PID优化整定系统中OPC接口的研究与应用（2）_PID_优化整定系统

PID优化整定系统中OPC接口的研究与应用（2）

2010/10/9 11:34:00

4、PID优化整定系统OPC接口的架构与实现

　　4.1 PID优化整定系统的软、硬件结构

　　PID优化整定系统的硬件为一台装有OPC接口客户端程序的PC机，根据实际情况分别采用添加网卡或使用路由器的方式接入到控制系统的工程师站上，使PID优化整定系统与工程师站处在同一局域网内。如果原有的工程师站上配有双网卡，则直接使用网线与工程师站连接；如果没有双网卡，或不方便接入的，则添加路由器，将两台机器接入同一网内。

　　图2 系统网络结构图

　　PID优化整定系统的软件是指优化整定PC机上装有的自行开发的PID优化整定软件。数据采集的通讯接口方式使用OPC自动化接口方式，数据采集所搭建的环境结构如图2所示。

　　4.2 OPC接口的实现

　　由图2可以看出，整个系统的服务器端采用DCS提供的OPC接口，在工程师站上放置使用OPC数据访问接口编写的OPC应用程序，它主要有两个方面的功能：一是作为控制系统的客户端，连接下位机与上位机，读取现场数据；二是作为PID优化整定系统的服务器端，连接PID优化整定系统与下位机，将数据读取到PID优化整定站，供后期数据计算使用。而数据采集部分的客户端，则放置在PID优化整定站，是使用VB语言，按照OPC自动化访问接口编写的应用程序。读取数据后，将相关数据保存在Access数据库中，以便于以后随时查询使用。在全部数据读取过程中，应用的网络协议主要为TCP/IP协议。

　　4.2.1 OPC服务器端的实现

　　根据不同工厂DCS设备或者工程师站操作系统的具体情况，服务器端分别采用两种接口方式，即自动化接口和自定义接口编写服务器端程序。例如，对于YOKOGAWA CS3000 DCS，采用的是VB编写的自动化接口方式；对于ROSEMOUNT DELTA V DCS采用的是C++编写的自定义接口方式。

4.2.2 OPC客户端的实现

　　客户端的主要实现方式是OPC自动化接口方式，使用VB编写应用程序。对于工厂各装置回路中pv（实测值）、sv（设定值）、mv（阀门开度）参数的采集使用同步通讯的方式；而对于回路控制的自动、手动情况的采集则使用订阅通讯的方式，即在参数（控制状态）发生改变时主动通知客户端程序。 OPC数据访问对象由分层结构组成，它由上而下包括OPC服务器对象（OPCServer）、组对象（OPCGroup）、项对象（OPCItem），在设计OPC客户端程序时，基本按照以上顺序进行连接。对于OPC自动化接口方式，OPC基金会专门为它的开发提供了“自动化包装器” OPCDAAuto.dll，在编写程序前，应该首先在VB项目中引用该动态链接库，这样才能调用 OPC自动化规范中定义的属性、方法和事件。客户端程序设计的基本步骤如下：

　　（1）在VB工程中添加对OPCDAAuto.dll的引用。

　　（2）声明OPC对象。

　　（3）连接OPC服务器，创建OPC对象。设计时需要调用OPC服务器对象的“Connect” 方法，和OPC服务器建立连接。之后，用OPC服务器对象的“OPCGroups”属性生成一个组集合，再调用“Add”方法在OPC组集合中添加新的OPC组。最后，在对OPC服务器进行访问前，要使用“OPCItems”属性生成项集合，并使用“Add”添加新的OPC项。

　　（4）读取数据。对于装置回路PID参数采集采用同步读取方式，对于装置回路的控制状态采集采用订阅读取方式；最多可同时读取16条回路的参数。

　　（5）删除OPC对象，断开与服务器的连接。连接着OPC服务器的OPC应用程序，在退出之前必须断开与OPC服务器的连接。否则，OPC服务器不知道OPC应用程序的退出，计算机资源就一直不能被释放，长此以往，会造成计算机资源枯竭而产生严重问题。断开连接时，使用“Disconnect”方法；并将OPCItems、OPCGroup和OPCServer都置为Nothing，删除对象。

　　4.3 数据存储及导出的实现

　　为了给后期PID优化整定提供大量完整的数据，在数据采集过程中需要将大量数据保存在Access数据库中，以备使用。由于同时读取多条回路，数据量很大，为避免在最后保存数据时由于数据量过大而造成时间过慢，甚至是死机现象，设计时采取每读取30个数据自动保存一次的方法。另外，在把数据导出到Excel过程中，由于Excel自身的限制，一张Sheet保存的数据有限，为了避免数据溢出，设计成每保存一定数据自动生成一张新的Sheet进行存储。

　　5、结束语

　　以OPC为接口通讯方式的数据采集模块是PID优化整定系统的基础，该模块及整个PID 优化整定系统的设计都相对独立于现场工程师站，使用OPC通讯也只进行读操作而不进行写操作。该设计的好处是，既能使两台机器互相没有影响，又能使客户端采集到全部DCS数据。鉴于石油化工企业的重要性，数据采集只读不写，具有较好的安全性，可以保证原系统数据的安全和纯洁，也避免了数据错误造成的影响，保证了生产的安全。目前，PID优化整定系统经过实验室长期检验，已经稳定的运行于国内许多石油化工企业中，且运行状况良好。现在，绝大多数工控厂商为实现系统的开放性，其DCS都提供了OPC接口。同时，OPC 基金会也在不断推出新的产品，从OPC DA到OPC XML-DA，再到OPC UA。OPC必然会向更为广泛的跨语言、跨平台、企业级的方向发展。