技术 | OPC技术在水泥厂智能控制中的应用

目前笔者正在从事参建国内大型水泥厂的智能化建设工作。该项目为2×6000t/d熟料水泥生产线项目，项目从矿山破碎到原材料进厂再到熟料、水泥的装车、发运，配套了大量先进的智能化设备。其中项目智能制造总体规划要求是要实现全场景的数字化、网络联通、数据互通及业务打通，避免产生信息孤岛，并且需要生产过程数据及相关管理数据的准确实时采集，这使得我们的智能化的工作面临诸多难题与挑战。由于全厂的智能化设备数量多，种类广，而且这些设备数据的采集及调用是全厂大数据分析及智能化实现的重要基石，所以我们首先需要解决的就是全厂的数据采集及汇聚工作。

OPC（OLEforProcessControl）技术是指为了给工业控制系统应用程序之间的通信建立一个接口标准，在工业控制设备与控制软件之间建立统一的数据存取规范（见图1）。它给工业控制领域提供了一种标准数据访问机制，将硬件与应用软件有效地分离开来，是一套与厂商无关的软件数据交换标准接口和规程，主要解决过程控制系统与其数据源的数据交换问题，可以在各个应用之间提供透明的数据访问。

笔者所在团队在该项目的具体方案确定上着重考虑通过OPC进行数据采集及转发调用的方案。搭建的大型智能化系统平台是面向水泥行业数字化、网络化、智能化需求，构建基于平台的海量数据采集、汇聚、分析服务，水泥工厂智能化建设的基石。通过系统平台可以把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来。这其中工业智能化系统包括:智能物流系统、远程运维服务系统等，智能化设备包括跨带分析仪、粒度分析仪等设备。所以要满足实现生产过程自动化，就需要使以上系统设备都能够进行数据的实时采集和传输，并且需要该平台数据中心的数据接口层支持靠OPC 通信协议进行通信，这样数据就能够灵活高效的被采集及调用。

首先从全厂最重要的数据中心-DCS系统入手。该项目采用西门子PCS7+winCC的DCS方案，该方案广泛支持OPC通信协议，兼容国内外绝大多数设备的通信协议。鉴于网络及数据安全方面考虑，我们引入了工业安全隔离网关设备进行相关数据的采集与转发。准备将该项目的所有接入DCS系统的现场设备的通信数据都通过OPC通信协议传输至安全隔离网关设备并且由安全隔离网关设备将这些通信数据逐一转发至智能化平台相关模块，任其调取使用。但是在实施过程中发现，DCS系统平台是支持OPCUA协议的，但是我们的智能化平台的数据中心的数据采集目前只支持OPCDA协议。

OPC设备传输协议主要分为OPCDA与OPC UA（见图2）。OPCDA是0PCClassic的一种数据读写规范，早期的OPC通信很多都是OPCDA通信。但是由于依赖微软公司平台，有平台的局限性，所以很多设备本身无法集成此种通信方式，受到一定限制。OPCUA是将经典OPC通信的所有规范都集成到OPCUA中，而且OPCUA具有更多优点，它的出现不再依赖平台，能够使更多设备轻松集成OPCUA客户端或者服务器的功能。比如：西门子SITOP电源、RFID、变频器、分布式的IO等设备。这样即便是底层的设备也具有话语权，可以很方便的和OPCUA的其他客户端进行通信。另外，OPCUA 也有更简单的Security的设置，我们可以轻松的更放心的连接云，或者跨网络、跨车间进行通信。

为了解决接收和转发端采用不同通信接口的问题，我们在工业安全隔离网关设备选型的时候，需要考虑同时满足OPCDA和OPCUA两种规范。这样项目中的DCS系统采用的西门子PCS7+winCC的系统，可以通过OPCUA的规范将DCS的所有数据传输至工业安全隔离网关，然后工业安全隔离网关设备转发规则设置为OPCDA接口规则并进行转发，从而使下游设备能够顺利读取到由DCS系统通过OPC协议传输的信号点。

完成这项工作的第一步就是将DCS的点号表按照工业隔离网关要求的格式进行汇总编辑，隔离网关能否顺利通过OPCUA协议读取到DCS的所有数据完全依赖于此表（见图3）。图3中，左侧第一列“名称”为DCS标准点名。最后一列“连接项”为各个DCS点号的OPC连接地址，通过该地址就能够读取到DCS系统中的对应点号。编辑好该表后，将其通过网关的MGMT调试口导入到安全隔离网关中，并且按照下图进行相应的配置，就可以使其顺利连接到DCS系统了。

具体操作配置见图4所示。由图4可以看出，通过上述配置，该项目由控制端采取OPCUA的通信协议采集DCS测点信号后，并进行数据编码，再通过OPCDA通信协议转发至下游客户端进行使用，使下游设备能够读取到DCS系统的所有测点信号。

通过以上方案的具体实施，将OPC通信协议不同规范接口进行灵活运用，很好地解决了在水泥产业智能制造领域中设备管控难，数据时效性差以及信息系统通信难的问题，而且能够将不同设备间数据传输的成本和时间大幅降低。目前项目智能化平台的数据传输非常高效可靠，并且项目后期的扩展性和易维护性都得到了大幅提高。

作者：曹覲，吴滨滨

所属：中国中材国际工程股份有限公司（南京）

来源：《水泥工程》

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