基于OPC UA的炉窑设备信息模型的研究

王 磊

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

1 OPC UA技术概述

OPC UA是由OPC基金会发布的最新一代OPC规范，即OPC统一架构是在OPC基础上发展而来的。自1996年发布以来，作为工业自动化标准，已经成功应用到各种自动化系统中。

OPC UA延续了OPC原有的优势，即设备驱动接口，同时丰富了新功能：

(1)实现平台独立性，可支持Windows、Linux或者其他嵌入式平台，不再受平台的约束。

(2)基于XML的Web服务、TCP、HTTP等协议进行数据传输，实现互联网环境的通信。

(3)提供了强大的、可扩展的数据建模能力，采用面向对象技术，通过对象、方法、变量及引用关系等，构建地址空间，实现类型的层次结构和继承。并以对象实例化方式暴露服务器端的服务，供客户端进行数据访问和读写，实现与上层系统间数据集成交互。

2 基于OPC UA的炉窑设备信息建模技术研究

OPC UA两大核心功能是数据传输和信息建模，数据传输在OPC阶段已经实现，目前研究对象是信息建模能力。围绕信息建模技术，以装备制造企业热加工环节常用的炉窑设备为对象，实现信息模型的建立。

2.1 炉窑设备信息建模

炉窑设备是装备制造企业在热加工工序的主要生产设备，主要实现对加工产品的加热、保温和热处理，根据消耗能源的不同分为气炉和电炉，我公司的炉窑设备以气炉为主。需采集的数据包括燃气仪表、炉压仪表和温度仪表。燃气仪表记录炉窑设备的耗气量，炉压仪表记录炉窑设备的炉内压力，温度仪表记录炉内的实时温度。通过仪表数据的采集，监控炉窑设备的运行状态以及是否按照工艺要求执行。

(1)建立类别模型

（2）以家庭为圆心拓展服务功能，培养了一支专业素养高、业务能力强的婚姻家庭社会工作人才队伍。社工深入社区家庭，了解婚姻家庭基本情况、服务需求，并根据实际情况开展服务工作。如针对困境家庭开展持续跟踪指导服务；针对家暴受害妇女链接妇联、司法救助等服务；针对自闭症儿童、精神障碍患者进行心理辅导、危机干预等措施；为单亲妈妈申请低保、救助金，提供志愿服务等。通过多项服务内容及措施，为有需求的困境家庭提供便利、解决难题。

炉窑设备数据采集对象包括燃气仪表、炉压仪表和温度仪表，三类仪表均属于感知型设备，通过传感器进行数据读取，不具有控制操作，统一抽象为一种对象节点类别，命名为SensorType，见表1。

表1 对象节点类别

先确定对象节点类别，然后建立对象的变量和方法，SensorType为感知型节点类别，不具备操控性动作，因此只需要建立变量，不需要建立方法。变量类别包括编号、名称、型号、读数间隔、读数、计量单位、炉窑编号，具体类型定义见表2。炉窑设备的对象类型定义如图1所示。

图1 对象类型定义

表2 对象变量的定义

(2)实例化信息模型

对象类型定义完成后，需进行实例化，才能在OPC UA服务器构建地址空间，并给客户端暴露实例化的信息模型，能够对模型中定义的节点进行访问和管理。炉窑设备的传感器类型包括三个实例对象，分别是燃气、炉压和温度传感器。以同一台炉窑(设备编号为2#)的三个传感器为对象进行实例化，编号分别为G-1，P-1和T-1，考虑到实际生产周期，一次热处理过程可能会持续几个小时甚至几天，数据采集周期不宜过于频繁，燃气传感器采集周期为5 min，炉压传感器采集周期为60 s，温度传感器采集周期为30 s，因此传感器类型实例化后如图2所示。

图2 传感器类型实例化

2.2 基于XML对模型进行描述

炉窑设备信息模型建立完成后，使用XML对模型进行描述。XML是一种通用的可扩展标记语言，可实现数据的标记、识别、传输与共享，使用XML对炉窑设备的传感器模型进行描述。

传感器对象类别的XML文件，如图3所示。

图3 传感器对象类别的XML文件

通过XML文件可以看出传感器对象的基本信息，BrowseName为SensorType，并包含7个下属节点，内部定义标识分别为6001到6007。

以读数和炉窑编号为例，变量类别XML文件见图4。

图4 变量类别XML文件

可以看出，变量读数的内部定义标识为6005，变量炉窑编号的标识为6007。

通过XML，可以清晰定义出OPC UA中各种节点类别的信息及引用和继承关系，便于在不同环境、不同语言下对同一模型的识别和解析。

3 基于KEPServerEX6和KepOPC模拟建模和

访问

经过对炉窑设备建模的研究，形成了设备的信息模型，通过OPC服务器和客户端软件进行模拟采集数据，并进行连接访问。服务器端采用KEPServerEX6进行信息模型建立及模拟数据采集，客户端采用KepOPC进行连接访问。运行效果如图5。

图5 信息模型建立及模拟数据采集运行效果图

在服务器端，以simulator作为驱动，建立炉窑设备信息模型，并以函数作为采集数据的生成器，进行数据采集。客户端连接到服务器地址，获取地址空间节点类型，添加到标签列表，进行数据的读取与展示。

4 结语

基于OPC UA技术，以炉窑设备为对象，对要采集的燃气仪表、炉压仪表和温度仪表进行信息模型建立研究，并以OPC UA服务器端和客户端软件进行模拟建模、连接访问和数据展示，探索了设备信息建模的方法和搭建企业数据采集平台的可行性，下一步，将基于商业服务器端软件搭建OPC UA服务器，与公司实际各种生产设备(PLC、传感器、HMI等)连接，采集数据，并开发客户端应用程序，与现有MES等业务系统集成，进行数据的展示与控制，实现信息系统与生产设备的互联互通及远程控制。