基于ControlLogix的控制系统与信息应用系统的几种通信方式的研究

神华黄骅港务有限责任公司 李泽琦

基于ControlLogix的控制系统与信息应用系统的几种通信方式的研究

神华黄骅港务有限责任公司 李泽琦

美国罗克韦尔公司的ControlLogix系统广泛应用于大中型工厂的控制系统中，上层的信息系统为了获得控制系统中的数据需要与其进行数据通信。本文介绍了三种不同的通信方式，并分析每种通信方式的优缺点，为信息系统的构建提供了参考依据。

ControlLogix；通信方式；研究

1.引言

ControlLogix系统是美国罗克韦尔公司开发的第三代PLC产品，由于其出色的性能和稳定性，被广泛的应用于大中型工厂的控制系统中。随着信息技术的快速发展，为了便于管理和决策，大多数工厂都在控制系统的上层建设了各种信息应用系统。为了获得设备和生产中的相关信息，大部分信息应用系统都会和下层的控制系统进行通信，获取控制系统中的数据。本文主要分析几种信息应用系统与控制系统的通信方式，讨论各种方式的实现原理及优缺点，为信息应用系统的构建提供一个参考依据。

2.基于传统OPC的通信方式

在现有大多数的信息应用系统与控制系统的通信方案中，大多数是用OPC技术实现的的。该技术是一个工业标准，它是世界范围内工业控制领域的几家核心公司与微软公司合作定制的。在工业控制领域的大部分厂商都为其硬件开发了遵循这一标准的软件接口程序。

罗克韦尔公司遵循传统该标准为其销售的工业控制系统实现了一套数据通信接口，并集成在罗克韦尔的组态软件和通信接口软件中，在计算机中安装了该软件，就可以使用该接口与工业控制系统进行通信。并且使用该接口可以和罗克韦尔公司的多种工业控制系统通信，而且通信接口的使用方式是一致的。在这种情况下，如果要更换底层的控制系统就不会再使用其他的接口，系统移植的软件成本较低。一般情况下使用该接口通信的具体应用系统，信息应用系统要在装有该接口软件的计算机中运行一个服务，在这个服务中，软件开发者要使用微软公司的组件对象模型技术，动态的创建一个接口服务对象，通过该接口服务对象查询到其支持的数据访问实现，通过该服务定时通过接口读取控制系统的数据，并将读取到的数据存入数据库中，信息应用系统通过访问数据库获得控制系统的数据。

该标准最初是在上世纪九十年代年发布的。因此这种标准有着那个时代的局限性。首先这种标准是基于微软的视窗操作系统平台定制的标准，只用运行在该操作系统之上的应用程序才能使用这种接口，在非平台的信息应用系统将无法使用该接口。其次OPC标准的远程调用访问基于微软的动态组件对象模型技术，不适于在复杂的网络环境下应用。最后，通过编程实现的数据接口不利于维护，当需要访问的控制系统数据点数发生变化时需要对程序进行修改并重新编译发布。

因此，传统的OPC方式，适用于小型的数据量不大，数据交互频繁，但数据点的个数不经常变化的信息应用系统。

3.基于罗克韦尔Transaction Manager软件的通信方式

为了应对大规模的数据交互，罗克韦尔公司专门开发了用于工业控制系统与企业信息系统进行数据交互的软件，该软件称为Transaction Manager，该软件是运行企业所要进行集成和建立解决方案的理想平台。

该软件不直接与工业控制系统的控制器处理器进行通信，它位于类似OPC接口软件的上层，它的底层可以使用OPC接口，也可以使用罗克韦尔公司为其工业控制系统专门开发的Live Data接口，使用该接口可以更方便快捷的与罗克韦尔自家生产的工业控制系统通信，通信效率更高，稳定性也更高。同时，当需要与其他厂家生产的工业控制系统进行通信时就可以使用更加通用的OPC接口软件。通过使用该软件就不需要再单独开发专门的数据交换服务程序，仅需要对该软件进行配置，将工业控制系统中的点位标签直接映射到关系数据库的表中的字段即可。这样上层的信息系统的应用程序不必要去关心底层数据交互的实现，仅仅是像一般情况下直接去访问关系型数据库，就可以获得底层的工业控制系统中各个点位标签的状态信息。同时该软件还支持双向的通信，上层的企业信息应用系统既可以通过读取关系型数据库从中获取工业控制系统中的数据信息，也可以通过通过特定的操作如关系型数据库中的存储过程等方式将必要的信息写入关系型数据库中，该软件可以可以通过配置将该存储过程绑定，当检测到该存储过程执行时，该软件就获得该存储过程执行处理的结果数据将这些数据通过罗克韦尔专用的实时数据接口或OPC软件接口将数据写入到罗克韦尔的工业控制系统中或者其他厂商的工业控制系统中去。该软件支持在线修改配置，当需要传输的数据需要变更时，并不需要停止该软件运行的服务，其他需要传输的数据并不受影响，这样可以避免数据的丢失，提高系统运行的连续性。该软件也支持将下层的通信接口进行冗余，在启用冗余配置的情况下，该软件可以同时连接多个用于连接同一工业控制系统的数据接口，并将其中一个作为主要的接口，当该软件检测到当前主要的数据通信接口数据通信出现异常时，该软件会自动的切换数据通信接口，将另外的备用冗余的数据通信接口作为主要接口，使用该接口进行数据通信，从而保证数据通信的不间断型，提高数据质量。

该软件是罗克韦尔公司专门为了大规模的实时数据的传输而设计的，对实时的数据传输有较好的支持，然而，当传输的数据量较大，传输的信息经常变化时，其上层的关系型数据库就要承受较大的存储压力，因此，上层的关系型数据库大多仅存储一段时间内的数据，当数据量过大时，上层的信息系统会将之前的历史数据删除。因此，使用该软件不能保存较长的历史数据。

因此，Transaction Manager软件适用于需要大规模的访问低层控制系统中的数据，数据的交互比较频繁，但不需要保存较长时间历史纪录的信息应用系统。

4.基于历史数据库的通信方式

历史数据库的正式名称是FactoryTalk Historian SE。是罗克韦尔公司FactoryTalk软件系统家族中的一部分，但是其历史数据库的软件核心是OSISoft公司开发的PI系统，该系统广泛应用于电力系统和其他工业信息化系统。

历史数据库系统，在系统层面上可以分为四个部分包括数据采集部分，数据处理存储部分，数据管理查询及应用接口部分。其中数据采集部分负责从PLC系统采集数据并将采集到的数据发送给数据处理存储部分。与同样是基于FactoryTalk平台的Transaction Manager一样，历史数据库系统的数据采集接口服务既可以使用罗克韦尔专用的实时数据服务接口来采集罗克韦尔公司生产的工业控制系统中的数据，同时也可以使用更为通用的OPC服务接口来采集其他厂商生产的工业控制系统中的数据。数据处理存储部分将接收到的数据进行过滤压缩等处理并按特定的格式存储。对于高频率的数据采集，如果不对采集过的数据进行处理而直接进行存储的话，系统的存储空间将很快会被耗尽。为了更有效率的存储采集到的数据，历史数据库的数据存储系统会将从数据采集部分接收到的数据安装用户的配置进行过滤，将过滤后的数据采用特殊的格式进行压缩存储，使用这种格式既能保证快速的读取数据又不比浪费过多的存储空间。数据管理查询部分包括一些外围的软件，通过这些软件连接到历史数据库服务器对数据库进行配置和查询数据库中的数据；比如使用这些软件可以配置历史数据库需要采集工业控制系统中的那些点位信息，这些点位需要怎样的压缩精度和采集频率，通过这些软件还可以快速的查询历史数据库中存储的点位标签的历史数据。应用接口部分是第三方应用程序访问历史数据库的程序库，第三方应用程序可以通过该接口连接到历史数据库服务器，获取其中的历史数据。第三方应用程序可以通过OPC ，OLE DB，JDBC，WebService等多种常见的应用程序编程接口进行数据访问，不必限制第三方软件的应用平台和编程语言，从而提高系统的可访问性。

在历史数据库系统中，为了加快数据的存储访问速度，历史数据都是按照时间序列进行存储的，数据和数据之间没有强的关联性。当需要进行复杂的关联比较时需要在应用程序中编写复杂的业务逻辑算法。当企业信息系统的业务逻辑比较复杂时，仅仅应用历史数据库系统软件的编程工作量是比较大的。

因此，历史数据库系统适应于对低层的控制系统的数据访问量大，并且需要存储较长时间的历史数据，业务逻辑相对简单的信息应用系统。

5.总结

以上介绍了企业信息通过三种不同的接口或系统对低层的工业控制系统进行访问的通信方式，这三种方式都有着各自的优点和缺陷。这些优点和缺陷是因为每种方式都有不同的侧重点和应用目的，而随着信息系统的发展，其应用目的和场景往往不再单一。因此，在复杂的企业信息系统中应该根据这三种通信方式的特点根据实际情况来结合使用。