OPC服务在数据采集钢管厂改造工程系统中的设计与应用

摘要：目前生产企业的现场所使用的控制系统种类繁多，有各种各样的智能仪表，多种品牌的PLC，还有各种人机界面HMI，如何实现多种控制系统之间的数据通信？试着寻求一种解决方案，应对现场各种各样的品牌的工控设备产品，通过第三方OPC服务建立与现场各种各样的设备的连接，构建一套结构完整，通讯稳定的数据采集系统。以KEPServerEX作为第三方OPC服务，以某钢管厂为例，阐述数据采集系统的设计与应用。

关键词：智能仪表；PLC；HMI；OPC；数据采集系统；

引言：

在信息化不断发展的今天，随着国家信息化技术不断的提升，各生产行业也必然要顺应时代的发展，充分挖掘其内在因素，并在其内在因素的延伸与扩展之下发展信息化，不仅可以提升企业的管理能力和水平，还能通过此平台让企业的员工更了解企业，提升员工与新时代背景下的企业同步向前行的能力。

网络对于人们来说并不陌生，如今网络的迅速发展可以说带给人们生活的便利，带给企业技术的革新，网络改变了人们的生活，改变了生产行业的格局，尤为强调的工业通讯网络技术的发展，对于一个企业来说带来了质的飞越。借助于强大的工业通信网络，企业的信息管理平台不仅可以对市场信息进行处理，还可以包括从原材料采购，生产加工到成品贮运的全部生产流程，意味着：通过与工厂中强大的工业通信网络的集成，企业信息管理系统可以实现对生产，物流，销售和管理信息的统一集成处理，为企业管理控制一体化功能的实现提供了坚实的基础，强大的工业通信网络与信息技术的结合彻底改变了传统的信息管理方式，将企业的生产管理带到了一个全新的境界。

可以大胆的想象，未来的行业将是一个完整的信息化时代，信息化将是一个历史潮流，它推动着生活与企业向前进。

而企业的信息化的发展，信息的源头是哪？根本在哪？还是企业自身的生产过程中的生产数据，这些数据对于企业来说就是灵魂，不论是从领导者的管理决策上来讲还是从一线生产工人对于生产过程的严格把控来讲，这些生产数据都是关注与监控的重点，由此看来针对企业而设计出一套数据采集系统就能实现管理者所想，生产者所看。但将现场种类繁多的控制系统，智能仪表，组态软件等等所有的数据信息都汇总到一个大的管理平台，基于各个生产厂家没有一个统一的标准，想要实现各种产品之间的通讯连接，必须借助一个中间产品，也就是第三方OPC服务来打通不同种类产品之间的通讯的一个桥梁纽带。

KEPWare是世界通信自动化软件的领导者，并且在OPC和嵌入式设备通信方面有独特的经验。自从1995年发展以来KEPWare专注于发展针对自动化控制器，I/O专业领域设备的通讯驱动程序。操作系统支持微软视窗界面、服务器以及嵌入式产品（嵌入式Windows CE和Windows NT/XP）。

本论文通过阐述了如何通过第三方OPC服务构建一个数据采集系统。埋弧焊钢管厂的制造厂为冷加工企业，生产流程为阶梯式过程，每一个生产流程相互独立而又相互影响，不同的生产工位，不同的控制系统，不同的通讯方式，针对种类繁多的现场工控产品，利用第三方OPC服务KEPServerEx搭建通讯的桥梁，实现生产数据集中化展示。

1 平台物理基础

对于一个生产制造企业来讲，要想实现信息化，必须要具备物理基础，什么是基础？首先是网络，再是设备接口。网络是信息化的基础前提，工业以太网正是基于工业现场应运而生。工业以太网是基于IEEE 802.3 （Ethernet）的强大的区域和单元网络。工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。

工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域。由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余（RSTP）、环网冗余（RapidRingTM）到主干冗余（TrunkingTM），都有各自不同的优势和特点。

工业以太网实质上是一个控制系统，对于一个控制系统而言，最重要的三点要素就是稳，准，快。而工业以太网要求实时性高，稳定性高，网络传输确定性高，这三个要求正是对一个控制系统三个特点的完美阐述。常见的以太网络拓扑结构大致有：第一种是环型网络，第二种是星型网络，第三种是总线型网络，还有树型，蜂窝型等等。工业网络上最常用的主要是环型网络结构和星型网络结构。

2 设计思路及OPC服务介绍

伴随网络的迅速发展，越来越多的工控产品都具有以太网通讯模块，以太网通讯模块具有RJ45标准网络接口，这样可以方便地将各类工控设备接入工业以太网，虽然它们的通讯标准不一样，但是通过接入网络，利用第三方OPC服务照样能实现不一样的标准，一样的通讯。例如工业上应用最广泛的西门子PLC，从小型S7-200系列到中型S7-300系列，再到大型S7-400系列都具备以太网通讯模块，以太网通讯模块方便地将这些独立设备控制系统贯穿联系在同一个局域网络中。

KEPServerEx作为目前市场最先进的通讯技术和OPC服务器，应用在比较广的生产行业当中，其支持多种设备驱动，支持各种不同厂家的PLC产品，完全可以满足工业现场的需求。作为支持多种设备驱动的第三方OPC服务，其使用也比较容易，配置十分简单，大致的设备驱动连接建立如下所示：首先选择一个驱动连接通道，然后制定一个设备名称或系统名称进行通讯，最后为数据库选择识别标签名即变量名。

3 数据采集系统设计

为什么要进行数据采集？PLC控制系统彼此是独立的，管理者无法第一时间获取现场设备的运行状况，控制系统的接口多样化，需要通过技术手段实现统一集中管理，人工随意性较大，无法确保数据的准确性，设备的使用老化无法避免，如何能最大限度的减少能源的浪费，防止环境的污染？数据采集是为了形成数据库，为调度系统提供可靠数据源，主要采集生产线和能源系统的运行数据，能源消耗数据，重要设备运行状态和故障信息等。作为生产过程监控的重要数据，不仅可以反映生产过程状况，还能通过生产数据反过来监管生产过程。两者在相互影响中达到平衡。下面根据设备的种类分别进行阐述如何进行数据采集的设计。

数据采集平台的搭建物理架构是基础，接口是基础，基于第三方OPC服务的数据采集系统的设计正是在这个平台设计的构想上实现的。

完整的数据采集系统不可能仅仅是针对一样的设备产品，肯定是包含了多种多样的工控产品，基于第三方OPC服务的数据采集系统的设计与应用，正是应对多样化而提出，弥补了很多产品不能满足通信接口多样化，通讯协议多样化的不足之处。该方案的提出与应用也顺应了信息化时代，信息化工厂的发展趋势，相信在未来的工业时代，必然将是一个信息化的时代。

参考文献：

[1] 雷万云，《信息化与信息管理实践之道》，清华大学出版社，2012年

[2] 贾婷，《浅谈企业信息化建设的实施策略及深远意义》，科技信息，2009年

[3] 工业以太网的技术特点，电工论坛，2013年