能源控制系統(tǒng)的集成

申健

摘 要介紹了OPC技術(shù)的基本概念以及基于OPC技術(shù)進(jìn)行工控系統(tǒng)集成的基本原理。同時(shí)本著對(duì)系統(tǒng)的安全性、數(shù)據(jù)的有效性，合理規(guī)劃出工控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】OPC 系統(tǒng)集成 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速房展，“大數(shù)據(jù)”、“物聯(lián)網(wǎng)”成了時(shí)下的火熱名詞，而在能源控制系統(tǒng)領(lǐng)域，各能源控制系統(tǒng)集成則是實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”、“大數(shù)據(jù)”的基礎(chǔ)。同時(shí)對(duì)于能源運(yùn)行保障單位而言，系統(tǒng)集成則將對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用。例如，目前國(guó)內(nèi)大部分工業(yè)園區(qū)、樓宇物業(yè)等單位，作為能源生產(chǎn)側(cè)的鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、制冷監(jiān)控系統(tǒng)與能源消耗側(cè)的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)是分離開(kāi)來(lái)的，這樣的部署在消耗了人力的同時(shí)，又使每個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)成為了信息孤島，若將鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、制冷監(jiān)控系統(tǒng)與樓宇監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成，則可實(shí)現(xiàn)能源從生產(chǎn)到輸配再到消耗的全鏈條式管理與調(diào)控，若在此基礎(chǔ)上植入能源消耗模型，則可實(shí)現(xiàn)更為智能化的調(diào)節(jié)與控制。

1 OPC技術(shù)的應(yīng)用

系統(tǒng)集成的基本操作是采集各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信成為最先需要解決的問(wèn)題。能源控制系統(tǒng)大多采用過(guò)程控制，集成系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)需具備實(shí)時(shí)性，這樣系統(tǒng)集成才具有指導(dǎo)生產(chǎn)與調(diào)控的意義。由于各能源子系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)間、建設(shè)單位等不盡相同，所以系統(tǒng)集成需要統(tǒng)一集成系統(tǒng)與各子系統(tǒng)之間的通訊協(xié)議。這其中應(yīng)用較廣也是技術(shù)較為成熟的是OPC通訊協(xié)議。OPC全稱(chēng)OLE for Process Control，即用于過(guò)程控制的OLE技術(shù)，它是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有OPC基金會(huì)管理該標(biāo)準(zhǔn)，該基金會(huì)會(huì)員已超過(guò)200家，涵蓋了世界上主流的自動(dòng)控制系統(tǒng)、儀器儀表及過(guò)程控制公司。OPC技術(shù)是作為連接監(jiān)控軟件與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的橋梁而誕生的。監(jiān)控系統(tǒng)軟件OPC客戶端，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備作為OPC服務(wù)器，使得控制軟件與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接通信，不再拘泥于死板的接口程序中，使得一套控系統(tǒng)的開(kāi)放性與靈活性大大的提高。但是隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)范性、合理性逐漸增強(qiáng)，目前大多數(shù)自控系統(tǒng)的軟硬件都屬于一家單位建設(shè)居多，所以O(shè)PC技術(shù)作為軟件與硬件“翻譯”的角色正在淡化。

與此同時(shí)，OPC技術(shù)規(guī)范定義的是OPC服務(wù)器程序和客戶機(jī)程序進(jìn)行通訊的接口或通訊的方法。

OPC服務(wù)器一般由設(shè)備供應(yīng)商或者由獨(dú)立的軟件供應(yīng)商提供，符合OPC技術(shù)規(guī)范。

OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)的使用者（客戶端）引用訪問(wèn)接口去開(kāi)發(fā)OPC自動(dòng)化接口的客戶應(yīng)用程序。

由此可見(jiàn)，在系統(tǒng)集成中，集成系統(tǒng)可開(kāi)發(fā)OPC客戶端集成數(shù)據(jù)，各子系統(tǒng)可配置OPC服務(wù)器提供數(shù)據(jù)。

2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

目前自控系統(tǒng)一般分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、過(guò)程控制層和企業(yè)管理層，而系統(tǒng)集成則是在企業(yè)管理層上實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)在各子系統(tǒng)配置OPC服務(wù)器后，各子系統(tǒng)需要組建網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間通信。

集成系統(tǒng)是一套依托于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能源系統(tǒng)信息和相關(guān)辦公信息集成的信息管理系統(tǒng)，具有較高的數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定要求?，F(xiàn)場(chǎng)將通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。同時(shí)各子系統(tǒng)之間不能進(jìn)行通訊。

集成系統(tǒng)是以B/S結(jié)構(gòu)方式向用戶通過(guò)OA辦公網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行服務(wù)提供。同時(shí)，還可能利用公共網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)端或者外部網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)支持，因此，在核心出涵蓋服務(wù)器集群，以及辦公網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接。

建成一個(gè)具有高可靠性和安全性的能源網(wǎng)絡(luò)，提供面向特定人員的WWW服務(wù)、FTP服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

3 網(wǎng)絡(luò)鏈路敷設(shè)

為了確保網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性，建議采用混合鏈接法。示例如圖2所示。

通過(guò)將光纖內(nèi)每個(gè)芯鏈接獨(dú)立子站的交換機(jī)，利用開(kāi)始的兩芯與結(jié)束的兩芯形成兩個(gè)環(huán)路，使得網(wǎng)絡(luò)中核心交換機(jī)與每個(gè)子站交換機(jī)都是直連，同時(shí)兩個(gè)環(huán)網(wǎng)保障網(wǎng)絡(luò)安全性。提高了數(shù)據(jù)交換效率，降低了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，當(dāng)出現(xiàn)斷點(diǎn)時(shí)，可以利用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)逐級(jí)交換數(shù)據(jù)，確保光纖在有1個(gè)斷點(diǎn)時(shí)可以繼續(xù)保障系統(tǒng)的運(yùn)行。

4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)宜采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)，樹(shù)形拓?fù)涞目烧郫B性非常適用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)主干。由于樹(shù)形拓?fù)渚哂蟹浅：玫目蓴U(kuò)展性，并可通過(guò)更換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使網(wǎng)絡(luò)性能迅速得以升級(jí)。同時(shí)環(huán)網(wǎng)中的冗余鏈接，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備“生成樹(shù)”進(jìn)行協(xié)商設(shè)定斷口，當(dāng)線路出行故障時(shí)，自動(dòng)鏈接匯聚間的交換機(jī)確保網(wǎng)絡(luò)正常。

核心網(wǎng)絡(luò)鏈接服務(wù)器集群、匯聚交換機(jī)以及路由器，在本網(wǎng)絡(luò)中只允許進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，禁止實(shí)現(xiàn)應(yīng)用傳送，確保網(wǎng)絡(luò)的安全性。

數(shù)據(jù)采集子站的功效是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離和數(shù)據(jù)的匯聚確保本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和各子自控系統(tǒng)的安全。該設(shè)備可以是服務(wù)器也可以是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)進(jìn)行代替。

所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，必須支持管理功能，支持生成樹(shù)協(xié)議、VLAN劃分。核心交換機(jī)必須是三層交換機(jī)。

5 網(wǎng)絡(luò)邏輯設(shè)計(jì)

根據(jù)需求，本網(wǎng)絡(luò)中，只允許各數(shù)據(jù)采集子站與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行通信，不允許各子系統(tǒng)之間通訊，也不允許直接進(jìn)行應(yīng)用訪問(wèn)，因此需要以下涉及。

5.1 VLAN劃分

每一個(gè)子系統(tǒng)系統(tǒng)涉及單獨(dú)的VLAN，分別設(shè)置子系統(tǒng)的VLAN，確保每個(gè)子系統(tǒng)不在同一個(gè)局域網(wǎng)中，同時(shí)，設(shè)置管理VLAN，便于網(wǎng)絡(luò)管理員對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的監(jiān)控。

5.2 IP劃分

本系統(tǒng)中主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并不會(huì)有大量終端設(shè)備接入，因此C類(lèi)網(wǎng)址既可以滿足需求，但是由于個(gè)子自控系統(tǒng)經(jīng)常默認(rèn)以C類(lèi)網(wǎng)址進(jìn)行自控網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)識(shí)，因此，建議采用自私又B類(lèi)網(wǎng)址進(jìn)行IP規(guī)劃。子網(wǎng)則以172.16.0.0/24進(jìn)行劃分，既可以保證接入機(jī)器數(shù)又可以保證子網(wǎng)數(shù)量。

5.3 訪問(wèn)控制列表（ACL）

核心交換機(jī)承擔(dān)個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用，在設(shè)置相應(yīng)的路由同時(shí)，要進(jìn)行訪問(wèn)列表控制，只允許服務(wù)器集群的VLAN子網(wǎng)訪問(wèn)各個(gè)數(shù)據(jù)采集子網(wǎng)，禁止相關(guān)子網(wǎng)的訪問(wèn)鏈接。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)OPC技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，探討了基于OPC客戶端與OPC服務(wù)器技術(shù)進(jìn)行能源工業(yè)控制系統(tǒng)集成的基本技術(shù)。同時(shí)還對(duì)系統(tǒng)集成后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了規(guī)劃建議。可以看出基于OPC技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理規(guī)劃，是未來(lái)解決信息孤島，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析的主流趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃維通.Visual C++面向?qū)ο笈c可視化程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.

[2]潘愛(ài)民.COM原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999（11）.

[3]尤國(guó)華.網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2016.

作者單位

北京首都機(jī)場(chǎng)動(dòng)力能源有限公司 北京市 100621