OPC技术在板坯连铸机SCADA系统中的应用

1 引言
　　当今的工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方向发展，通信已成为其中关键的一个方面。控制系统的信息化使得用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。同时，随着Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架。当现场智能设备将现场信息通过工业以太网传至监控计算机后，存在着信息共享与交互的问题，这种信息网络存在协议上的鸿沟就会导致出现“自动化孤岛”。而OPC技术的出现则解决了控制系统突破“信息孤岛”的瓶颈问题。
　　OPC（用于过程控制对象的链接和嵌入）是工业自动化过程中数据交换的微软架构体系标准。OPC以OLE/COM/DCOM机制为通信标准，OPC采用打的客户机/服务器体系结构，是目前工业控制软件中广泛采用的一项技术。OPC服务器程序的主要功能是收集现场设备数据信息，并通过标准OPC接口传送给OPC客户端。
　　符合OPC标准的客户端程序可以访问来自任何生产厂商所提供的符合OPC标准的服务器程序，正是这种开放性与通用性，使OPC在自动化控制系统中得到了很大的应用。随着支持OPC的监控组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集成为SCADA系统中更合理的选择。济钢第三炼钢厂2002年从VAI引进的板坯连铸机的L1级SCADA软件FactoryLink 7中就应用了OPC技术实现数据的通信传输。
2 OPC在FactoryLink 7中的网络与程序
　　2.1 SCADA软件 FactoryLink 7的网络结构
　　FactoryLink 7是一种建立在微软操作系统上的专用的SCADA(监控与数据采集)产品，他建立在微软分布式Internet标准结构（DNA）上。FactoryLink 7环境是一种基于Microsoft 的DNA标准的Client/Server系统，为一种多层次Client/Server系统。它是一个两层系统：用户界面在第一层（客户端），而事件过程和数据存储器在另一层（服务器）。如图1所示，FactoryLink 7与 Windows DNA三层标准的对应关系为：

（1）用户界面 ：FactoryLink 7 Client；

（2）事件过程 ：FactoryLink 7 Server；

（3）数据存储器：SQL Server或其他据库产品和PLC。

图1 FactoryLink 7的网络结构示意图

2.2 FactoryLink 7的程序结构
　　SCADA软件为了实现实时多任务控制，需要使数据采集与传输、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、实时通信等多个任务在同一台计算机上同时运行。实时数据库作为整个SCADA系统的核心组件，它无缝地集成了数据库与实时性，是记录实时过程的历史数据、连接自控设备实现自动监控、通过数据库网络功能构建分布式应用系统的关键。因此，如何确保实时数据库系统与图形界面系统以及现场设备的数据交换，成为衡量一个SCADA系统性能好坏的关键因素。
　　在济钢第三炼钢厂板坯连铸机的L1级SCADA系统中，Factorylink的标准开放式总线体系提供了一个全局性实时数据库（RTDB）。它的主要功能就是存储应用程序数据和支持内部任务之间的通信。而实时数据库存储的数据主要来自三个方面：外部设备（比如PLC）、内部任务计算得到数据、由键盘或者图形屏幕手动输入的数据。在数据被存储在实时数据库之后，其他任务才可以访问和维护这些数据。因为OPC已经被组合到Microsoft Windows DNA三层标准中，这就使FactoryLink 7的实时数据库建立在OPC规范之上，所有OPC客户都可以方便的与它实现数据的交互。
　　FactoryLink 7作为一种实时多任务系统，为了实现这三层之间的数据通信，采用了2个任务：OPC Server 任务和OPC Client任务。 通过对这两个任务的配置就可以完成在过程控制硬件和软件之间数据通信，从而实现实时数据库数据信息的操作与处理。如图2所示，即为FactoryLink 7中实时数据库与客户端画面和现场PLC数据源进行OPC通信的示意图。

图2 实时数据库的OPC通信示意图

　　3 FactoryLink 7中OPC的应用
　　3.1 FactoryLink 7 的OPC Server 任务
　　FactoryLink 7 OPC Server是一种输出的过程服务，且在它所属的FactoryLink 7任务空间中运行。这个服务器任务能使FactoryLink 7应用程序通过OPC接口提供数据给实时数据库，并经过实时数据库提供给其他应用程序使用。济钢第三炼钢厂板坯连铸机L1级SCADA系统采用了C/S分布式系统，所以 FactoryLink 7 OPC服务器任务设计为在网络环境中执行。而FactoryLink 7应用程序仅作为一个OPC客户端起作用。因为OPC服务器任务是在后台操作的，所以对它来说没有配置要求和用户接口。需进行以下两个工作既可：
　　（1）在Server侧，启动OPC Server，使其工作起来。
　　（2）在Client侧，将数据服务器指向OPC Server所在的服务器。
　　3.2 FactoryLink 7 OPC Client任务
　　FactoryLink OPC Client任务可以在一个 FactoryLink 应用程序中用于从第三方的OPC Server中读/写数据。在配置过程中，需要指明哪个第三方的OPC Server将被配置到该OPC Client任务上，以及在第三方的OPC Server内通过指定的数据标签组来链接的FactoryLink标签。在应用程序启动时，OPC Client任务将启动第三方的OPC Server，一旦第三方的OPC Server被投入运行，OPC Client任务将接受在配置窗口中定义的每一个组。OPC Client任务然后将从第三方的OPC Server接收OPC数据并存储这些数据到合适的FactoryLink 标签。
　　济钢第三炼钢厂板坯连铸机L1级SCADA系统中采用的第三方的OPC Server为Siemens SIMATIC NET OPC Server，该OPC服务器用于和设备级的Siemens S7-400 PLC进行通信。S7系列PLC与SCADA软件是通过S7协议的方式通信的，而FactoryLink 为非Siemens的第三方监控软件，因此需要在FactoryLink服务器中组态Siemens的虚拟PC站，以便于配置Siemens SIMATIC NET OPC服务器。通过组态Siemens SIMATIC NET OPC服务器，就可以使Siemens S7-400 PLC中的控制数据与OPC Server 中的OPC标签进行数据交互。
　　OPC Explorer是用于配置FactoryLink OPC Client任务的工具，它允许浏览在OPC Server中定义的OPC标签，并可以映射这些标签为FactoryLink标签。一旦你已经选择了一个OPC标签作为映射，那么OPC浏览器将允许建立一个FactoryLink 标签以保持那个OPC标签项目中的值。
　　在OPC协议下，标签被组织在组中。OPC浏览器允许你去定义这些组（每一个组必须是唯一的），然后你可以定义FactoryLink标签建立这个组。最后，使用OPC 浏览器去映射合适的OPC标签到FactoryLink标签。如图3所示。一旦这个组被连接了，OPC标签可以经过FactoryLink标签属性对话框进行修改。

图3 FactoryLink中的 OPC Explorer

5 结束语
　　OPC技术支持分布式应用和异构环境下软件的无缝连接和软件的互操作性，使现场控制设备层、自动化层以及组态软件层之间的协同工作成为了可能．并且提供了工业自动化应用领域的统一数据传输平台，使异构系统之间的数据交换更为方便。这样大大提高了控制系统的互操作性和适应性。
　　济钢第三炼钢厂板坯连铸机的SCADA系统中采用OPC技术进行数据交换，不仅保证了系统的快速响应性能，也具有实时性好的特点。自投入运行以来，该系统的各项性能指标均远高于工艺设备要求。为第三炼钢厂板坯连铸机的顺利运行创造了良好的条件。