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[摘 要]：本文詳細(xì)介紹了OPC技術(shù)原理以及OPC月服務(wù)器的直接開發(fā)和快速開發(fā)的兩種開發(fā)方式，并給出了OPC技術(shù)在該油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：OPC技術(shù)PROFIBUS-PA／現(xiàn)場(chǎng)總現(xiàn) 集散控制系統(tǒng) 接口
1 引言
油田內(nèi)有大量的采油井場(chǎng)，是油田的抽油井所在地。由于油井的地理位置分散且分布區(qū)域廣，而且離油田聯(lián)合站的中心控制室較遠(yuǎn)，但又需要監(jiān)視每口油井的監(jiān)控抽油機(jī)載荷、電潛泵井及螺桿泵井電機(jī)電流、功率因數(shù)，以及井口壓力、井口溫度、井底流壓、井底溫度等參數(shù)。如果采用原來的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)不但達(dá)不到控制分散、控制功能下移等要求，而且還必須選擇符合該集散控制系統(tǒng)通信要求的控制器、變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。所以對(duì)油井參數(shù)的監(jiān)控采用PROFIBUS-PA現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，并將它集成于原來的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的LCN（Local Control Network）網(wǎng)層。
另外，還需要將油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的信息傳遞到生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)供它們決策分析，同時(shí)需要將分析的結(jié)果和管理信息傳送到集散控制系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的管理。這就要求將油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)與上層管理信息系統(tǒng)連接起來。由于它們之間的通信協(xié)議不同，很難方便地相互通信，而采用OPC（OLE For Process Control）技術(shù)就可以方便地集成。
2 OPC技術(shù)
2.1 OPC技術(shù)原理
OPC是一種基于微軟OLE（對(duì)象鏈接與嵌入）、COM（組建對(duì)象模型）和DCOM（分布式組建對(duì)象模型）組件在過程控制中的應(yīng)用技術(shù)。利用OPC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、過程管理層以及信息層之間的無縫集成。
OPC是一個(gè)開放的技術(shù)規(guī)范，它制定了過程客戶應(yīng)用程序和服務(wù)器應(yīng)用程序之間進(jìn)行交互的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。通過該接口可以實(shí)現(xiàn)OPC客戶與OPC服務(wù)器之間即插即用的鏈接關(guān)系，而不依賴軟件和設(shè)備的特定屬性。OPC服務(wù)器不關(guān)心具體客戶的實(shí)現(xiàn)，而由OPC客戶決定與OPC服務(wù)器的斷開和連接，只要客戶符合OPC規(guī)范就可以和OPC服務(wù)器連接。
OPC客戶和OPC服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：主要有同步和異步兩種方式。同步方式實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，即客戶端先向服務(wù)器端發(fā)出讀/寫請(qǐng)求，然后等待服務(wù)器返回“完成信息”。它適用于客戶數(shù)量較少而且同服務(wù)器交互也較少的場(chǎng)合。
異步方式的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，即客戶端向服務(wù)器發(fā)出讀/寫請(qǐng)求，服務(wù)器在接受請(qǐng)求后向客戶端返回一個(gè)應(yīng)答表明請(qǐng)求已被接受，當(dāng)服務(wù)器真正完成讀/寫操作后，它就通過客戶端的IOPCDataCalllback接口返回回調(diào)信息。它適用于大量客戶和交互較多的場(chǎng)合。
2.2 OPC服務(wù)器的開發(fā)方式
OPC是以微軟的COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)的，因此OPC服務(wù)器開發(fā)人員必須熟悉COM/DCOM技術(shù)、OPC服務(wù)器的相應(yīng)規(guī)范以及支持COM/DCOM的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如Visual C++、Visual Basic、Borland C++Builder等）。O0PC服務(wù)器的開發(fā)方式有直接開發(fā)和利用快速開發(fā)工具開發(fā)。
直接開發(fā)就是根據(jù)OPC基金會(huì)提供的OPC規(guī)范進(jìn)行開發(fā)，它所采用的工具一般是VC++6.0中的ATL（活動(dòng)模板庫(kù)）或MFC（微軟基礎(chǔ)類），ATL是開發(fā)COM/DCOM組件的專用工具，因此利用ATL開發(fā)OPC服務(wù)器具有一定的優(yōu)勢(shì)。直接開發(fā)要求開發(fā)人員還必須熟悉COM/DCOM的知識(shí)和了解OPC規(guī)范的細(xì)節(jié)，開發(fā)難度大，周期長(zhǎng)，但開發(fā)靈活，可以根據(jù)具體的需要來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。利用快速工具開發(fā)是利用軟件開發(fā)商提供的軟件包進(jìn)行開發(fā)，軟件包將服務(wù)器的對(duì)象與接口進(jìn)行封裝，能提高開發(fā)的質(zhì)量和速度，而且開發(fā)人員不需要掌握COM／DCOM知識(shí)和了解OPC規(guī)范的具體細(xì)節(jié)，因此開發(fā)難度不大，但是開發(fā)具有一定的限制功能，而且軟件包的價(jià)格也比較昂貴。
3 0PC技術(shù)在油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用
3.1現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-PA與油田聯(lián)合站集散控制
系統(tǒng)的集成
現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，從而使以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS在開放性、互操作性和控制分散性等諸多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的DCS。由于油田聯(lián)合站中的集散控制系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，而且DCS技術(shù)成熟，因此對(duì)于油田聯(lián)合站中離中心控制室較遠(yuǎn)且比較分散的油井參數(shù)的測(cè)量與控制，采用現(xiàn)場(chǎng)總線和符合該總線協(xié)議的智能儀表變送器來完成，這樣可以節(jié)約大量電纜、橋架和連接件。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線不僅為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳送數(shù)字信號(hào)，還可以為總線亡的現(xiàn)場(chǎng)儀表提供電源，滿足了現(xiàn)場(chǎng)本質(zhì)安全防爆的要求。因此考慮在油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改造，即將現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS集成于該集散控制系統(tǒng)的局部控制網(wǎng)LCN層。
由于該油田聯(lián)合站位于沙漠地帶、氣候惡劣、溫差較大，所以選用適合過程控制而又具有本質(zhì)安全性的PROFIBUS-PA現(xiàn)場(chǎng)總線。它保證了數(shù)據(jù)和電源在同一總線上傳輸，而所有連接到PROFIBUS-PA上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都必須是支持PROFIBUS-PA協(xié)議的智能設(shè)備。改造后的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置如圖1所示。
改造后的油田聯(lián)合站的集散控制系統(tǒng)主要由過程控制管理站PM（Process Manager）、通用操作站US（Universal Station）、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)接口模塊NIM（Network Interface Module）等組成。其數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要由3大通信網(wǎng)絡(luò)組成：局部控制網(wǎng)LCN（Local Control Network），通用控制網(wǎng)UCN（Universal Control Network）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)。每種網(wǎng)上掛有不同功能的模件，實(shí)現(xiàn)了分散控制集中管理。其中局部控制網(wǎng)LCN是該集散控制系統(tǒng)的主干網(wǎng)，通用控制網(wǎng)UCN和現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)分別通過網(wǎng)絡(luò)接口模塊NIM和現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡與局部控制網(wǎng)LCN相連。
3.2 OPC技術(shù)在油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
由于OPC技術(shù)可以使控制系統(tǒng)方便地集成，而在油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)中需要將現(xiàn)場(chǎng)總線PROFI－BUS－PA集成在該集散控制系統(tǒng)的局部控制網(wǎng)LCN上，還需要將該集散控制系統(tǒng)的信息傳遞給生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)供其分析決策，然后再將管理決策信息傳達(dá)到該集散控制系統(tǒng)。所以需要利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS－PA與油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的集成，以及油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的集成。OPC技術(shù)在油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用如圖2所示。
現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-PA采用的協(xié)議為IEC61158-2，它是通過PA／DP耦合器將其協(xié)議轉(zhuǎn)換為符合PROFIBUS-DP的RS485總線協(xié)議的，但是局部控制網(wǎng)所采用的協(xié)議為IEEES02.4令牌總線協(xié)議，因此需完成RS485總線協(xié)議和IEEE802.4令牌總線協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換是通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡和針對(duì)該接口卡開發(fā)的OPC服務(wù)器以及支持OPC接口的客戶軟件（如支持OPC的組態(tài)軟件）來實(shí)現(xiàn)的。它可將現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-PA控制層的信息通過現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡傳送到該接口卡的OPC服務(wù)器中，再由局部控制網(wǎng)層的操作站（必須安裝支持OPC接口的客戶軟件）以O(shè)PC客戶/服務(wù)器的模式對(duì)此OPC服務(wù)器進(jìn)行信息讀／寫，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-PA與局部控制網(wǎng)層之間的集成。
油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)是通過其局部控制網(wǎng)層和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)集成的，而生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)所采用的網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，其協(xié)議為符合IEEE802.3的TCP/IP協(xié)議。因此需要完成局部控制網(wǎng)層協(xié)議與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換是通過工廠鏈接網(wǎng)絡(luò)模塊PLNM（Plant Link Net Model）和針對(duì)該模塊開發(fā)的OPC服務(wù)器以及支持OPC接口的客戶程序?qū)崿F(xiàn)的。將油田聯(lián)合站集散控制中的信息通過PLNM傳送到該模塊的OPC服務(wù)器中，再由支持OPC接口的生產(chǎn)信息管理站點(diǎn)（作為OPC客戶）對(duì)該OPC服務(wù)器進(jìn)行信息讀/寫操作，于是實(shí)現(xiàn)了油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的集成。
由于要完成現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-PA與油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的集成以及油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的集成，所以必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡的OPC服務(wù)器的開發(fā)和PLNM的OPC服務(wù)器的開發(fā)。目前，它們的開發(fā)主要由相應(yīng)的廠商來完成，也可以由用戶利用快速開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表和OPC技術(shù)的發(fā)展，集散控制系統(tǒng)可以更方便地向下與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)集成、向上與生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)集成，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)管控一體化的目標(biāo)。雖然一些硬件廠商、DCS廠商提供了OPC技術(shù)的支持，但是OPC技術(shù)在過程控制應(yīng)用中仍有極大的潛力。
目前，OPC基金會(huì)已成功發(fā)布了OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范3.0、OPC報(bào)警和事件規(guī)范1.10、OPC歷史數(shù)據(jù)存取規(guī)范1.10、OPC批量數(shù)據(jù)存取規(guī)范2.0等，還需分別針對(duì)這些規(guī)范開發(fā)相應(yīng)的OPC客戶和服務(wù)器，從而使報(bào)警和事件消息、歷史數(shù)據(jù)和批量數(shù)據(jù)等方便地在集成的控制系統(tǒng)中傳遞。OPC技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響，因此跟蹤和把握這項(xiàng)技術(shù)是使集散控制系統(tǒng)具有開放性和互操作性的保障。 |
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