淺析工控系統(tǒng)利用OPC接口的數(shù)據(jù)傳輸

史瑤華

[摘? ? 要 ]本文以公司某生產(chǎn)單位危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)上傳應(yīng)急管理部門系統(tǒng)為典型案例，從硬件配置、通訊配置、軟件組態(tài)3個(gè)方面詳細(xì)闡述了該數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式。為滿足應(yīng)急管理部門對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測的要求，文章對(duì)提供OPC接口的服務(wù)器從常見故障及處置措施兩個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合可視化的監(jiān)控界面，能夠?yàn)榧夹g(shù)人員如何確保數(shù)據(jù)傳輸功能穩(wěn)定，提供詳細(xì)的技術(shù)參考和指導(dǎo)意見。該方式在實(shí)際運(yùn)行過程中驗(yàn)證了OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，達(dá)到預(yù)期效果。

[關(guān)鍵詞]工控系統(tǒng);OPC服務(wù)器;COM注冊和DCOM配置;通信網(wǎng)關(guān);OPC故障處置

[中圖分類號(hào)]TP334.7 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)概念

OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是以微軟的OLE（Object Linking and Embedding，面對(duì)對(duì)象的連接與嵌入技術(shù)）、ActiveX以及COM（Commercial Object Model，組件對(duì)象模型）、DCOM（Microsoft Distributed Component Object Model，分布式組件對(duì)象模型）等技術(shù)為基礎(chǔ)形成的一種硬件與軟件接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

近年來OPC技術(shù)研究已在系統(tǒng)的接口、方法與屬性3個(gè)方面形成標(biāo)準(zhǔn)集，在自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，成為工業(yè)控制及其自動(dòng)化系統(tǒng)中重要的通信方式，其訪問規(guī)范功能結(jié)構(gòu)與COM/DCOM技術(shù)相同，側(cè)重于數(shù)據(jù)交換，包括OPC Group對(duì)象、Server對(duì)象和OPC Item對(duì)象[2]。

1.2 上傳應(yīng)急部門系統(tǒng)采用OPC接口的優(yōu)勢

（1）服務(wù)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)某生產(chǎn)單位罐區(qū)溫度、液位、壓力等信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示功能，調(diào)控中心（一級(jí)中控）設(shè)有專門的OPC服務(wù)器，可提供OPC接口，第三方客戶程序讀取相關(guān)數(shù)據(jù)只需支持OPC協(xié)議即可，十分便捷。

（2）OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)將OPC服務(wù)器作為一個(gè)對(duì)象封裝起來，只將接口方法對(duì)外展露，應(yīng)急部門以統(tǒng)一的方式去調(diào)用這個(gè)方法，從而在一定程度上保證了接口提供方的數(shù)據(jù)安全。

（3）OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)可以使數(shù)據(jù)源來自多處的數(shù)據(jù)調(diào)用，不受系統(tǒng)硬件的分布影響，應(yīng)用更加多樣化和廣泛化。

（4）OPC標(biāo)準(zhǔn)基于Windows系統(tǒng)，配置相對(duì)簡單，便于系統(tǒng)的組態(tài)，后期系統(tǒng)維護(hù)便捷。

2 某生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)傳輸功能的設(shè)計(jì)

某生產(chǎn)單位上傳應(yīng)急部門數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用OPC協(xié)議，采集調(diào)控中心OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)，利用MODBUS TCP/IP協(xié)議采集消防自動(dòng)控制系統(tǒng)相應(yīng)數(shù)據(jù);支持兩種協(xié)議的工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)將通過TCP/IP協(xié)議傳輸過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232串口協(xié)議數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)上傳工作站作為MODBUS RTU主站，接收從站-工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)傳輸過來的數(shù)據(jù)，并安裝CITECT SCADA V7.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實(shí)時(shí)顯示采集的參數(shù)表;同時(shí)數(shù)據(jù)上傳工作站安裝SQL Server數(shù)據(jù)庫，按規(guī)定的10s間隔實(shí)時(shí)更新到SQL Server中的數(shù)據(jù)表中，再通過TCP/IP協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，為應(yīng)急部門提供符合要求的數(shù)據(jù)信號(hào)。

2.1 硬件配置

為確保應(yīng)急管理部門網(wǎng)絡(luò)與公司生產(chǎn)網(wǎng)的有效的物理隔離，在OPC服務(wù)端與數(shù)據(jù)上傳工作站間增加了工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)，工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)支持OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)將通訊方式由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換成為RS232串口協(xié)議。這樣的設(shè)計(jì)方式既能確保安全管理的要求，也能達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的目的。

2.1.1 工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)配置

工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)PFC-HK6205是一款高性能、低功耗、導(dǎo)軌式的工業(yè)級(jí)通信采集網(wǎng)關(guān)，配有4個(gè)RS-232/RS-485/RS-422和1個(gè)RS-232通信串口，2個(gè)千兆以太網(wǎng)口，支持包括OPC、MODBUS在內(nèi)的多種通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)接口，對(duì)于Citect、Intouch、Simantic WinCC等主流的組態(tài)軟件或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫可提供靈活的數(shù)據(jù)接口，具有以下特點(diǎn)。

（1）單串口支持多協(xié)議采集，采集負(fù)荷輕。

（2）支持Profibus、MODBUS等多種工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的通用協(xié)議，有利于上層設(shè)備接收和處理。

（3）具有斷線緩存功能，避免由于鏈路或上層設(shè)備故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，待系統(tǒng)恢復(fù)正常后及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)回補(bǔ)，保障數(shù)據(jù)的完整性。

2.1.2 工作站配置

工作站采用E3處理器、16G內(nèi)存、500G硬盤，雙網(wǎng)卡，Windows 7 64位版本，滿足數(shù)據(jù)交換和存儲(chǔ)的要求。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本文采用OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，軟件設(shè)計(jì)較為便捷，以O(shè)PC服務(wù)器配置采集點(diǎn)為例，服務(wù)器采用IASCADA系列中控軟件，因此OPC服務(wù)端軟件IA Series SCADA OPC DA Server完成安裝后，從安裝目錄下找到Taginfo.cnf編輯文件，使用文本編輯器進(jìn)行修改即可。數(shù)據(jù)上傳工作站通過安裝CITECT SCADA V7.2上位軟件，開發(fā)了參數(shù)表顯示，僅用于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能的中間措施。

2.3 通訊配置

OPC服務(wù)器如何采集SCADA系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)，工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)如何配置接收消防自動(dòng)控制系統(tǒng)和OPC服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，如何作為從站接受數(shù)據(jù)上傳工作站的數(shù)據(jù)訪問，是本次通訊配置的核心工作。

2.3.1 OPC服務(wù)器配置

（1）環(huán)境配置。OPC服務(wù)端安裝完IA Series SCADA OPC DA server軟件后，在注冊表中進(jìn)行注釋部分的相關(guān)參數(shù)配置即可實(shí)現(xiàn)環(huán)境變量定義。

（2）注冊COM服務(wù)。運(yùn)行RegIAOPC.bat批處理文件即可實(shí)現(xiàn)COM服務(wù)注冊，在管理工具-組件服務(wù)中即可驗(yàn)證IA OPC DA Server是否注冊成功。

（3）DCOM安全配置。①運(yùn)行管理工具-組件服務(wù)，在我的電腦默認(rèn)屬性中啟用分布式COM（Distributed COM，即DCOM），默認(rèn)屬性中選擇默認(rèn)或無。②COM安全中設(shè)置的訪問權(quán)限設(shè)置成可通過系統(tǒng)、交互式或者網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn);實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的用戶的認(rèn)證信息必須在列表中體現(xiàn)。③啟動(dòng)和激活權(quán)限中默認(rèn)安全值要與訪問權(quán)限中的默認(rèn)安全值的權(quán)限完全相同，默認(rèn)的DCOM協(xié)議為面向連接的TCP/IP協(xié)議且居首位。④將DCOM服務(wù)屬性設(shè)置為默認(rèn)的身份驗(yàn)證級(jí)別，在此計(jì)算機(jī)上運(yùn)行應(yīng)用程序，啟動(dòng)和激活權(quán)限、訪問權(quán)限、配置權(quán)限均設(shè)置為默認(rèn)。⑤DCOM協(xié)議和終結(jié)點(diǎn)設(shè)置為默認(rèn)系統(tǒng)協(xié)議，確認(rèn)重啟使配置生效。

2.3.2 工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)配置

工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)讀取消防自動(dòng)控制系統(tǒng)和OPC服務(wù)器，經(jīng)過TCP/IP協(xié)議傳輸過來的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部腳本轉(zhuǎn)換成RS-232協(xié)議的串口數(shù)據(jù)，被數(shù)據(jù)上傳工作站（MODBUS RTU主站）讀取。（SchneiderElectric.SCADA.OpcDaServer.a.1）、OPC服務(wù)器（IA.OPCSvr.1）作為控制端，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)作為信息端，列表中可清楚看到數(shù)據(jù)的來源。其中消防自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用MODBUS TCP/IP協(xié)議直接采集PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)。

2.3.3 數(shù)據(jù)庫配置

為滿足應(yīng)急部門數(shù)據(jù)的格式要求，數(shù)據(jù)上傳工作站需將儲(chǔ)油罐的溫度、液位、可燃?xì)怏w報(bào)警信號(hào)寫入數(shù)據(jù)庫中，要求10s上傳一次數(shù)據(jù)。

3 OPC接口調(diào)試注意事項(xiàng)

系統(tǒng)在配置調(diào)試過程中，為確保通信連接穩(wěn)定，需要注意一些注意事項(xiàng)，下面主要從工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)與OPC服務(wù)器聯(lián)調(diào)時(shí)的注意點(diǎn)進(jìn)行闡述。

（1）工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)配置E0，需要將調(diào)試筆記本配置為同網(wǎng)段后可以通過配置工具或監(jiān)視工具連接，但是不能同時(shí)連接。

（2）工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)信息端協(xié)議選擇MODBUS Slave ST，確保MODBUS TCP/IP和串口協(xié)議均支持。

（3）工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)工程下載時(shí)需同時(shí)下載驅(qū)動(dòng)，下載后如果出現(xiàn)通信故障現(xiàn)象，進(jìn)行重載工程操作。

（4）如果通信連接不成功，可以在OPC服務(wù)器上建立一個(gè)臨時(shí)賬戶OPC User，要求為最高管理員權(quán)限，不設(shè)密碼，通信調(diào)試成功后，再進(jìn)一步配置權(quán)限。

（5）OPC服務(wù)器系統(tǒng)有內(nèi)置的防火墻，需要將COM應(yīng)用（IAOPCServer.exe）添加到防火墻允許的列表中。

4 OPC接口通訊保障

根據(jù)應(yīng)急部門的管理規(guī)定，上傳的數(shù)據(jù)需實(shí)時(shí)采集，為保障OPC接口通訊的正常，將OPC服務(wù)器的維保納入了每年的公司SCADA系統(tǒng)服務(wù)器維保工作計(jì)劃，同時(shí)組織技術(shù)人員，加強(qiáng)對(duì)服務(wù)器硬件的巡檢力度，這樣可以最大限度地保障OPC服務(wù)器硬件故障能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)、解決。

5 應(yīng)用效果與評(píng)價(jià)

5.1 數(shù)據(jù)上傳工作站參數(shù)表

系統(tǒng)調(diào)試階段利用串口調(diào)試工具M(jìn)odscan32進(jìn)行通訊測試驗(yàn)證，工作站能夠同時(shí)接收到所需參數(shù)，證明系統(tǒng)調(diào)試成功。該系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，實(shí)現(xiàn)了為應(yīng)急部門提供危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)上傳功能，初步實(shí)現(xiàn)了安全可靠的設(shè)計(jì)原則。

（1）此項(xiàng)目中OPC接口技術(shù)應(yīng)用均在生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行，OPC服務(wù)端配置了訪問權(quán)限及身份識(shí)別技術(shù)。

（2）系統(tǒng)安裝了殺毒軟件，有較為完善的防病毒安全策略。

（3）OPC服務(wù)器端與應(yīng)急部門數(shù)據(jù)上傳工作站通過工業(yè)通訊采集網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了串口物理隔離，僅是單方向提供數(shù)據(jù)，不接受對(duì)方的數(shù)據(jù)發(fā)送，也不會(huì)受應(yīng)急部門工作站網(wǎng)絡(luò)不安全因素威脅。

6 結(jié)束語

本文從硬件配置、通訊配置、軟件組態(tài)3個(gè)方面對(duì)某生產(chǎn)單位利用OPC接口為應(yīng)急部門提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，充分體現(xiàn)了OPC協(xié)議的優(yōu)勢：不增加硬件設(shè)備，接口程序開發(fā)簡單，是OPC協(xié)議的典型應(yīng)用;對(duì)OPC服務(wù)器的常見故障及處置措施進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合可視化的監(jiān)控界面，能夠?yàn)榧夹g(shù)人員如何確保數(shù)據(jù)傳輸功能穩(wěn)定，提供詳細(xì)技術(shù)參考和指導(dǎo)意見。作者對(duì)于本文中消防自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式也有自己的想法：采用上位軟件Wonderware Intouch自帶FS GateWay插件功能，實(shí)現(xiàn)為應(yīng)急部門數(shù)據(jù)傳輸提供OPC接口功能。

參考文獻(xiàn)

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