一种基于OPC DX技术的数据连接

李志梅，陈志峰，朱锦荣，姚汉生

（1.广东省自动化研究所，广东广州 510070；2.广州自来水公司，广东广州 510600）

0 引言

随着现代化控制技术和信息传输技术的不断发展，人们已经不再满足于单个控制系统或者信息系统，工控系统逐渐向系统集成的方向发展。系统集成（SI，System Integration），就是通过结构化的综合布线和计算机网络技术，将各个分离的设备、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理。因此，系统集成可以说是控制网与信息网的集成，实现网际间信息与资源的共享。实现控制网络与信息网络的紧密集成，为企业的优化控制、调度决策提供依据，是建立企业综合实时信息库的基础。通过控制网络与信息网络的结合，可以建立统一的分布式数据库，保证所有数据的完整性和互操作性；现场设备与信息网络实时通信，使用户通过信息网络中标准的图形界面随时随地了解生产情况；信息网络之间的实时通信，使子系统之间的数据共享成为可能，控制网络和信息网络的紧密集成也便于实现远程监控、诊断和维护功能。然而，在工控系统中，单个系统的运行效果无可挑剔，如何实现系统之间的数据的无缝连接，避免出现“信息孤岛”，实现信息的横向通信连接和纵向数据连接顺畅，使信息资源充分发挥信息在低层控制和高层管理决策中的主导作用，成为人们的普遍关注的话题。随着OPC 技术规范的提出，实现了信息的无缝通信和共享，在一定程度上解决了“信息孤岛”信息通信问题，使系统集成的问题有了初步的解决。

OPC 是OPC 基金会制定的一套以微软COM/DCOM[1]技术为基础的过程控制软件的互操作性规范。它是一种开放的标准，最终用户可自由选择能满足所需的硬件和软件，软件组件封装了对设备复杂的数据访问。OPC 的出现给过程控制系统应用程序之间的数据通信建立了一个接口标准，它能够通过基于PC 的软件组件将产品的物理I/O网络和协议与现场控制设备相连，将现场测控设备获取实时的数据通过接口与信息网络建立连接，进行信息数据的交换。基金会已经陆续公布的标准有：OPC DA （数据访问），OPC HAD（历史数据访问），OPC A&E （报警与事件），OPC Batch（批处理），OPC Security（安全），OPC Data exchange（数据交换）。这些OPC标准是在Windows 平台上运行的客户机和服务器之间交换数据，以及这些服务器与各种数据源（现场仪表、器件、数据库等）之间交换数据的接口标准[2]。

1 传统的OPC解决方案

以水行业的引水系统为例，作为原水系统的重要组成部分，系统设置了相对集中的运行调度控制中心，接受供水调度中心的宏观调度命令，并全面负责整个工程范围内从取水、输水、配水到受水的全过程输配水生产调度及安全生产各措施，以满足原水供应需求。系统一般包括泵站设备自动化监控系统（取水、配水）、原水管压力监测、水质监测与水质安全预警系统等子系统。由于各个子系统都应用了大量测量、监视或控制功能的数字智能仪表，这些仪表往往各自为政，自成一套系统，而且在地域上也比较分散。如何实现这些仪表的集中监视与控制，以及生产监控与企业管理之间顺畅有序的沟通和传递，从而实现整个系统的自动化，是在系统实施过程中需要首先解决的问题。鉴于上述问题，提出了基于OPC的解决方案。

在引水系统中，存在生产监控和企业管理之间的信息沟通和数据传递的问题。采用传统的OPC方式连接部分系统，其结构如图1所示。

图1 传统的OPC连接方式

如图1 所示，传统的OPC 连接方式，每个数据读取点都要建立一个连接，当连接逐渐增多时，会造成连接过多以及访问冲突等问题。尤其是当数据源和客户端可能位于不同的网段，甚至位于不同的局域网内。每个连接都要针对不同的通信协议开发相应的连接，增加了许多重复性的工作，消耗了大量人力物力。同时，在浏览数据时，对于OPC 规约来说，只要建立了正确的通信连接，就可以浏览OPC Server 上所有的Item，而这一点不利于数据的安全管理。

2 基于OPC DX连接的解决方案

针对以上问题，本文提出了基于OPC DX 连接的解决方案。

OPC 数据交换规范（OPC DX）于2003 年3 月5日发布，主要用于解决OPC 数据访问规范中的OPC 服务器之间的数据传输问题。OPC DX 是相对于OPC DA 的客户端—服务器通信模式而推出的服务器—服务器模式，提供了在以太网上服务器到服务器可互操作的数据通信方法，使不同系统之间可用相同的标准实时交换数据，其实质就是基于高速以太网的软件网关技术。由于不需要数据存储和发送这样的中间环节，所以不必担心不同协议间的转换问题，这样一个OPC 服务器就能直接与另一个OPC 服务器相连，使驻留在不同体系的现场总线控制器上的OPC 服务器之间数据可以直接交换。OPC DX标准向需要跨网络访问数据的用户提供了系统的互操作性，隐藏了网络技术的细节[3]。本系统采用KEPServer Ex V4.0作为实施软件，采用DX组件建立连接。

KEP Server EX 是行业内最好的OPC Server 之一。它采用了业界领先的驱动程序插件式结构，在1个服务器中嵌入100多种通信协议。它不仅支持主流的设备型号，还能通过下载新的驱动程序插件进行扩展[4]。

分析传统OPC 的连接方式，结合基于OPC DX的连接规范，设计如图2所示的连接方式。

由于取水、配水泵站位于不同的网段，而各个配水站和调度中心又位于不同的网络，为了解决不同网段和不同网络之间的数据通信，建立统一的数据接口，由数据接口采用OPC DX 方式将数据连接起来。

OPC DX 是OPC 服务器之间的数据连接，提供数据的一端为源数据端，接收数据的一端为目标端。鉴于数据安全需要，OPC DX的目标端建立两种方式。

（1）以本地的OPC 作为数据目标端，连接各个目标端都需要的数据，见图3。

图3 DX本地目标Server连接方式

（2）对于每个目标端所需要的不同的数据，直接以目标端做为数据目标端，建立连接，见图4。

图4 DX远程目标Server连接方式

在DX连接时，DX Source 和DX Target都有三种连接方式：Local Machine、Remote Machine 和Custom Remote Machine。Local Machine 可以浏览本地的OPC Server ；Remote Machine 可以浏览同一网段的远程的OPC Server；Custom Remote Machine可由用户自己定义数据源，连接到本地、远程的数据源。

在本系统中，数据接口和配水泵站监控系统在同一网段，与管网监测系统在统一局域网内但在不同网段。而取水泵站监控系统和配水泵站监控系统以及各水站和公司调度在不同的局域网内。各水站和公司调度室有公共的数据需求以及各自特殊的需求。

为了满足以上数据要求，如图5所示的DX连接环境，本系统做以下DX的配置：

（1）DX Source连接：配水泵站监控系统作为数据源时，直接在Remote Machine 里面浏览添加，这样可以直接找到节点和应用程序，避免造成连接错误。管网监测系统和取水泵站监控系统以及水质监测系统的连接则进行Custom Remote Machine。在Custom Remote Machine目录中，通过IP 或者计算机名查找节点对应的应用程序来添加数据源，浏览数据源提供的数据。

图5 DX 连接环境

（2）DX Target连接：对于各水站和公司调度室各自特殊的数据需求部分，分别以各自的节点作为DX Target。首先各水站和公司调度室建立需要的数据点，然后在DX Target 的Custom Remote Machine 目录中，通过IP 或者计算机名查找节点对应的应用程序来添加DX Target数据源。通过拖拉方式建立这部分Item 的DX 连接。对于各水站和公司调度室公用数据需求部分，首先在本地OPC Server 以内存数据的形式建立此部分数据，以本地OPC Server 作为DX Target连接。从而这部分数据连接是从源数据端与本地内存数据建立的连接。然后，本地OPC 作为OPC Server，各配水站和公司调度室作为OPC Client 进行数据连接。这样公用数据部分由数据接口的OPC 统一发布到各水站和公司调度端。

建立以上连接之后，在水站或者公司调度读取数据时，本地的OPC Server 可以直接提供特殊需求的数据。以OPC Client 的方式可以读取数据接口OPC Server提供的公共需求的数据。

3 应用

基于OPC DX 技术规范的数据连接方式应用于西江引水工程。西江引水项目工程系统设置泵站设备自动化监控系统、原水管压力监测、爆漏泄漏检测系统、管网动态水力模型分析及仿真系统、管网地理信息系统（GIS）、决策支持与专家调度系统、通信系统、调度系统、安防系统、水质监测与水质安全预警系统、WEB 发布等子系统。西江引水工程是一个多系统集成的工程，既有控制网和信息网直接的集成，也有信息网之间的通信需求。采用基于OPC DX 的连接，只要用于解决如何实现控制网络集中监视与控制，生产监控与企业管理之间顺畅有序的沟通和传递，从而实现整个系统的自动化的问题。

4 结论

在西江引水工程系统建设过程中，各子系统之间的通信采用OPC DX 连接方式，简化了系统结构，减少了开发工作量。实现了工程中各子系统之间横向数据通信和纵向数据通信的无缝连接。而且根据不同的数据需求，采用不同的连接方式，保证了数据传输的稳定性和安全性，使系统能够稳定、可靠地运行。在西江引水工程一年多的运行过程中，各系统之间数据连接稳定，为整个工程的安全、可靠、稳定运行提供了数据平台，更为数据库的完整性提供了很好的数据支持，得到了客户的认可。

［1］Blanco P M P A，Poli M A，Bar retto M R P.OPC and CORBA in manufacturing execution systems ［A］.Emerging Technologies and Factory Automat ion，2003.Proceedings.TFA.03.IEEE Conference ［C］.2003.50-57.

［2］唐春兰，王波.OPC-DX 技术在智能楼宇集成管理系统中的应用［J］.内江科技，2009（10）：11-13.

［3］李善宣，李建兵.基于OPC DX 的多总线控制系统集成［J］.石油化工自动化，2006（02）：57-60.

［4］宁鸥，阳世荣，夏伟，等.OPC 技术在舰船综合平台管理系统中的应用研究［J］.中国舰船研究，2011，6（4）：75-82.