OPC技術(shù)在化工生產(chǎn)管理網(wǎng)上的應(yīng)用

黃玉賓

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司 河北 唐山 063000）

1 引言

近年來生產(chǎn)管理網(wǎng)的引入為工藝車間管理人員、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)管理人員以及公司領(lǐng)導(dǎo)帶來了極大的便利，生產(chǎn)管理網(wǎng)平臺搭建是基于DCS平臺、PLC平臺進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，通過OPC通訊技術(shù)與DCS的OPC端口進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，將數(shù)據(jù)上傳到公司管理平臺。

2 生產(chǎn)管理網(wǎng)

生產(chǎn)管理主要包括制定生產(chǎn)計劃、把握材料的供給情況、監(jiān)控生產(chǎn)指標(biāo)、跟蹤生產(chǎn)進(jìn)度、計算產(chǎn)能、計劃出貨。生產(chǎn)部根據(jù)公司營銷部門計劃制定本公司的生產(chǎn)計劃，否則會出現(xiàn)產(chǎn)銷脫節(jié)現(xiàn)象。生產(chǎn)部根據(jù)生產(chǎn)計劃安排各工藝車間的物料投入量，生產(chǎn)部門必須及時跟蹤數(shù)據(jù)指標(biāo)，比較生產(chǎn)進(jìn)度。生產(chǎn)中每8h將生產(chǎn)實際產(chǎn)量與計劃作比較，工藝技術(shù)人員以及生產(chǎn)管理人員分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及對比生產(chǎn)參數(shù)，原來數(shù)據(jù)信息來自筆跡報表或到現(xiàn)場查看歷史趨勢，現(xiàn)采用OPC平臺能夠及時發(fā)現(xiàn)指標(biāo)缺口，制定有效地補救措施。作為化工企業(yè)要實現(xiàn)物料的連續(xù)控制，對其工藝指標(biāo)要求非常嚴(yán)格。例如氯堿行業(yè)電解工段物料的投入量與電解電流大小密切相關(guān)；轉(zhuǎn)化合成工段對物料的配比要求十分嚴(yán)格；對于聚合釜反應(yīng)過程各種助劑的使用量，反應(yīng)時釜溫、釜壓指標(biāo)的掌握至關(guān)重要。指標(biāo)的控制不僅僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，更重要的是安全生產(chǎn)。掌握質(zhì)量不僅要求生產(chǎn)管理人員了解異常工藝指標(biāo)，而且要不斷有效地跟蹤和改進(jìn)工藝指標(biāo)。然而，生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)恰恰提供了這個便利，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示、歷史趨勢查詢、班次報表形成。

生產(chǎn)管理網(wǎng)主要通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，交換機、網(wǎng)線、光纖搭建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，見圖1。

圖1 生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3 化工行業(yè)控制系統(tǒng)

石油化工企業(yè)普遍應(yīng)用的控制系統(tǒng)有DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）、PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），它們主要實現(xiàn)設(shè)備集中控制分散管理。國內(nèi)外大型控制系統(tǒng)能夠滿足2000～5000個測量點和控制點位。實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，能夠滿足一些復(fù)雜控制程序，如比值控制、串級控制、分程控制、順序控制等。但早期的DCS控制管理系統(tǒng)研究大多是封閉系統(tǒng)，無法與外部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放接口，難以達(dá)到提高企業(yè)會計信息化和管控一體化的發(fā)展能力要求[1]。

4 OPC服務(wù)端口數(shù)據(jù)通訊及OPC服務(wù)硬件、軟件組成

4.1 OPC服務(wù)端口數(shù)據(jù)通訊

OPC（OLE for Process Control）協(xié)議的出現(xiàn)，為我們提供一套滿足工業(yè)控制要求的通信接口規(guī)范，它是通過一個標(biāo)準(zhǔn)型的開放接口可以更加靈活地進(jìn)行信息交互管理，滿足企業(yè)數(shù)據(jù)采集控制環(huán)境系統(tǒng)的相互操作性和兼容性[2]。

OPC服務(wù)器可以與不同供應(yīng)商進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用通訊代碼訪問DCS工程師站、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。DCS、SIS、PLC的OPC端口對于OPC客戶端程序來說是透明的。首先通過設(shè)置開放DCS、SIS、PLC的OPC端口，才能與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其次，OPC客戶端要按照OPC標(biāo)準(zhǔn)或方法讀取服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。OPC軟件開發(fā)商只要將自己的軟件加上OPC接口，就能從DCS工程師站中讀取任何類型的數(shù)據(jù)包括開關(guān)量數(shù)據(jù)、模擬量輸入數(shù)據(jù)、模擬量輸出數(shù)據(jù)，甚至流量的累計量，根本不用關(guān)心DCS和PLC的硬件結(jié)構(gòu)，以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。OPC客戶端程序可以與不同DCS和PLC服務(wù)器OPC端口建立連接，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫集成。

OPC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為石油化工企業(yè)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)提供了很大的幫助。OPC技術(shù)僅依賴于一套服務(wù)器硬件系統(tǒng)，有效地分離了應(yīng)用軟件。所有OPC客戶端程序都可以使用這些組件，如果系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)升級，只需更改OPC服務(wù)器端I/O接口組成部分，無需更改客戶端應(yīng)用程序。

訪問OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)的方式主要有三種:同步、異步和訂閱。由于生產(chǎn)管理網(wǎng)對數(shù)據(jù)實時監(jiān)控要求并不是很嚴(yán)格，正常OPC服務(wù)器程序每隔3～5s刷新客戶端OPC，判斷DCS數(shù)值是否超出一定偏差范圍，如果超出偏差范圍變化則將變化后的數(shù)據(jù)發(fā)送給OPC服務(wù)器，如果沒有超出則數(shù)據(jù)不更新。這種訪問方式屬于異步通訊方式，具有較高的通信效率，從而減小數(shù)據(jù)存儲以及運算。

DCS和PLC系統(tǒng)是各個化工企業(yè)控制的核心部分，是每一個石油化工企業(yè)的大腦，數(shù)據(jù)丟失、控制失效是不允許的。作為OPC通信技術(shù)的關(guān)鍵點，它具有更好地安全性，可以保證原始系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和純度，避免數(shù)據(jù)錯誤的影響，保證生產(chǎn)的安全。以O(shè)PC為接口通信方式的數(shù)據(jù)采集只進(jìn)行讀操作，不能進(jìn)行寫操作。該設(shè)計能使兩臺機器之間相互存在，不會產(chǎn)生影響，客戶端進(jìn)行分析采集到全部DCS數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)防火墻，禁止將網(wǎng)絡(luò)病毒帶入生產(chǎn)局域網(wǎng)內(nèi)。

4.2 完整OPC服務(wù)系統(tǒng)硬件組成

OPC接口設(shè)計包括OPC服務(wù)器和OPC客戶端，其本質(zhì)是數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)用戶之間的橋梁。OPC服務(wù)器端主要由Web服務(wù)器、單向數(shù)據(jù)傳輸防火墻、雙機數(shù)據(jù)服務(wù)器、交換機組成。其中交換機的作用是分配各個交換機端口固定IP地址實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。雙機服務(wù)器作用是實現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)采樣組態(tài)，采樣數(shù)據(jù)通過單向防火墻發(fā)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器只能從雙機服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù)，不能向雙機服務(wù)器寫數(shù)據(jù)。保證DCS數(shù)據(jù)運行可靠?？蛻舳私涌诓糠种饕窃贒CS工程師站或PLC工程師站安裝OPC客戶端。通過設(shè)置參數(shù)開放DCS或PLC工程師站OPC端口，開發(fā)商安裝的OPC客戶端訪問DCS及PLC上OPC端口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)在我們應(yīng)用的許多DCS產(chǎn)品都集成了OPC服務(wù)器進(jìn)行端口，基于Windows操作統(tǒng)的橫河DCS、浙大中控DCS、西門子WINCC上位計算機軟件。OPC技術(shù)能與這些客戶端進(jìn)行互聯(lián)，具有很大的普遍性和實用性。

4.3 OPC服務(wù)器系統(tǒng)軟件組成

OPC服務(wù)器系統(tǒng)軟件主要由PI Server、PI Process Book、PI DataLink、PI System Management Tools、PI Interface構(gòu)成。PI Server主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔、實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢等功能。PI Process Book能夠繪制工藝流程圖與產(chǎn)生歷史趨勢圖、顯示數(shù)據(jù)實時界面。用戶點擊測點選擇趨勢圖窗口，自動彈出趨勢圖畫面，通過趨勢圖查看某段時間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過顏色的變化來反映設(shè)備的運行狀態(tài)。PI DataLink是 OSIsoft軟件為Microsoft Excel 做的一個附加項，可以將PI系統(tǒng)里數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到Excel表中做進(jìn)一步的分析進(jìn)行運算處理功能，同樣也可以通過電子數(shù)據(jù)表對系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行修改。PI系統(tǒng)管理工具是一個非常有用的測試工具，能夠與PI server建立連接，通過PI管理工具搜索測點。PI Interface俗稱PI接口，它是直接與進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以安裝在DCS工程師站上，也可以單獨安裝在接口機上。PI接口可以使用多個不同的時間頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，一個掃描頻率由時間和偏移量決定。每個軟件各有其功能，最終實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理、上傳顯示、歷史歸檔[3]。

5 結(jié)果

DCS和PLC為化工生產(chǎn)自動化提供了一個非常完美的平臺，它將原來落后生產(chǎn)技術(shù)變得先進(jìn)、可靠、安全。OPC技術(shù)的開發(fā)又一次為我們提供了一個開放型的接口平臺。從企業(yè)管理角度來說，OPC技術(shù)使企業(yè)管理卓有成效。