《自动化博览》

     摘要：通过OPC技术和网关的应用，叙述了南钢焦化生产管理网络数据采集系统的开发和应用，以及系统完善过程中遇见的问题和解决方法。关键词：数据采集；DCS；网关；OPC

    1 引言

    南钢炼铁新厂焦化分别在2004年、2005年完成3#4#5#焦炉及化产项目建设，形成年产冶金焦炭170万吨、焦油7万吨、粗苯2万吨、外供煤气8亿立方米的生产能力。

   随项目同期建设了焦化生产管理网络系统，该系统是集“上位管理、基础操作和基础控制级”三级网络于一体的管控一体化系统。上位管理级网络主要承担现场生产数据采集，为厂内局域网用户提供生产报表及办公信息共享服务，生产流程web浏览及网站信息服务。

   2 系统的网络结构

   2.1 上位管理级网络

    上位管理级网络的总体框架为星型拓扑结构，由一台中心路由三层交换机，下连五台可配置管理的二层交换机组成。另设服务器3台，分别提供中心数据库服务、网站服务、报表服务。设网关机3台，它们是数据采集处理及传递的重要网络节点，如图1所示。
       
                     

                           图1 上位管理级网络结构图  

   2.2 基础控制级网络（DCS）

   化产DCS系统选用北京和利时系统工程股份有限公司的MACS SmartPro分布式控制系统。基础控制级网络分为监控网络（SNET）和控制网络(CNET)。监控网络主要用于工程师站、操作员站和现场控制站的通讯连接；控制网络存在于各个现场控制站内部，主要用于主控单元和智能I/O单元的通讯连接。
                  
                      

                               图2 DCS系统网络结构  

   两层网络均为冗余高速工业以太网链路，网络中主要的通讯节点有工程师站、操作员站和现场控制站，采用TCP/IP通讯协议。为上位管理系统数据采集提供了方便的开放的网络环境，如图2所示。

   3 DCS数据采集和处理

   数据自动采集是应用OPC技术通过网络将现场设备的原始数据采集上来，然后进行分析处理后发送到各个电子报表和焦化局域网站以网页的形式浏览的过程。

   OPC技术是应用广泛的工业软件接口标准，它采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户。MACS SmartPro系统为用户提供了基于微软COM/DCOM 技术标准的OPC技术服务。

   系统OPC服务使用了Microsoft Windows的对象连结和套嵌（OLE）、部件对象模型（COM）和分布式部件对象模型（DCOM）通讯机制，只要遵循上述通讯标准，对OPC 服务器及网关的DCOM做配置之后，DCS系统与网关之间的数据通讯连接就可以正式建立。

   3.1 网关数据采集

    该厂网关通讯核心由中冶焦耐设计开发，与和利时的DCS系统有机结合，一台网关机完成了该厂两套化产DCS系统数据的采集。网关机中安装SmartPro组态软件和网关程序，数据采集功能利用SmartPro系统提供的OPC接口服务，SmartPro系统作为数据源充当OPC服务器，网关作为数据使用者充当OPC客户端。

    硬件上采用两块以太网卡联网方案。一块网卡连入DCS的监控网络，作为DCS系统的一个网络节点与DCS主控连接，并且设置为DCS系统的单机，顺利采到DCS主控的数据；一块网卡与上位管理网络连接，用于网关程序软件发送接收数据中心的信息数据。

    这种连接方式可以将现场DCS系统与上位管理网隔离开来，避免DCS系统受到其他系统的干扰。再者OPC客户/服务器任务由同一台电脑（网关）承担，也保证了网关数据采集任务不受干扰。

   OPC服务器从DCS中采集数据，通过必要的分析计算后，以消息队列形式发往本地，本地数据库服务器适时地从消息队列中取得数据，并把它传递给要取数据的网关，网关程序处理后发往中心数据库，其他终端再从中心数据库中调用数据。网关数据流如图3所示。

   3.2 DCS系统数据分析及梳理图
  
                  
                              
                                图3 数据流程图

   作为用户，更大的精力放在数据分析及梳理上。化产DCS系统的数据量庞大，各种温度、流量、压力、液位等仪表实时检测点数据繁多，共有各种操作画面30余幅、5000多个实时检测数据。针对各用户关注数据的侧重点不同，我们对这些数据进行梳理归类，一是实施监控的数据，即突出工艺重点、关键点的监控数据，二是需要统计、分析、出报表的数据，如流量等。

   通过分析工艺及不同用户的需求，我们从众多的DCS数据及流程画面中分离、综合出10余幅画面、600个工艺关键监控数据发布到上位管理网络，通过焦化网站平台实现web浏览，方便了使用。

   中国人使用报表的习惯是结构复杂的、纵横数据属性交叉相关的模式，这给报表开发提出了高要求。为此，需要对化产大部分的数据进行分析、处理、综合，然后反应在电子报表中。

   中心数据库的数据类型按采集方式分为自动采集和人工录入两种。一是由网关采集分析后自动发往数据库的数据和由其他系统发来的数据，包括平均值、瞬时值、累积值等；二是实验室的各种化验数据及产量、消耗等离散数据，由人工录入。

   根据使用区域不同，分别开发了生产区级报表和作业区级报表。生产区级报表具有完全的读写权限，且每个生产作业区只对本作业区的报表具有写权限，对于需要人工填写的部分，由生产作业区指派专人负责填写；作业区级报表只具有读取权限，不能填写或更改报表内容，是作业区管理人员及其他需要生产数据的人员用于查看和浏览生产数据使用的。通过区级管理，杜绝了数据篡改，确保了数据的真实可靠性。

  从2006年以后的几年中，又有一些技术改造项目建成，如化产的尾气回收洗涤、鼓风机循环管的优化调节、水处理的活性炭装置和废水事故槽等项目。针对新需求我们新增了数据报表。

  4 结束语

   该厂结合实际，充分利用DCS系统集成的OPC技术和开发的网关程序，进一步提高了DCS数据采集的通讯性能，将DCS控制系统与企业管理网络系统紧密地整合起来。围绕生产需求做出大胆尝试，走出了一条富有特色的生产管理系统之路。

   李影（1982-）

   女，吉林人，初级职称，测控技术与仪器本科专业，现就职于南京南钢产业发展有限公司炼铁新厂焦化车间。左殿杰（1968-）男，山东人，初级职称，机械电子本科专业，现就职于南京南钢产业发展有限公司炼铁新厂焦化车间。 

   摘自《自动化博览》2012年第二期