浅析工控系统利用OPC接口的数据传输

史瑶华

[摘    要 ]本文以公司某生产单位危险源数据上传应急管理部门系统为典型案例，从硬件配置、通讯配置、软件组态3个方面详细阐述了该数据传输的实现方式。为满足应急管理部门对实时数据监测的要求，文章对提供OPC接口的服务器从常见故障及处置措施两个方面进行总结，结合可视化的监控界面，能够为技术人员如何确保数据传输功能稳定，提供详细的技术参考和指导意见。该方式在实际运行过程中验证了OPC服务器数据传输的稳定性和实时性，达到预期效果。

[关键词]工控系统;OPC服务器;COM注册和DCOM配置;通信网关;OPC故障处置

[中图分类号]TP334.7 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]This article takes a companys dangerous source data uploading emergency management department system as a typical case， and elaborates the realization of the data transmission from three aspects： hardware configuration， communication configuration， and software configuration; Data monitoring requirements. The article summarizes the common faults and disposal measures of the server that provides the OPC interface. Combined with the visual monitoring interface， it can provide detailed technical references and guidance for technicians on how to ensure the stability of data transmission functions. This method verifies the stability and real-time performance of OPC server data transmission during actual operation， and achieves the expected effect.

[Keywords]industrial control system; OPC server; COM registration and DCOM configuration; communication gateway; OPC fault handling

1 基本概況

1.1 OPC协议标准概念

OPC协议标准是以微软的OLE（Object Linking and Embedding，面对对象的连接与嵌入技术）、ActiveX以及COM（Commercial Object Model，组件对象模型）、DCOM（Microsoft Distributed Component Object Model，分布式组件对象模型）等技术为基础形成的一种硬件与软件接口的工业标准[1]。

近年来OPC技术研究已在系统的接口、方法与属性3个方面形成标准集，在自动化领域中得到了广泛应用，成为工业控制及其自动化系统中重要的通信方式，其访问规范功能结构与COM/DCOM技术相同，侧重于数据交换，包括OPC Group对象、Server对象和OPC Item对象[2]。

1.2 上传应急部门系统采用OPC接口的优势

（1）服务器已经实现某生产单位罐区温度、液位、压力等信号的实时显示功能，调控中心（一级中控）设有专门的OPC服务器，可提供OPC接口，第三方客户程序读取相关数据只需支持OPC协议即可，十分便捷。

（2）OPC协议标准可以实现将OPC服务器作为一个对象封装起来，只将接口方法对外展露，应急部门以统一的方式去调用这个方法，从而在一定程度上保证了接口提供方的数据安全。

（3）OPC协议标准可以使数据源来自多处的数据调用，不受系统硬件的分布影响，应用更加多样化和广泛化。

（4）OPC标准基于Windows系统，配置相对简单，便于系统的组态，后期系统维护便捷。

2 某生产单位数据传输功能的设计

某生产单位上传应急部门数据传输系统采用OPC协议，采集调控中心OPC服务器的数据，利用MODBUS TCP/IP协议采集消防自动控制系统相应数据;支持两种协议的工业通讯采集网关将通过TCP/IP协议传输过来的数据转换成RS-232串口协议数据;数据上传工作站作为MODBUS RTU主站，接收从站-工业通讯采集网关传输过来的数据，并安装CITECT SCADA V7.2 上位监控系统软件，实时显示采集的参数表;同时数据上传工作站安装SQL Server数据库，按规定的10s间隔实时更新到SQL Server中的数据表中，再通过TCP/IP协议联网，为应急部门提供符合要求的数据信号。

2.1 硬件配置

为确保应急管理部门网络与公司生产网的有效的物理隔离，在OPC服务端与数据上传工作站间增加了工业通讯采集网关，工业通讯采集网关支持OPC协议标准，同时将通讯方式由TCP/IP网络协议转换成为RS232串口协议。这样的设计方式既能确保安全管理的要求，也能达到数据传输稳定的目的。

2.1.1 工业通讯采集网关配置

工业通讯采集网关PFC-HK6205是一款高性能、低功耗、导轨式的工业级通信采集网关，配有4个RS-232/RS-485/RS-422和1个RS-232通信串口，2个千兆以太网口，支持包括OPC、MODBUS在内的多种通信协议驱动接口，对于Citect、Intouch、Simantic WinCC等主流的组态软件或实时数据库可提供灵活的数据接口，具有以下特点。

（1）单串口支持多协议采集，采集负荷轻。

（2）支持Profibus、MODBUS等多种工业协议转换为标准化的通用协议，有利于上层设备接收和处理。

（3）具有断线缓存功能，避免由于链路或上层设备故障导致数据丢失，待系统恢复正常后及时进行数据回补，保障数据的完整性。

2.1.2 工作站配置

工作站采用E3处理器、16G内存、500G硬盘，双网卡，Windows 7 64位版本，满足数据交换和存储的要求。

2.2 软件设计

本文采用OPC协议标准，软件设计较为便捷，以OPC服务器配置采集点为例，服务器采用IASCADA系列中控软件，因此OPC服务端软件IA Series SCADA OPC DA Server完成安装后，从安装目录下找到Taginfo.cnf编辑文件，使用文本编辑器进行修改即可。数据上传工作站通过安装CITECT SCADA V7.2上位软件，开发了参数表显示，仅用于监控数据实时传输功能的中间措施。

2.3 通讯配置

OPC服务器如何采集SCADA系统服务器的数据，工业通讯采集网关如何配置接收消防自动控制系统和OPC服务器传输的数据，如何作为从站接受数据上传工作站的数据访问，是本次通讯配置的核心工作。

2.3.1 OPC服务器配置

（1）环境配置。OPC服务端安装完IA Series SCADA OPC DA server软件后，在注册表中进行注释部分的相关参数配置即可实现环境变量定义。

（2）注册COM服务。运行RegIAOPC.bat批处理文件即可实现COM服务注册，在管理工具-组件服务中即可验证IA OPC DA Server是否注册成功。

（3）DCOM安全配置。①运行管理工具-组件服务，在我的电脑默认属性中启用分布式COM（Distributed COM，即DCOM），默认属性中选择默认或无。②COM安全中设置的访问权限设置成可通过系统、交互式或者网络方式实现;实现数据交换的用户的认证信息必须在列表中体现。③启动和激活权限中默认安全值要与访问权限中的默认安全值的权限完全相同，默认的DCOM协议为面向连接的TCP/IP协议且居首位。④将DCOM服务属性设置为默认的身份验证级别，在此计算机上运行应用程序，启动和激活权限、访问权限、配置权限均设置为默认。⑤DCOM协议和终结点设置为默认系统协议，确认重启使配置生效。

2.3.2 工业通讯采集网关配置

工业通讯采集网关负责读取消防自动控制系统和OPC服务器，经过TCP/IP协议传输过来的数据，通过内部脚本转换成RS-232协议的串口数据，被数据上传工作站（MODBUS RTU主站）读取。（SchneiderElectric.SCADA.OpcDaServer.a.1）、OPC服务器（IA.OPCSvr.1）作为控制端，转换的数据作为信息端，列表中可清楚看到数据的来源。其中消防自动控制系统数据采用MODBUS TCP/IP协议直接采集PLC内部的数据。

2.3.3 数据库配置

为满足应急部门数据的格式要求，数据上传工作站需将储油罐的温度、液位、可燃气体报警信号写入数据库中，要求10s上传一次数据。

3 OPC接口调试注意事项

系统在配置调试过程中，为确保通信连接稳定，需要注意一些注意事项，下面主要从工业通讯采集网关与OPC服务器联调时的注意点进行阐述。

（1）工业通讯采集网关配置E0，需要将调试笔记本配置为同网段后可以通过配置工具或监视工具连接，但是不能同时连接。

（2）工业通讯采集网关信息端协议选择MODBUS Slave ST，确保MODBUS TCP/IP和串口协议均支持。

（3）工业通讯采集网关工程下载时需同时下载驱动，下载后如果出现通信故障现象，进行重载工程操作。

（4）如果通信连接不成功，可以在OPC服务器上建立一个临时账户OPC User，要求为最高管理员权限，不设密码，通信调试成功后，再进一步配置权限。

（5）OPC服务器系统有内置的防火墙，需要将COM应用（IAOPCServer.exe）添加到防火墙允许的列表中。

4 OPC接口通讯保障

根据应急部门的管理规定，上传的数据需实时采集，为保障OPC接口通讯的正常，将OPC服务器的维保纳入了每年的公司SCADA系统服务器维保工作计划，同时组织技术人员，加强对服务器硬件的巡检力度，这样可以最大限度地保障OPC服务器硬件故障能够及时被发现、解决。

5 应用效果与评价

5.1 数据上传工作站参数表

系统调试阶段利用串口调试工具Modscan32进行通讯测试验证，工作站能够同时接收到所需参数，证明系统调试成功。该系统已稳定运行一年多，实现了为应急部门提供危险源数据上传功能，初步实现了安全可靠的设计原则。

（1）此项目中OPC接口技术应用均在生产网内进行，OPC服務端配置了访问权限及身份识别技术。

（2）系统安装了杀毒软件，有较为完善的防病毒安全策略。

（3）OPC服务器端与应急部门数据上传工作站通过工业通讯采集网关进行了串口物理隔离，仅是单方向提供数据，不接受对方的数据发送，也不会受应急部门工作站网络不安全因素威胁。

6 结束语

本文从硬件配置、通讯配置、软件组态3个方面对某生产单位利用OPC接口为应急部门提供数据传输的实现方式进行了详细描述，充分体现了OPC协议的优势：不增加硬件设备，接口程序开发简单，是OPC协议的典型应用;对OPC服务器的常见故障及处置措施进行了总结，结合可视化的监控界面，能够为技术人员如何确保数据传输功能稳定，提供详细技术参考和指导意见。作者对于本文中消防自动控制系统数据传输方式也有自己的想法：采用上位软件Wonderware Intouch自带FS GateWay插件功能，实现为应急部门数据传输提供OPC接口功能。

参考文献

[1] 郎坚.基于OPC 技术的自动化软件的研究[J].信息与电脑，2018（4）：88-90.

[2] 高罗卿，庄源昌.基于OPC技术实现WINCC与FANUC数控机床的监控系统设计[J].数控技术，2019（1）：169-172.