力控在站庫實時數(shù)采系統(tǒng)建設的應用

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時數(shù)據(jù)采集及WEB發(fā)布系統(tǒng)的建設，包括整個系統(tǒng)建設的方案設計、所應用到的技術(shù)介紹、碰到的問題以及解決的方法。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、分布式實時數(shù)據(jù)庫、RS485總線讀智能表。關(guān)鍵字：數(shù)采系統(tǒng)PCAUTOOPCDDE1.1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)輕烴約一萬三千噸以上，是一個比較大型的壓氣站。下設50萬、SW64、二次增壓、離心機、配氣、熱煤爐、配電等崗位。其中：50萬崗位是用的霍尼威爾HOWNIWELL的S9000型號的DCS控制系統(tǒng)、上位組態(tài)是IFix6.0、操作系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)是WIN98；離心機崗位是用的恒河的CS1000型號的DCS控制系統(tǒng)、上位是用恒河自帶的組態(tài)軟件、操作系統(tǒng)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(tǒng)是WIN2000；熱煤爐崗位控制系統(tǒng)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(tǒng)是WIN2000；配電崗位設有許繼的配電保護系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)。1.2實時數(shù)采系統(tǒng)功能設計采用北京三維力控公司的PCAUTO作為數(shù)采系統(tǒng)的組態(tài)軟件，把各個崗位控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通過架設的以光纖為傳輸介質(zhì)的站內(nèi)局域網(wǎng)采集到位于壓氣站調(diào)度室的力控服務器上，這臺服務器裝有雙網(wǎng)卡，同時連接著勝利油田廣域網(wǎng)，在油田網(wǎng)上，然后進行實時數(shù)據(jù)的WEB發(fā)布，同時還可以把實時的數(shù)據(jù)定點存儲到油田正在建設的源頭數(shù)據(jù)系統(tǒng)里，生成各種報表。1.3數(shù)采系統(tǒng)功能、方案設計選用北京三維力控的PCAUTO作為系統(tǒng)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(shù)；系統(tǒng)功能網(wǎng)絡拓撲圖如下；1.4系統(tǒng)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/服務器模型，制定的一種工業(yè)控制領域的開放式標準。OPC在工業(yè)控制設備與應用軟件之間建立了統(tǒng)一的軟件接口標準。主要解決監(jiān)控程序與其數(shù)據(jù)源的交互問題。利用OPC技術(shù)，可以對現(xiàn)場設備及其驅(qū)動程序進行封裝，形成OPC服務器。OPC服務器向下對設備數(shù)據(jù)進行采集，向上與OPC客戶應用程序通信完成數(shù)據(jù)交換，如圖1所示。OPC服務器屏蔽了現(xiàn)場層的設備驅(qū)動程序；客戶應用程序開發(fā)人員看到的，只是OPC服務器提供的統(tǒng)一接口，而不必再去關(guān)心現(xiàn)場設備的驅(qū)動程序。只要客戶應用程序符合OPC接口規(guī)范，就可以與OPC服務器進行數(shù)據(jù)交換。同樣地，硬件廠商只需要為生產(chǎn)的硬件設備開發(fā)一個驅(qū)動程序，然后按照OPC標準編寫一個OPC服務器，那么，所有按照OPC標準開發(fā)的客戶應用程序都可以與該硬件設備進行數(shù)據(jù)交互，而無須編寫額外的設備驅(qū)動程序。這樣，在工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)測控制系統(tǒng)中，過程或設備監(jiān)控程序（或者是監(jiān)控組態(tài)軟件），通過工業(yè)以太網(wǎng)，可以方便地與現(xiàn)場設備的OPC服務器進行數(shù)據(jù)交互，獲得所需的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。一方面，監(jiān)控程序可以讀取OPC服務器緩沖區(qū)（Cache）中的數(shù)據(jù)，獲得過程或設備運行參數(shù)，實施有效地監(jiān)視；另一方面，對于實時性要求比較高的設備數(shù)據(jù)，監(jiān)控程序可以直接讀取設備（Device）中的數(shù)據(jù)。如果用戶需要擴充監(jiān)控軟件的功能，可以直接將定制的OPC軟件包組態(tài)進現(xiàn)有軟件中，而不必擔心底層的設備驅(qū)動程序，使軟件的布署變得更加容易。1.4.2DDE介紹動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE），即DynamicDataExchange的縮寫。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(tǒng)上，在新的操作系統(tǒng)上只是給予了兼容。DDE是基于WINDOWS的消息機制，兩個WINDOWS應用程序通過相互之間傳遞消息進行“對話”，從而完成數(shù)據(jù)的請求、應答、傳輸，這兩個程序分別被稱為“Server”和“Client”。Server是數(shù)據(jù)的提供者，Client是數(shù)據(jù)的請求和接受者。DDE的Server是一個維護著其他WINDOWS程序可能使用的數(shù)據(jù)的程序，而DDE的Client則是從Server獲得這些數(shù)據(jù)的程序。一旦“Server”和“Client”建立了連接關(guān)系，則當“Server”中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后就會馬上通知“Client”。通過DDE方式建立的數(shù)據(jù)連接通道是雙向的，即“Client”不但能讀取“Server”中的數(shù)據(jù)，還能對其進行修改。DDE方式的通訊，主要是建立在2個WINDOWS應用程序之間，當前的大多數(shù)基于Windows應用程序仍然支持DDE，但是DDE的缺點也很明顯，那就是通信效率低下，當通信數(shù)據(jù)量大時數(shù)據(jù)的刷新慢。1.4.3力控區(qū)域?qū)崟r數(shù)據(jù)庫的分布式應用。實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心部件，實時數(shù)據(jù)庫運行系統(tǒng)完成對數(shù)據(jù)庫的各種操作，包括：實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、報警處理、數(shù)據(jù)服務請求處理等。力控的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)同時也是一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。由于許多情況要求將數(shù)據(jù)庫存儲在地理上分布在不同位置的不同計算機上，通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)物理上分布，邏輯上集中的數(shù)據(jù)庫，即具有分布式的透明性。用力控創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)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，但在用戶操作時感覺不到數(shù)據(jù)的分布。用戶看到的似乎不是一個分散的數(shù)據(jù)庫，而是一個數(shù)據(jù)模式為全局數(shù)據(jù)模式的集中式數(shù)據(jù)庫。在構(gòu)建力控分布式數(shù)據(jù)庫時，力控系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡通信方式有：TCP/IP網(wǎng)絡、串行通信（RS232/422/485）、電話撥號網(wǎng)絡等。力控的數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)的性能介紹：真正的分布式結(jié)構(gòu)，同時支持C/S、B/S應用；分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)可任意組建各種規(guī)模的企業(yè)應用；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有高可靠性和數(shù)據(jù)的完整性；提供功能強大的企業(yè)級實時信息系統(tǒng)客戶端應用工具；靈活的擴展結(jié)構(gòu)可滿足用戶的各種需求；告訴的數(shù)據(jù)存儲和檢索功能；實時數(shù)據(jù)庫是單獨的進程，可以與HMI分離運行；實現(xiàn)了毫秒級數(shù)據(jù)采集和采集器的時間同步；以高壓縮比保存數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)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(tǒng)中讀寫過程數(shù)據(jù)。1.4.4RS485總線上的智能儀表數(shù)據(jù)讀取有些崗位安裝了許多的智能儀表，比如氣體流量計等，這類儀表內(nèi)部集成了數(shù)字電路，可以完成部分的數(shù)據(jù)處理功能，并把數(shù)據(jù)保存在儀表的寄存器里，并支持RS485方式的數(shù)據(jù)傳輸，所以我們就把這類智能儀表分類組成一個或幾個485網(wǎng)絡，把力控服務器也連在485網(wǎng)絡里，做為485網(wǎng)絡的主機，總線上的其它儀表，做為從機，主機通過總線按照通訊協(xié)議向從機發(fā)命令，把從機寄存里里的數(shù)據(jù)讀過來。如果485網(wǎng)絡超過2個的話，就在服務器上安裝多串口卡來解決。然后在力控PCAUTO里設置智能儀表的I/O驅(qū)動，如果找不到這類儀表的驅(qū)動，可以按照儀表廠家提供的RS485通訊協(xié)議，仿照力控提供的驅(qū)動格式，自己編寫儀表的驅(qū)動。然后就可以在力控PCAUTO里簡單的進行組態(tài)設置，讀取智能儀表的讀數(shù)。1.5系統(tǒng)建設過程1.5.1橫河CS1000系統(tǒng)取數(shù)OPC客戶和OPC服務器進行數(shù)據(jù)交互有2種訪問方式：同步和異步方式。同步方式實現(xiàn)較為簡單，客戶向服務器發(fā)出讀寫請求，然后等待服務器返回信息，當客戶數(shù)據(jù)較少而且同服務器交互的數(shù)據(jù)量比較少的時候可以采用這種方式，然而當網(wǎng)絡堵塞或大量客戶訪問時，會造成系統(tǒng)的性能效率下降。異步方式實現(xiàn)較為復雜，客戶向服務器發(fā)出讀寫請求后，服務器立刻返回信息表示請求已接受，客戶可以進行其他處理，當服務器完成讀寫操作后，通過調(diào)用回調(diào)函數(shù)，通知客戶程序操作完成，并傳遞相應的信息，因此異步方式的效率更高，能夠避免多客戶大數(shù)據(jù)請求的阻塞，并可以最大限度地節(jié)省CPU和網(wǎng)絡資源。橫河的OPC數(shù)據(jù)交互屬于異步方式，需要在客戶端計算機上注冊幾個相關(guān)的動態(tài)連接庫文件到操作系統(tǒng)，這樣才能完成OPC的Client和Server的數(shù)據(jù)交互。然后在力控PCAUTO里定義I/O設備，添加一個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(tǒng)里的OPCServer，配置過程如下圖：配置好OPC的Client后，在力控的數(shù)據(jù)庫組態(tài)里面，添加相應的數(shù)據(jù)點，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(tǒng)里的數(shù)據(jù)了。完成組態(tài)后的畫面之一如下：1.5.2熱媒爐崗三菱PLC的OPC取數(shù)過程三菱的PLC比較通用，支持這個硬件的OPCServer程序很多，我們選擇的是KepServer軟件。這個程序支持很多硬件，可以在和硬件建立通訊后，把底層設備實時的數(shù)據(jù)取數(shù)以OPCServer的形式發(fā)布和其它軟件進行數(shù)據(jù)交互，完成上位監(jiān)控、參數(shù)設置等功能。配置過程如下圖：配置好OPCServer后，同樣在力控PCAUTO里面添加I/O設備再在力控PCAUTO的實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)里面添加數(shù)據(jù)庫點。組態(tài)完成后的畫面如下：1.5.3DDE方式取IFIX的數(shù)IFIX軟件支持微軟的DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換，我們設計的是在崗位的從監(jiān)控機上安裝一套力控，用力控通過DDE方式和IFIX進行數(shù)據(jù)交互，然后利用力控PCAUTO的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)源功能，從服務器上間接取到IFIX的實時數(shù)據(jù)。首先必須啟動IFIX里面的一個DDEServer模塊，把這個模塊設置成隨IFIX同時啟動，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DDE的I/O設備：再在力控PCAUTO的實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)里面添加數(shù)據(jù)庫點。組態(tài)完成后的畫面如下：1.5.4NETDDE方式取INTouch的數(shù)據(jù)Netdde是通過網(wǎng)絡借助DDE進行數(shù)據(jù)交互的一種方式，在使用Netdde之前，必須對2臺計算機進行DDE的一些相關(guān)配置，添加DDE共享、信任共享設置等，具體設置見下圖：再在力控PCAUTO的實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)里面添加數(shù)據(jù)庫點。組態(tài)完