OPC技术在化工生产管理网上的应用

黄玉宾

（唐山三友氯碱有限责任公司 河北 唐山 063000）

1 引言

近年来生产管理网的引入为工艺车间管理人员、生产调度、生产管理人员以及公司领导带来了极大的便利，生产管理网平台搭建是基于DCS平台、PLC平台进行现场数据采集，通过OPC通讯技术与DCS的OPC端口进行数据对接，将数据上传到公司管理平台。

2 生产管理网

生产管理主要包括制定生产计划、把握材料的供给情况、监控生产指标、跟踪生产进度、计算产能、计划出货。生产部根据公司营销部门计划制定本公司的生产计划，否则会出现产销脱节现象。生产部根据生产计划安排各工艺车间的物料投入量，生产部门必须及时跟踪数据指标，比较生产进度。生产中每8h将生产实际产量与计划作比较，工艺技术人员以及生产管理人员分析生产数据以及对比生产参数，原来数据信息来自笔迹报表或到现场查看历史趋势，现采用OPC平台能够及时发现指标缺口，制定有效地补救措施。作为化工企业要实现物料的连续控制，对其工艺指标要求非常严格。例如氯碱行业电解工段物料的投入量与电解电流大小密切相关；转化合成工段对物料的配比要求十分严格；对于聚合釜反应过程各种助剂的使用量，反应时釜温、釜压指标的掌握至关重要。指标的控制不仅仅影响产品质量，更重要的是安全生产。掌握质量不仅要求生产管理人员了解异常工艺指标，而且要不断有效地跟踪和改进工艺指标。然而，生产调度系统恰恰提供了这个便利，它能够实现数据实时显示、历史趋势查询、班次报表形成。

生产管理网主要通过TCP/IP协议进行网络通讯，交换机、网线、光纤搭建系统网络，见图1。

图1 生产管理网络架构图

3 化工行业控制系统

石油化工企业普遍应用的控制系统有DCS（Distributed Control System，集散控制系统）、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器），它们主要实现设备集中控制分散管理。国内外大型控制系统能够满足2000～5000个测量点和控制点位。实现数据实时监控，能够满足一些复杂控制程序，如比值控制、串级控制、分程控制、顺序控制等。但早期的DCS控制管理系统研究大多是封闭系统，无法与外部网络设备进行通信，缺乏统一标准的开放接口，难以达到提高企业会计信息化和管控一体化的发展能力要求[1]。

4 OPC服务端口数据通讯及OPC服务硬件、软件组成

4.1 OPC服务端口数据通讯

OPC（OLE for Process Control）协议的出现，为我们提供一套满足工业控制要求的通信接口规范，它是通过一个标准型的开放接口可以更加灵活地进行信息交互管理，满足企业数据采集控制环境系统的相互操作性和兼容性[2]。

OPC服务器可以与不同供应商进行数据交换，使用通讯代码访问DCS工程师站、进行数据处理等。DCS、SIS、PLC的OPC端口对于OPC客户端程序来说是透明的。首先通过设置开放DCS、SIS、PLC的OPC端口，才能与外界进行数据交换。其次，OPC客户端要按照OPC标准或方法读取服务器中的数据。OPC软件开发商只要将自己的软件加上OPC接口，就能从DCS工程师站中读取任何类型的数据包括开关量数据、模拟量输入数据、模拟量输出数据，甚至流量的累计量，根本不用关心DCS和PLC的硬件结构，以及网络架构。OPC客户端程序可以与不同DCS和PLC服务器OPC端口建立连接，实现系统的无缝集成。

OPC技术的发展和应用为石油化工企业数据互通互联提供了很大的帮助。OPC技术仅依赖于一套服务器硬件系统，有效地分离了应用软件。所有OPC客户端程序都可以使用这些组件，如果系统硬件结构升级，只需更改OPC服务器端I/O接口组成部分，无需更改客户端应用程序。

访问OPC服务器数据的方式主要有三种:同步、异步和订阅。由于生产管理网对数据实时监控要求并不是很严格，正常OPC服务器程序每隔3～5s刷新客户端OPC，判断DCS数值是否超出一定偏差范围，如果超出偏差范围变化则将变化后的数据发送给OPC服务器，如果没有超出则数据不更新。这种访问方式属于异步通讯方式，具有较高的通信效率，从而减小数据存储以及运算。

DCS和PLC系统是各个化工企业控制的核心部分，是每一个石油化工企业的大脑，数据丢失、控制失效是不允许的。作为OPC通信技术的关键点，它具有更好地安全性，可以保证原始系统数据的安全性和纯度，避免数据错误的影响，保证生产的安全。以OPC为接口通信方式的数据采集只进行读操作，不能进行写操作。该设计能使两台机器之间相互存在，不会产生影响，客户端进行分析采集到全部DCS数据。在网络构架上设置网络防火墙，禁止将网络病毒带入生产局域网内。

4.2 完整OPC服务系统硬件组成

OPC接口设计包括OPC服务器和OPC客户端，其本质是数据源和数据用户之间的桥梁。OPC服务器端主要由Web服务器、单向数据传输防火墙、双机数据服务器、交换机组成。其中交换机的作用是分配各个交换机端口固定IP地址实现网络通信。双机服务器作用是实现OPC数据采样组态，采样数据通过单向防火墙发送到Web服务器，Web服务器只能从双机服务器上读取数据，不能向双机服务器写数据。保证DCS数据运行可靠。客户端接口部分主要是在DCS工程师站或PLC工程师站安装OPC客户端。通过设置参数开放DCS或PLC工程师站OPC端口，开发商安装的OPC客户端访问DCS及PLC上OPC端口，实现数据采集。现在我们应用的许多DCS产品都集成了OPC服务器进行端口，基于Windows操作统的横河DCS、浙大中控DCS、西门子WINCC上位计算机软件。OPC技术能与这些客户端进行互联，具有很大的普遍性和实用性。

4.3 OPC服务器系统软件组成

OPC服务器系统软件主要由PI Server、PI Process Book、PI DataLink、PI System Management Tools、PI Interface构成。PI Server主要实现数据归档、实时数据采集、数据查询等功能。PI Process Book能够绘制工艺流程图与产生历史趋势图、显示数据实时界面。用户点击测点选择趋势图窗口，自动弹出趋势图画面，通过趋势图查看某段时间的生产数据，通过颜色的变化来反映设备的运行状态。PI DataLink是 OSIsoft软件为Microsoft Excel 做的一个附加项，可以将PI系统里数据信息导入到Excel表中做进一步的分析进行运算处理功能，同样也可以通过电子数据表对系统组态进行修改。PI系统管理工具是一个非常有用的测试工具，能够与PI server建立连接，通过PI管理工具搜索测点。PI Interface俗称PI接口，它是直接与进行数据采集，可以安装在DCS工程师站上，也可以单独安装在接口机上。PI接口可以使用多个不同的时间频率进行数据采集，一个扫描频率由时间和偏移量决定。每个软件各有其功能，最终实现调度系统数据采集、处理、上传显示、历史归档[3]。

5 结果

DCS和PLC为化工生产自动化提供了一个非常完美的平台，它将原来落后生产技术变得先进、可靠、安全。OPC技术的开发又一次为我们提供了一个开放型的接口平台。从企业管理角度来说，OPC技术使企业管理卓有成效。