PID優(yōu)化整定系統(tǒng)中OPC接口的研究與應(yīng)用（2）
4、PID優(yōu)化整定系統(tǒng)OPC接口的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)
4.1 PID優(yōu)化整定系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)
PID優(yōu)化整定系統(tǒng)的硬件為一臺裝有OPC接口客戶端程序的PC機(jī)，根據(jù)實(shí)際情況分別采 用添加網(wǎng)卡或使用路由器的方式接入到控制系統(tǒng)的工程師站上，使PID優(yōu)化整定系統(tǒng)與工程 師站處在同一局域網(wǎng)內(nèi)。如果原有的工程師站上配有雙網(wǎng)卡，則直接使用網(wǎng)線與工程師站連 接；如果沒有雙網(wǎng)卡，或不方便接入的，則添加路由器，將兩臺機(jī)器接入同一網(wǎng)內(nèi)。
圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
PID優(yōu)化整定系統(tǒng)的軟件是指優(yōu)化整定PC機(jī)上裝有的自行開發(fā)的PID優(yōu)化整定軟件。數(shù) 據(jù)采集的通訊接口方式使用OPC自動化接口方式，數(shù)據(jù)采集所搭建的環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖2所示。
4.2 OPC接口的實(shí)現(xiàn)
由圖2可以看出，整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)器端采用DCS提供的OPC接口，在工程師站上放置使 用OPC數(shù)據(jù)訪問接口編寫的OPC應(yīng)用程序，它主要有兩個(gè)方面的功能：一是作為控制系統(tǒng)的 客戶端，連接下位機(jī)與上位機(jī)，讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)；二是作為PID優(yōu)化整定系統(tǒng)的服務(wù)器端，連 接PID優(yōu)化整定系統(tǒng)與下位機(jī)，將數(shù)據(jù)讀取到PID優(yōu)化整定站，供后期數(shù)據(jù)計(jì)算使用。而數(shù) 據(jù)采集部分的客戶端，則放置在PID優(yōu)化整定站，是使用VB語言，按照OPC自動化訪問接口 編寫的應(yīng)用程序。讀取數(shù)據(jù)后，將相關(guān)數(shù)據(jù)保存在Access數(shù)據(jù)庫中，以便于以后隨時(shí)查詢使 用。在全部數(shù)據(jù)讀取過程中，應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要為TCP/IP協(xié)議。
4.2.1 OPC服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)不同工廠DCS設(shè)備或者工程師站操作系統(tǒng)的具體情況，服務(wù)器端分別采用兩種接口 方式，即自動化接口和自定義接口編寫服務(wù)器端程序。例如，對于YOKOGAWA CS3000 DCS， 采用的是VB編寫的自動化接口方式；對于ROSEMOUNT DELTA V DCS采用的是C++編寫的 自定義接口方式。
4.2.2 OPC客戶端的實(shí)現(xiàn)
客戶端的主要實(shí)現(xiàn)方式是OPC自動化接口方式，使用VB編寫應(yīng)用程序。對于工廠各裝 置回路中pv（實(shí)測值）、sv（設(shè)定值）、mv（閥門開度）參數(shù)的采集使用同步通訊的方式； 而對于回路控制的自動、手動情況的采集則使用訂閱通訊的方式，即在參數(shù)（控制狀態(tài)）發(fā) 生改變時(shí)主動通知客戶端程序。 OPC數(shù)據(jù)訪問對象由分層結(jié)構(gòu)組成，它由上而下包括OPC服務(wù)器對象（OPCServer）、 組對象（OPCGroup）、項(xiàng)對象（OPCItem），在設(shè)計(jì)OPC客戶端程序時(shí)，基本按照以上順 序進(jìn)行連接。對于OPC自動化接口方式，OPC基金會專門為它的開發(fā)提供了“自動化包裝器” OPCDAAuto.dll，在編寫程序前，應(yīng)該首先在VB項(xiàng)目中引用該動態(tài)鏈接庫，這樣才能調(diào)用 OPC自動化規(guī)范中定義的屬性、方法和事件?？蛻舳顺绦蛟O(shè)計(jì)的基本步驟如下：
（1）在VB工程中添加對OPCDAAuto.dll的引用。
（2）聲明OPC對象。
?。?）連接OPC服務(wù)器，創(chuàng)建OPC對象。設(shè)計(jì)時(shí)需要調(diào)用OPC服務(wù)器對象的“Connect” 方法，和OPC服務(wù)器建立連接。之后，用OPC服務(wù)器對象的“OPCGroups”屬性生成一個(gè)組 集合，再調(diào)用“Add”方法在OPC組集合中添加新的OPC組。最后，在對OPC服務(wù)器進(jìn)行訪 問前，要使用“OPCItems”屬性生成項(xiàng)集合，并使用“Add”添加新的OPC項(xiàng)。
?。?）讀取數(shù)據(jù)。對于裝置回路PID參數(shù)采集采用同步讀取方式，對于裝置回路的控制 狀態(tài)采集采用訂閱讀取方式；最多可同時(shí)讀取16條回路的參數(shù)。
?。?）刪除OPC對象，斷開與服務(wù)器的連接。連接著OPC服務(wù)器的OPC應(yīng)用程序，在退 出之前必須斷開與OPC服務(wù)器的連接。否則，OPC服務(wù)器不知道OPC應(yīng)用程序的退出，計(jì)算 機(jī)資源就一直不能被釋放，長此以往，會造成計(jì)算機(jī)資源枯竭而產(chǎn)生嚴(yán)重問題。斷開連接時(shí)， 使用“Disconnect”方法；并將OPCItems、OPCGroup和OPCServer都置為Nothing，刪除對象。
4.3 數(shù)據(jù)存儲及導(dǎo)出的實(shí)現(xiàn)
為了給后期PID優(yōu)化整定提供大量完整的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集過程中需要將大量數(shù)據(jù)保存 在Access數(shù)據(jù)庫中，以備使用。由于同時(shí)讀取多條回路，數(shù)據(jù)量很大，為避免在最后保存數(shù) 據(jù)時(shí)由于數(shù)據(jù)量過大而造成時(shí)間過慢，甚至是死機(jī)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)采取每讀取30個(gè)數(shù)據(jù)自動保 存一次的方法。另外，在把數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel過程中，由于Excel自身的限制，一張Sheet保存 的數(shù)據(jù)有限，為了避免數(shù)據(jù)溢出，設(shè)計(jì)成每保存一定數(shù)據(jù)自動生成一張新的Sheet進(jìn)行存儲。
5、結(jié)束語
以O(shè)PC為接口通訊方式的數(shù)據(jù)采集模塊是PID優(yōu)化整定系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該模塊及整個(gè)PID 優(yōu)化整定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都相對獨(dú)立于現(xiàn)場工程師站，使用OPC通訊也只進(jìn)行讀操作而不進(jìn)行寫 操作。該設(shè)計(jì)的好處是，既能使兩臺機(jī)器互相沒有影響，又能使客戶端采集到全部DCS數(shù)據(jù)。 鑒于石油化工企業(yè)的重要性，數(shù)據(jù)采集只讀不寫，具有較好的安全性，可以保證原系統(tǒng)數(shù)據(jù) 的安全和純潔，也避免了數(shù)據(jù)錯(cuò)誤造成的影響，保證了生產(chǎn)的安全。目前，PID優(yōu)化整定系 統(tǒng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室長期檢驗(yàn)，已經(jīng)穩(wěn)定的運(yùn)行于國內(nèi)許多石油化工企業(yè)中，且運(yùn)行狀況良好。 現(xiàn)在，絕大多數(shù)工控廠商為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性，其DCS都提供了OPC接口。同時(shí)，OPC 基金會也在不斷推出新的產(chǎn)品，從OPC DA到OPC XML-DA，再到OPC UA。OPC必然會向 更為廣泛的跨語言、跨平臺、企業(yè)級的方向發(fā)展。
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