试论基于OPC技术的火电厂自动化平台设计

试论基于OPC技术的火电厂自动化平台设计

丁英杰王明真

（山东电力建设第三工程公司266100）

摘要：随着我国工业技术的不断完善以及科学技术的日益完善，我国的工业生产越来越重视提高工业生产的自动化技术以及控制技术等。OPC技术是我国工业控制中十分常用的技术，其对工业生产的有效开展提供了重要的技术支持。通过OPC技术可以有效实现不同的控制系统同数据监控系统间形成有效的数据通信，进而保证工业生产有效进行。

关键词：OPC技术；火电厂；自动化平台

1引言

在发火电厂各个自动化系统的实现过程中，需要使用多种不同的底层控制器设备（如传感器、执行机构等），这些设备往往来自不同的厂家，各个厂家的底层控制系统接入自动化平台时，使用各自的驱动程序而没有统一的接入标准，这就造成了所有的数据全矿井的综合数据分析应用平台。无法统一管理和上传，无法实现各个子系统之间数据共享，分析，利用的机制。

为了解决这个问题，需要在所有的底层控制系统和统一的自动化平台系统之间建立一个通用的标准接口，而国际标准的OPC（OLEforProcessContorl）技术则会起来很好的作用。

2OPC系统的技术原理

OPC（OLEforProcessControl），其能够为Windows的应用程序和现场过程控制应用之间建立起一座非常重要的桥梁。其以微软公司的OLE技术为基础，通过提供一套十分完备的OLE/COM接口完的。OPC技术是我国工业控制中非常关键的技术，其对工业生产的有效开展提供了重要的技术支持。之所以该技术在工业生产控制中应用广泛，是因为控制网上的PLC与DCS往往都是来自于不同的商家的，这些商家们之间的通讯是极为复杂的。也正因为如此，想要在控制网中高效、可靠地获取那些重要的、需要的实时数据，就需要采用OPC通讯技术。通过利用OPC技术，可以在过程控制方面有效使用对象连接以及嵌入技术，进而为控制系统提供了标准的数据访问。

一般情况下，在对OPC数据进行存取时，规范规定的基本对象主要有服务器、组以及数据项三类。一个服务器是与一个设备驱动程序想对应的。在利用过程中，OPC会将开发访问的接口任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，然后通过利用OPC服务器来将这些数据提供给用户们。这样一来，就可以非常有效地解决了软件厂商同硬件厂商之间存在的矛盾，使系统资源更为集中，从而大大提高了系统的开放性。与此同时，还能够有效提升系统的可互操作性，从而实现有效管理。

通过利用OPC技术，可以有效实现控制网与管理网之间的互联，当两个网络形成一个整体时，就可以很好地保证上层应用软件和控制设备之间的数据通讯，这不但提高了控制质量，也提高了工作效率。可以说，在遵守OPC规范的前提下，可以在任何时间有效获取工艺生产的过程数据，而这一程序是通过OPC接口来完成的，具体如图1所示。

3OPC数据访问规范

只要遵循OPC规范实现OPC接口的客户应用端，即可无缝连接OPC服务器进行数据通信，一个客户应用端可以同时访问多个OPC服务器，而一个OPC服务器也可以被多个OPC客户应用端访问，根据OPC服务器提供的功能可以知道OPC服务器内部结构大致分为3部分：设备驱动模块、数据管理模块和数据调度与分发模块。

OPC服务器支持多客户并发访问及数据存取请求，数据调度与分发模块对客户的访问及数据存取请求进行协调和管理，然后将具体数据存取请求交给数据管理模块，数据管理模块将数据存取请求传递给设备驱动模块，设备驱动模块将数据存取请求转换为读写设备消息，对设备进行具体的读写操作，操作完成后将数据返回给数据管理模块，数据管理模块再更新数据缓冲区中对应的数据，并将更新的数据返回给各个请求数据的客户端。

OPC数据访问规范中定义了OPC客户端和服务器如何交互数据和数据存储结构[2]，OPC服务器中的数据调度与分发模块负责与OPC客户端进行数据交互，其模块实现必须与OPC规范规定保持一致。数据管理模块与设备驱动模块由于针对不同的设备，读写数据方式和获取的数据就不同，因此需要根据具体需求开发实现。因此OPC服务器的具体实现会由于不同的应用而有所不同。

通常的数据采集应用的是主从式的应用结构，客户周期性地查询服务器的数据。在这种应用模式下，增加了系统的额外开销，而且效率比较低。基于COM的OPC支持的双向通信机制，具有事件驱动功能，当OPC服务器的数据发生变化时，能够自动通知OPC客户，客户可以从周期性的轮询中脱离出来，从而大大提高了效率，降低了系统负荷。OPC规范主要定义了3种数据访问方式：同步通信、异步通信和数据订阅。

4火电厂自动化平台结构设计

自动化平台建立的初衷是为了对整个生产过剩的所有系统进行工况状态监控，数据采集，智能分析存储，统一管理控制执行机构。根据火电厂的生产工艺过程，接入的主题体可分为以下几个部分：

燃烧系统：包括输煤、脱硫、锅炉、除灰等子系统

汽水系统：水处理系统、循环水系统、涡轮系统

电气系统：发电机组、一次侧系统、二次侧系统

（1）设备层：设备层为各个专业的子系统的自动控制层。各个厂家根据工艺需求自行编制的智能化执行层，通过现场的PLC、DCS、智能控制器实现本次的数据采集、上传通讯，通过统一的TCP/IP以太网协议架构，将各种工作现场总线如RS485，CANOPEN，ICAN等总线的各种设备实现硬件层的统一。

（2）OPC接入层：OPC接入层为OPC服务器，各个子系统将所有数据以不同的协议上传至以太网络，这时配置OPC的通讯服务器，设置不同的OPC采集通道对接不同的通讯协议，（如Modbus协议、CANopen协议、PLC接入协议或自由协议）将所有子系统的数据接入，形成一个综合所有系统的数据服务器，从而实现了整个系统的数据采集的整合。

（3）决策层：决策层为OPC客户端所在的控制决策服务器，OPC客户端将数据从服务器中读取出来，经过各种工艺逻辑处理，进行各项数据分析、整理、储存、发布。并且可以根据工艺需要，在开放权限的情况下，下发控制指令，进行各个子系统的集中控制。

（4）信息层：根据决策层的的客户端软件，通过WEB发布服务器，有选择的将一些二次数据发布到办公以太网，从而使整个厂区的生产负责人、维修负责人和设备负责人及时掌握设备情况、生产情况。提高厂区的自动化信息水平。

5基于OPC技术的火电厂综合自动化平台的应用

某矿务局自备电厂有两台30万发电机组和两台14.5万发电机组，采用本系统架构建设了一套自动化平台，目前已将燃烧系统、汽水系统、电气系统部分接入，共接入了15个子系统，其中接入的底层设备有西门子S7-300系列PLC，S7-400系列PLC，ABB的Logic-5000系列PLC，许继智能保护器等多种设备。

6结语

实际应用表明：采用OPC技术的火电厂综合自动化平台系统能够满足不同厂家接入子系统的需求，对提高电厂的自动化水平、保障生产和设备安全，起到了很大的作用，整个系统运行期间数据采集稳定可靠、控制指令完成良好，为合理的调配产能、预防事故发生、指挥设备检修、事故调查分析等提供了有效的现场依据，极大了提高了电厂的自动化水平。

参考文献

[1]龚政.OPC技术在DCS与PLC数据通讯中的应用[J].鄂钢科技，2010年03期.

[2]雷鸣.OPCDA和OPCDX在数据采集方面的综合应用[A].中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C].2011年.

[3]高飞.OPC接口技术在企业综合自动化中的应用[J].南钢科技与管理，2008年03期.