPC 標(biāo)準(zhǔn)

8、接口的硬件和自動化組態(tài)軟件,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)訪問規(guī)范的開放式控制系統(tǒng)。這樣,現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息就可以方便地通過軟件集成到H MI 等可視化軟件中了。OPC 客戶端是通過C OM/DC OM 機(jī)制訪問OPC 服務(wù)器的,OPC 規(guī)范定義了兩種OPC 接口;自動化接口,它主要供VB Application 調(diào)用;自定義接口,它主要供C/C +Application 調(diào)用5。通過微軟在Windows 下的軟件開發(fā)機(jī)制很2006年第5期儀表技術(shù)與傳感器Instrument T echnique and Sens or 2006N o 15容易就可以實現(xiàn)OPC 接口的數(shù)據(jù)訪問。2OPC 接口轉(zhuǎn)移工具設(shè)計與實現(xiàn)系

9、統(tǒng)通過編寫OPC 客戶端程序、網(wǎng)絡(luò)通訊程序和OPC 服務(wù)器程序,完成OPC 數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程傳輸進(jìn)而實現(xiàn)OPC 接口的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移,能與現(xiàn)有工控系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。接口轉(zhuǎn)移工具分兩部分,即現(xiàn)場工作站有接口轉(zhuǎn)移服務(wù)器程序,遠(yuǎn)程服務(wù)中心有接口轉(zhuǎn)移客戶端程序。2.1現(xiàn)場工作站利用微軟的O LE/C OM 技術(shù),編寫符合OPC 數(shù)據(jù)訪問規(guī)范的OPC 程序,實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集和傳輸。該系統(tǒng)采用OPC 自定義C +接口與OPC 服務(wù)器進(jìn)行連接,通過OPC 添加組,添加項的機(jī)制讀出實際現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息6。同時,通過微軟在Windows 下的網(wǎng)絡(luò)編程機(jī)制把數(shù)據(jù)以S OCKET 套接字的方式在Internet 網(wǎng)絡(luò)上發(fā)

10、布。模塊示意圖見圖2 。圖2OPC 數(shù)據(jù)采集模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)布模塊S OCKET 套接字是一套微軟在Windows 下網(wǎng)絡(luò)編程的接口。它不僅包含了Berkeley S ocket 的庫函數(shù),也包含了一組針對Windows 的擴(kuò)展庫函數(shù),使得編程人員能充分地利用Win 2dows 消息驅(qū)動機(jī)制進(jìn)行編程,實現(xiàn)起來簡單可靠,完全符合T CP/IP 協(xié)議。創(chuàng)建的套接字服務(wù)器可以把一個IP 地址和用戶自定義的端口綁定,并監(jiān)聽客戶的請求。當(dāng)有客戶請求時建立和該客戶的套接字連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)點到點的相互通信。2.2遠(yuǎn)程服務(wù)中心遠(yuǎn)程服務(wù)中心也創(chuàng)建Windows 的S OCKET 套接字客戶端實現(xiàn)和現(xiàn)場工作站的遠(yuǎn)程

11、連接和相互通信,同時將接收的數(shù)據(jù)信息整合成遠(yuǎn)程OPC 服務(wù)器?，F(xiàn)場的OPC 接口就被遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程服務(wù)中心了。遠(yuǎn)程OPC 服務(wù)器的實現(xiàn)是采用Smart OPC 快速開發(fā)工具實現(xiàn)的,符合OPC2.0規(guī)范,模塊示意圖見圖3。遠(yuǎn)程OPC 服務(wù)器的實現(xiàn)是把參數(shù)變量名稱通過OPC 創(chuàng)建地址空間的方式把參數(shù)歸類到OPC 組中,同時把接收的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在OPC 數(shù)據(jù)項鏈表中進(jìn)行實時更新,實現(xiàn)新的遠(yuǎn)程OPC 接口。2.3現(xiàn)場參數(shù)配置文件與數(shù)據(jù)鏈表轉(zhuǎn)換在現(xiàn)場工作站,在OPC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時需要瀏覽現(xiàn)場OPC 服務(wù)器的OPC 地址空間來獲得設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)節(jié)點,從而創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)鏈表,見圖2,并將這些信息存成現(xiàn)場參數(shù)配置

12、文件。這樣,現(xiàn)場參數(shù)配置文件和數(shù)據(jù)鏈表就存在了一個一一對應(yīng)的關(guān)系。在遠(yuǎn)程服務(wù)中心,用戶通過下載這個配置文件就可創(chuàng)建一個現(xiàn)場完全相同的變量參數(shù)表。在現(xiàn)場工作站采集的OPC 數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)中心后,通過數(shù)據(jù)鏈表和現(xiàn)場參數(shù)配置文件的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換成一個新的接收數(shù)據(jù)鏈表,見圖3,并提供給遠(yuǎn)程OPC 服務(wù)器模塊,完成了從現(xiàn)場到遠(yuǎn)程的標(biāo)準(zhǔn)OPC 接口轉(zhuǎn)移。通過這種接口轉(zhuǎn)移保持了與現(xiàn)場完全相同的接口變量參數(shù)表,對于遠(yuǎn)程服務(wù)中心的用戶來說,面對這個新的OPC 接口就好像在現(xiàn)場一樣,用戶可直接進(jìn)行組態(tài)工作 。圖3網(wǎng)絡(luò)通信終端模塊和遠(yuǎn)程OPC 服務(wù)器模塊2.4網(wǎng)絡(luò)安全和性能系統(tǒng)是以Internet 網(wǎng)絡(luò)為

13、數(shù)據(jù)通訊鏈路的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng),符合C/S (客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),可以實現(xiàn)多個遠(yuǎn)程服務(wù)中心對一個工作站的同時多對一連接。因此,在數(shù)據(jù)通信的安全問題上加入登錄用戶名和密碼的安全驗證機(jī)制,在完善計算機(jī)防火墻的同時也實行客戶軟件安全管理。在通信性能方面,選擇合適的網(wǎng)絡(luò)帶寬,保證一定數(shù)據(jù)量的傳輸以保證數(shù)據(jù)刷新的速度,進(jìn)而保證了遠(yuǎn)程監(jiān)測的實時性能。2.5OPC 接口轉(zhuǎn)移前后規(guī)范設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和維護(hù)是將計算機(jī)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和監(jiān)測診斷技術(shù)相結(jié)合的綜合應(yīng)用7。通過開放式的OPC 數(shù)據(jù)接口和Internet 網(wǎng)絡(luò)的媒介形成了分布式的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件目前大多是支持OPC 、DDE 等多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口,

14、能充分利用Windows 的強(qiáng)大圖形編輯功能以動畫方式顯示監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài),方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面和實現(xiàn)控制功能,并可進(jìn)行二次開發(fā),方便地生成各種報表的自動化軟件8。組態(tài)軟件大大提高了軟件的效率和可靠性,在工業(yè)測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該OPC 接口遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移工具目前已經(jīng)在國內(nèi)的燃?xì)廨啓C(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用,上層組態(tài)軟件采用自主研發(fā)的SI AVIEW 組態(tài)軟件實現(xiàn)現(xiàn)組狀態(tài)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和系統(tǒng)維護(hù),當(dāng)然也可以使用其他支持OPC 接口的組態(tài)軟件,如亞控的組態(tài)王。系統(tǒng)框圖見圖4。系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場工作站和遠(yuǎn)程服務(wù)中心組成。由于OPC 的規(guī)范性,現(xiàn)在一般的硬件廠商都提供了OPC 接口。第5期李

15、正等:OPC 技術(shù)及組態(tài)軟件在遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)中的應(yīng)用25圖4燃?xì)廨啓C(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組現(xiàn)場的監(jiān)控中心采用西門子的控制系統(tǒng),有西門子WinCC獨立的本地監(jiān)控系統(tǒng),同時燃?xì)廨啓C(jī)的機(jī)組參數(shù)信息通過西門子控制系統(tǒng)總線匯總到OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器,為遠(yuǎn)程監(jiān)測和維護(hù)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)源。而且由于網(wǎng)絡(luò)的分布特性,可以實現(xiàn)多個服務(wù)中心訪問現(xiàn)場工作站,如遠(yuǎn)程服務(wù)中心A和B.這對于燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組設(shè)備產(chǎn)生的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的監(jiān)測診斷帶來了便利,有利于相關(guān)專家針對自己的技術(shù)特長去監(jiān)測所需參數(shù)信號,如軸振動位移、設(shè)備啟停曲線相關(guān)參數(shù)獲得等。OPC 接口被移動到遠(yuǎn)程服務(wù)中心后,通過組態(tài)軟件友好的人機(jī)操作界面再現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)

16、的運行狀態(tài),同時完成歷史數(shù)據(jù)的存儲、曲線趨勢走向分析、報表打印以及其他相關(guān)診斷和維護(hù)功能,便于專家給出設(shè)備運行的維護(hù)意見,從而實現(xiàn)了對燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測和維護(hù)。4結(jié)束語OPC標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了不同廠家產(chǎn)品和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互,有利于不同系統(tǒng)的開發(fā)和進(jìn)一步集成。將OPC技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合實現(xiàn)了符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的接口遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移工具,同時應(yīng)用組態(tài)軟件技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和其他診斷分析處理,實現(xiàn)了一種分布式客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的在線狀態(tài)監(jiān)測和維護(hù)系統(tǒng),為專家給出維護(hù)和維修意見提供了科學(xué)的分析依據(jù)。所以利用OPC數(shù)據(jù)接口的開放性和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完全可為國內(nèi)工控領(lǐng)域設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷

17、和維護(hù)系統(tǒng)或相關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供一個新的解決方案和技術(shù)思路。該系統(tǒng)目前已經(jīng)在國內(nèi)某型燃?xì)廨啓C(jī)的電站發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用,不僅使用便利,且具有實用性、經(jīng)濟(jì)性和通用性,有推廣價值。參考文獻(xiàn):1OPC F oundation Data Access Custom Interface S tandard Version2.03July27,1999.2OPC F oundation Data Access Automation Interface S tandard Version2.02.February4,1999.3OPC F oundation.Data Access Custom Inte

18、rface S tandard Version2.04.September5,2000.4ASH ROFAI L,Y ASSER SHOHOUD.COM與COM+從入門到精通.北京:電子工業(yè)出版社,2000.5侯春生,袁愛進(jìn).實時監(jiān)控系統(tǒng)中的新技術(shù)OPC標(biāo)準(zhǔn).自動化與儀表,2002,17(4:5-7.2004(2:53-55.7霍武軍,孫護(hù)國.基于互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)研究.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù),2002,15(2:40-42.8何學(xué)文,卜英勇.K ingView組態(tài)軟件與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集儀的通訊.測控自動化,2004(2:54-56.作者簡介:李正,(1979,工程師,主要從事遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)研發(fā)。(上接第23頁(1軟件