（电气工程专业论文）油品罐区实时监测系统的开发应用.pdf

摘要摘要实时数据库系统是石化公司实时监测系统的核心。用于石化公司生产过程数据的自动采集、存储、监视和分析。本项目包括实时采集和保存了2 4 个装置数据信息，并为石化公司用户提供了快捷、高效的查询分析工具。实时数据库中存放的数据信息，石化公司中的用户可利用客户端的应用程序对工厂级生产实施监测管理，诸如动态流程、质量监视、故障预防维护等。石化公司实时数据过程监控系统，已完成了“油品罐区实时监测系统”的数采网络建设、d c s 数采接口、数据上传、实时数据库系统建设、现场配置和组态、流程图组态、w e b 发布等工作。通过对生产活动管理的精细化，提高企业的管理水平和经济效益。该系统的应用，对石化公司生产管理带来良好效果。建立了一个标准的实时数据库平台，采用o p c 技术，为先进控制和优化提供了保证；由于实时数据库系统的集成作用，不仅将工厂控制层与管理信息系统集成起来，而且也将不同的控制设备如d e s 、p l c 等集成起来，使得工厂管理层实时地得到来自工厂过程的实时数据，这样就为管理信息系统的开发与应用提供了一个理想的平台，使管理信息系统实时、高效地运行；通过对影响过程的运行状态的关键参数的监控，使生产的运行状态保持平稳，减少了非计划停车时间；通过对影响原材料用量的过程以及公用工程中水、电、汽、风的用量的监测，减少原材料以及公用工程的消耗；优化生产过程，提高产品的产量及质量；动态地监控生产成本；分析事故原因，以避免事故的再次发生。关键词：实时数据库o p c 技术配置组态网络流程图a b s l r a ( j ra b s t r a c tn l er e a lt i m ed a t a - b a s es y s t e mi st h ec 0 1 eo ft h ep e t r o c h e m i c a lc o m p a n y so i ll i n em o n i t o r i n gs y s t e m i ti su s e di nt h ep r o d u c t i o np r o c e s st od ot h ec o l l e c t i n g ,s a v i n g , m o n i t o r i n ga n da n a l y z i n ga u t o m a t i c a l l y t l l i si t e mi sb a s e do nl o t so f r e a lt i m ed a t ai n f o r m a t i o nt h a tc o m e sf r o m2 4f i t t i n g s ，s oi tp r o v i d e st h ep e t r o c h e m i c a lc o m p a n yaf a s ta n de f f i c i e n ti n q u i r i n ga n da n a l y z i n gt 0 0 1 w i t ht h e s ed a t ai n f o r m a t i o ni nt h er e a lt i m ed a t a b a s e , t h ep e t r o c h e m i c a lc o m p a n yu s e i bc a n u s et h ea p p l i c a t i o np r o g r a mo ft h ec l i e n ts e r v e rt om o n i t o rt h ef a c t o r yp r o d u c t i o n , s u c h 嬲t h ed y n a m i cf l o w , q u a l i t yc o n t r o l , e x c e p t i o nh a n d l e sa n ds oo n u pt on o w , m o s tw o r k so ft h ep e t r o c h e m i c a lc o m p a n yr e a lt i m ed a t am o n i t o r i n gs y s t e mh a v e b e e nf i n i s h e d ，m e ya r et h eb u i l d i n go ft h ed a t ac o l l e c t i o nn e t w o r k , d c $ d a t ai n t e r f a c e , t h ed a t au p - t r a n s f e r ,t h er e a lt i m ed a t a b a s es y s t e mb u i l d i n g , f i e l dc o n f i g u r a t i o n , f l o wc ：h a _ r tc o n f i g u r a t i o n ,w e bi s s u a n c ea n de r e u n d e rt h es u b t l ec o n t r o lt ot h ep r o d u c t i v ea c t i v i t y , t h em a n a g e m e n tl e v e la n dt h ee c o n o m yb e n e f i th a v eb e e ni m p r o v e dg r e a t l y ag o o dr e s u l tc o n i c st ou s f i r s t l y , w i t ho p ct e c h n i q u e , w eb u i l das t a n d a r dr e a lt i m ed a t a b a s ep l a t f o r m ，a n de n s u r et h ea d v a n c e de o n l r o la n do p t i m i z a t i o n s e c o n d l y , b e c a u s eo f t h ei n t e g r a t i o no ft h er e a lt i m ed a t a b a s es y s t e m , w e 啪n o to n l yi n t e g r a t et h ef a c t o r yc o n t r o lw i mt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m , b u ta l s oi n t e g r a t et h em a n yd i f f e r e n tc o n t r o le q u i p m e n t ss u c ha sd c $ a n dp l ca n de t c s ot h ef a c t o r ym a n a g e rc l l ng e tt h er e a lt i m ed a t ai n f o r m a t i o nt h a tc o m e sf r o mt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ap e r f e c tp l a t f o r mc o u l db eg i v e nt ot h ei n f o r m a t i o ns y s t e m , a n dm a k et h es y s t e mn l ne f f i c i e n t l y t h i r d l y ,b ym o n i t o r i n gt h ek e yd a t aw h i c hc a na f f e c tt h ep r o c e s sc o u i s e ，w ec a l lk e e pt h ep r o d u c t i o np r o c e s smp l a c i d l y , d e c r e a s et h et i m eo ft h ee x c e p t i o nf i t t i n gs t o p b ym o n i t o r i n gt h ep r o c e s st h a tc 趾a f f e c tt h eu s eo fm wm a t e r i a l sa n da l s ot h eu s eo fw a t e r , e l e c t r i c i t y , v a p o ra n dw i n di nt h ep u b l i cw o r k s ，w ec a ns a v et h el a wm a t e r i a l sa n dr e d u c et h ec o s t i nc o n c l u s i o n , w i l ht h i ss y s t e m , w e 啪o p t i m i z et h ep r o d u c t i o np r o c e s s , i m p r o v et h ep r o d u c tq u a l i t y , m o n i t o rt h ep r o d u c tc o s t0 1 1l i n e , a n a l y z i n gt h ef a u l ta n da v o i dt h en e x tf i t t i n ge x c e p t i o n a b s t r a c tk e yw o r d s ：r e a lt i m ed a t a b a s eo p ct e c h n i q u es t a t i o nc o n f i g u r a t i o nn e t w o r kf i o wc h a r t独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤洼盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。靴做储魏酬签字隰沙6 年砂月夕日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤注盘堂有关保留、使用学位论文的规定特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)名：弓狄渺签字日期：7 彳年2、- 7月y 日|“聊i夕童月瘢扩轹悻戳耐者忙：文期论日位字学签第一章绪论1 1 前言第一章绪论2 1 世纪的今天，信息化己成为了经济和社会发展的大趋势。网络技术的成熟和发展，使得网络经济正发展成为一种不容忽视的经济形态，它不仅能够提高生产效率，大幅度降低生产成本，而且也能深刻地影响和改变人们的生活和工作方式。随着企业的发展和规模的扩大，炼油厂的信息化建设也得到了同步发展，建成了以光纤通信为主干信道的企业信息网络，网络遍布全公司的管理部门、主要生产装置和操作岗位，标志着炼油厂的计算机应用达到了一个较高的水平。信息技术在生产企业中的作用，就是为提高企业的生产操作、生产调度、生产管理和生产经营等，并最终提高企业经济效益为目标。及时掌握生产装置和罐区的动态信息，使得管理人员可以及时全面了解主要生产装置和罐区的生产动态，掌握生产运行情况，及时调整生产方案，达到提高企业经济效益的目的。实时数据库技术正是实现这一要求的最好手段，它集成了生产装置和罐区的生产动态数据，实现对全厂生产和罐区实时数据的自动采集、存储和监视，并在这些数据基础上实现各种管理实用的统计报表。罐区的数据信息，不仅可反映企业主要的物料存储和资金占用情况，还是从原料进厂到产品出厂，以及各部门、各装置间油品移动的重要计量依据之一。罐区实时监测系统的对象是罐区数据，采集、存储罐区信息，可用来指导生产、降低成本、增加产量。【1 11 2 油品罐区监测国内现状及实施前存在的问题油品罐区监测是围绕石油储运安全的一项研究课题，国外油品罐区监测系统较为成熟，但是引进费用十分昂贵，与我国炼油装置国产化的实际国情不符，而且升级兼容性十分困难。目前国内企业的油品罐区计算机采集系统最多已经投用十五年，经过长时间连续运行后，设备已经老化，不同程度地存在一些问题，成为罐区安全生产的隐患；随着罐区更新改造以及现场一次仪表的更新换代，原来的计算机采集系统也难以满足新的使用要求。中石化和中石油企业中只有九江石化公司上了油品罐区监测系统，但规模较小，不通用于其他石化企业。其他石化企业正在陆续调研。天津公司炼油厂实施前存在的问题如下：第一章绪论i 、油品车间现有四个罐区：柴油罐区、原重油罐区、蜡油罐区、轻油罐区。由于各罐区罐储油品性质不一、投产时间有先有后，原来不同罐区采用的现场一次仪表型号较多，不统一，分别有光导液位计i 型表、光导液位计i i 型表、钢带液位计、光纤液位计等型号。通过现场改造，目前已经统一采用光纤液位计。随着仪表接口的改变，相应地，现场数据采集软件需要相应变更，进行重新开发。2 、重油罐区原有监测系统通过外委开发，由于维护不及时，原有系统已经基本瘫痪，无法恢复。3 、蜡油罐区作为新投用罐区，没有计算机采集系统，操作工日常依靠常规仪表进行监测、手工算量等工作，工人劳动强度大，对于罐区的安全生产也十分不利。4 、各罐区实时数据相互不能共享，调度依靠各罐区电话报告的油罐状态数据指挥生产，容易产生偏差。这种状况必须改变。随着计算机网络技术的发展，油品储运基础数据逐步统一不再是梦想，因此，罐区实时监测网络建设成为必然。i 3 实施效果1 、该系统的实施提高了罐区生产数据的实时性和可靠性。2 、减轻了操作人员的劳动强度，有利于罐区安全生产。3 、实时数据的信息共享，为车间管理、生产计划、调度指挥提供了决策依据和基础数据支持。1 4 实施的意义“油品罐区实时监测系统”的基本需求是通过高速局域网络，实现各级管理部门对罐区生产过程状态信息的共享，即实现罐区p l c 仪表系统与企业网互联，其核心是建立实时数据库。生产历史数据对生产单位来说是很有价值的，经验告诉，现在很难知道将来进行数据分析时，哪些数据是必须的。因此，保存所有的数据是防止丢失所需信息的最好方法。此外，要改进生产状况，必须具备与之相关的信息，并了解当前和过去的操作状态。实时数据库采集、存储生产信息，今后可用来指导生产、降低成本、增加产量。实时数据库系统建立后，自成体系、孤立运行的各系统中与炼化生产息息相关的实时数据将被存放在统一的数据库中，企业中的用户，无论在什么地方都可看到和分析相同的信息，很容易借助相关应用程序对工厂实施管理，诸如油量控制、故障预防维护、罐区调度等。通过实时数据库还可集成产品计划、维护管理、专家系统、化验信息系统、生产过程第一章绪论模拟等应用程序，从而在业务管理和实时生产之间架起一座桥梁。由此看出，为进一步提高生产管理效率，尽快建立完整的生产实时数据库系统是非常有意义的。有了实时数据库平台，就为装置流程模拟、生产计划与调度优化，以及先进控制和优化控制提供了基础数据保证。在石化企业，应用生产计划与调度优化系统来实施企业的宏观管理与控制，以提高企业的经济效益和市场竞争力，应用装置流程模拟系统来模拟单体生产装置的运行情况查找生产瓶颈，以实施装置的挖潜增效与改造，应用先进控制和优化技术从微观上提高生产装置的操作控制水平以提高企业的效益等已成为一种必然趋势，而实时数据库系统的建设则是这些系统建设的基础前提和数据保证。标准实时数据库平台的建立，为以后装置流程模拟、生产计划与调度优化以及先进控制和优化提供了基础数据保证【l 】 2 1 。1 5 本论文创新点1 、用实时数据库技术，搭建了实时数据库平台，将不同罐区的不同计算机采集系统集成到一起，使得所有罐区实时数据能够充分共享；此外，通过实时数据库平台，实时数据还可进一步供上层管理应用，从而打破“信息孤岛”的局面。2 、利用o p c 接口技术，一方面提高了系统接口运行的稳定性；另一方面减少了不同系统数据接口软件的编程工作。3 、相对于原来的单机版数据采集与监测系统而言，新系统的c $ 、b i s 体系无论是使用还是维护都更为方便、可靠【2 j 【3 l 。1 6 本文研究的主要内容采集、集成原重油罐区、柴油罐区、蜡油罐区、轻油罐区四个罐区的各种数据、状态：罐温、罐量、液位、报警、能量、机泵控制状态、阀门、化验指标、自动控制调节量等，形成罐区实时数据库应用系统。以液位图，流程图、趋势图等方式实时浏览查询罐区的罐、阀门、控制系统、油品流动等的动态，并有相关报警提示。开发蜡油罐区现场罐量计算系统，具有流量累积计算、能量累积计算、油品存量计算、罐量计算等统计汇总功能。具有报警提示：罐满、罐空、不动罐的异常；具有远程监视功能。安装调试c s 方式下的实时数据查询分析工具软件，提供基于实时数据第一章绪论库的数据查询工具包，用于查询实时数据库的实时数据、历史曲线及相关分析信息。安装调试b s 方式下的实时数据查询分析工具软件，提供w e bs o r v e r ，用于实时数据库系统数据的w e b 发布嗍嘲。第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备2 1 油品车间罐区工艺操作简介油品车间是炼油厂储运系统的一部分，它担负着原油收付和装置原料中转以及航煤、汽油、柴油、重油、石脑油等收存调合、成品油出厂的任务。油品车间管辖四个罐区，即原重油罐区、柴油罐区、蜡油罐区、轻油罐区。柴油罐区有贮罐1 8 座，总贮量为7 4 0 0 0 m 3 ；原重油罐区又分为重油罐区、原油罐区和航煤罐区三部分，其中，重油罐区有贮罐1 0 座，总贮量为4 3 4 0 0m 3 ；原油罐区有贮罐l o 座，总贮量为2 8 2 0 0 0i n3 ；航煤罐区有贮罐9 座，总贮量为2 5 0 0 0m3 ；蜡油罐区有贮罐6 座，总贮量为2 l 0 0 0m 3 ；轻油罐区共有十六座油罐，均为浮顶钢油罐，罐区总容量为8 7 万3 。一原油罐区主要担负着原油的收存、沉降脱水，供一、二套常压加工任务；另外还担负着收、储、付一定量的蜡油、常渣任务。原油罐区所收原油绝大部分靠海运而来，原油的品种有仪征混合油( 胜利油+ 阿曼油) 、渤海油、大港油、外油等，这些油均由油驳运到码头库区经1 1 0 、1 2 # 、1 - 3 # 、1 - 4 线进入原油罐区。重油罐区主要是将常减压渣油、重柴油、催化油浆调合成所需牌号的燃料油出厂，为焦化装置输送原料；其次负责油罐、管线的加热、伴热、计量及安全检查等工作。航煤罐区主要是把联合常压装置生产的组分油经常压精制后在罐区加抗静电剂调合生产3 ”航煤并出厂，煤油的贮存及出厂，收联合装置的常压塔底油并返回联合催化装置；其次是油罐的加热，管线的伴热，巡回检查及保卫工作等。柴油罐区主要担负着全厂柴油组分的收存、调合出厂及送两套加氢装置原料任务。其来油主要有一、二套常压三、四线，一、二套催化轻、重柴油组分，以及焦化柴油组分和一、二套加氢精制柴油组分；罐区将常压三线、加氢柴油或少量催化轻柴经混合器或直接进罐按一定比例调合，调合成扩柴油出厂；另还有轻柴油与重柴混合调合成1 8 0 重柴；冬季还生产少量的1 0 8 柴油，调合矿i 然料油，并担负两套加氢装置原料供应任务。蜡油罐区为炼油厂重整一加氢装置的配套罐区，主要任务是接收常压、联合常压的石脑油，脱水合格后，为重整一加氢装置输送原料，为催化、联合送焦化蜡油；收焦化、常压、码头蜡油，再送催化、联合催化：以及少量石脑油出厂。同时，罐区还担负石脑油管线放空，蜡油罐、管线的加热、伴热和巡回检查及保卫工作等。第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准各轻油罐区主要接收常减压、催化、联合、重整、烷基化、g t b e 、气回、加氢等装置产出的各类汽油，其中不合格汽油送回装置回炼，合格汽油经循环调合生产出9 0 号、9 3 号、9 7 号成品汽油，同时担负着成品汽油付铁路、油码头、石油公司、大港油库的出厂任务。经油品车间出厂的成品油有旷、1 扩柴油、钟燃料油、1 8 扩燃料油、分子筛料、石脑油，3 “航煤以及2 0 、3 。、矿重油、9 0 号、9 3 号、9 7 号成品汽油。成品油主要通过铁路、汽车装油站出厂，还可通过输油管线送至大港油库( 柴油) 、大港发电厂、天钢( 重油) 。油品车间作为企业储运系统的重要一环，其所管辖的各油品罐区是安全生产和防火防爆的重点部位。为此，油品车间的主要工作就是在厂部的统一领导下，加强管理、确保安全、降低油品损耗、降低能耗，降低油品调合的剩余功能，为工厂创造更多的经济效益。2 2 系统设计实时数据库有两种类型：客户式( c s ) 结构和分布式( b s ) 结构。一般c s 结构适用大中型用户，b s 结构适用中小型用户。项目实施小组开发了实时数据库s u p e r i n f 0 2 5 ；开发了实时数据库和d c s 的数据接口s w - c i m i o6 1 ；开发了与实时数据库配套的上层应用工具包s u p e r t o o l s 2 5 ，其功能包括实时数据浏览、历史数据分析、报警查询等。系统结构采用c s 结构和b s 结构相结合，数据接口及其管理采用c s 结构，实时数据应用工具包采用c s 结构，实时数据及历史数据浏览采用b s 结构【5 6 】。2 2 1 网络环境及软件环境网络环境如图2 1 所示，服务器端以w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r ( s p 2以上) 为操作系统，安装i os e r v e r 和实时数据库系统。数采机以w i n d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 为操作系统，安装i oc l i e n t 。客户机可安装任意w i n d o w s 系列操作系统川。第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备2 2 2 软件系统结构图2 - 1 网络环境软件系统自上而下可分为五个层次和两个流向。两个流向指数据流和管理流。五个层次为( 图2 2 ) ：下层驱动程序：运行于d c s 操作站；数据采集和发送：运行于数据采集机；数据收集：运行于服务器；实时数据库：运行于服务器；上层工具：运行于客户机。第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备v i e w ，h i s p l o t。rm o n i t o rld a t a b a s ee n g i n el上层工具t实时数据库数据库ti os e r v e r数据收集tr一r o t u e rt a s km a n g e rktc i m i o 数据采集和发送。_ “。一|c o l l e c ti千ii od r i v e r下层驱动程序2 2 3 数据采集模块图2 - 2 软件结构数据采集模块分为服务器端( 1 0s e r v e r ) 和数采机端( i oc l i e n t ) 两部分。1 0s e r v e r 主要功能是把数据库的数据请求传递给i oc l i e n t ，并把i oc l i e n t 发送的数据写入数据库。1 0c l i e n t 的主要功能是根据需求取得实时数据8 】【9 】。数据流图如图2 3 所示：第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备图中：+表示数据一卜表示数据请求2 2 4 实现功能图2 - 3 数据流图对存储在实时数据库中的实时数据和历史数据进行查询和分析，包括：流程图组态绘制工程涉及的各生产装置的平面流程图或立体流程图。流程图浏览察看流程图组态工具绘制的流程图。实时数据查询通过实时数据的查询，使生产状况一目了然。历史数据查询同一幅图内画出几个任意位号的历史数据变化趋势曲线。报警查询当某一位号的生产数据在超出报警上下限时提示报警，帮助用户发现生产异常。异常报警查询当某一位号的生产数据在一段时间内保持不变时则提示报警，帮助用户发现生产异常或仪表异常。第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备d d e 和n e t 加e 服务可在支持d d e 的应用程序( 如e x c e l 、w o r d ) 中显示实时数据和历史数据。用户可利用此功能方便地把各种数据组织成报表。2 2 5d c s 数据接口设计整个数采系统的数据采集频率定为1 0 秒( 可根据要求调整，但一般不得少于5 秒) ，每套装置采集数据点数不超过5 0 0 点，罐区内四个采集点所采集数据点不超过1 0 0 0 点。2 3 系统实施准备在总公司各级领导的支持和配合下，数采网络建设、d c s 数采接口、数据上传、w e b 发布等工作。2 3 1 数采网络硬件环境的建设完成了“油品罐区实时监测系统”的实时数据库系统建设、流程图组态、炼油厂的局域网主干线以前只覆盖到了主要生产车间的办公室，为了保证该项目的顺利完成，网络主干线必须延伸到所有需要采集的罐区操作室；原蜡油操作室没有接通网络，项目实施小组前期已完成了蜡油操作室的网络建设工作。2 3 2 光纤液位仪数据采集的技术准备由于炼油厂罐区使用的是光纤液位仪，该产品缺省情况下没有考虑用户联网的技术需求，不支持o p c 或d d e 或其它联网技术支持，但光纤液位仪本身是支持r s 2 3 2 通讯协议的。经项目小组调研后，在蜡油罐区的光纤液位仪上加入支持通讯的模块，使液位仪支持r s 2 3 2 通讯协议，由s w - c i m l 0c l i e n t 通过r s 2 3 2 读取液位仪的数据。2 3 3 与已采集d c s 数据连通的技术准备由于炼油厂以前的d c s 数据设计时间较早，当时需求不高，没有考虑用户联网的技术需求，所以不支持与第三方软件的标准的通讯协议如o p c 、d d e 等。而轻油罐区部分需要从该系统中取得数据。项目实施小组以共享实时数据文件的第二章油品罐区实时监测系统的整体设计及实施准备方式，单独开发接口软件，把采集的d c s 数据整合到s u p e r i n f 0 2 5 中进行数据的传递。2 3 4 流程图、工位号的搜集整理与组态在公司领导及各单位的统一协调下，根据工程进度安排，项目实施小组提前收集制作了原重油罐区、柴油罐区、蜡油罐区、轻油罐区等四个罐区的流程图示意图资料，包括：装置流程图、工位号、工位号名称、类别、计量单位、量程、报警限等基础资料。0 0 第三章罐区现场数据采集站设计开发第三章罐区现场数据采集站设计开发随着软件技术的不断进步，软件应用与开发方式越来越多样化。同样，实时数据采集的方式也随着现场设备配置的不同，采集软件的方式也变得多种多样。过去，实时数据的采集基本上通过数采板卡编程实现；现在，随着各种智能仪表、现场工控设备的普及，实时数据采集更多的是通过各种数据接口实现。比较常用的接口主要包括0 p c 、d d e 、n e t d d e 、o d b c 、串行通讯等等，其中，0 p c 接口可能是一种较为常见的数据通讯方式。下面首先着重对o p c 接口作一粗略的介绍。3 10 p c 接口简介实时数据库的访问方式种类较多，主要包括：a 使用自己的a p i 。这种方式效率最高，其实也最简单。b 使用o d b c 。由于实时数据库不同于关系数据库，o d b c 没有太大的用武之地，所以在使用o d b c 时有非常多的限制，大部分功能并不支持o d b c 方式。c 使用0 p c 方式( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 )因为太多的数据库和d c s 使用自己的a p i 方式存取数据，无法做到算法的通用，因而提出了一个标准的存取接口，也就是o p c 。下面着重对o p c 技术作一介绍。0 p c 是o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ( o l e ) f o rp r o c e s sc o n t r o l 的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。o p c 以o l e c 0 m d c o m 技术为基础，采用客户服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，这个标准定义了应用m i c r o s o f t 操作系统在基于p c的客户机之间交换自动化实时数据的方法。3 1 10 p c 规范概述o p c 是一个工业标准，它是由一些世界上著名的自动化系统和硬件、软件公司和m i c r o s o f t ( 微软) 紧密合作而建立的。o p c 包括一整套接口，属性和方法的标准集，提供给用户用于过程控制和工业自动化应用。m i c r o s o f t 的o l e c o m技术定义了各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据，从而使得o p c 能够提第三章罐区现场数据采集站设计开发供通用的接口用于各种过程控制设备之间的通讯，不论过程中采用什么软件和设备。复杂数据规范0 p c 技术的实现由两部分组成，0 p c 服务器和0 p c 客户应用部分。0 p c 服务器完成的工作就是收集现场设备的数据信息，然后通过标准的0 p c接口传送给0 p c 客户端应用。0 p c 客户端则通过标准的0 p c 接口接收数据信息。在具体的实现过程中，用户可以根据自己的需要挑选相应的规范来使用埘1 1 “1 钔。3 1 20 p c 基本概念o p c 服务器e h = 类对象组成，相当于三种层次上的接口：服务器( s e r v e r ) 、组( g r o u p ) 和数据项( i t e m ) 。l 、服务器对象( s e r v e r )拥有服务器的所有信息，同时也是组对象( g r o u p ) 的容器，一个服务器对应于一个o p cs e r v e r ，即一种设备的驱动程序。在一个s e r v e r 中，可以有若干个组。2 组对象( g r o u p )拥有本组的所有信息，同时包容并逻辑组织o p c 数据项( i t e m ) 。3 、项是读写数据的最小逻辑单位，一个项与一个具体的位号相连。项不能独立于组存在，必须隶属于某一个组i在每个组对象中，客户可以加入多个o p c 数据项( i t e m ) 。3 1 30 p c 体系结构o p c 规范提供了两套接口方案，即c o m 接口和自动化。c o m 接口效率高，通过该接口，客户能够发挥o p c 服务器的最佳性能，采用c + + 语言的客户一般采用c o m 接口方案；自动化接口使解释性语言和宏语言访问o p c 服务器成为可能，采用v b 语言的客户一般采用自动化接口。自动化接口使解释性语言和宏语言编写客户应用程序变得简单，然而自动化客户运行时需进行类型检查，这一点则大大牺牲了程序的运行速度。o p c 服务器必须实现c o m 接口，是否实现自动化接口则取决于供应商的主观意愿。o p c 客户和o p c 服务器进行数据交互可以有两种不同方式，即同步方式和异步方式。同步方式实现较为简单，当客户数目较少而且同服务器交互的数据量也比较少的时候可以采用这种方式；异步方式实现较为复杂，需要在客户程序中第三章罐区现场数据采集站设计开发实现服务器回调函数。然而当有大量客户和大量数据交互时，异步方式能提供高效的性能，尽量避免阻塞客户数据请求，并最大可能地节省c p u 和网络资源【7 1 。3 1 4o p c 与d d e 的比较在o p c 技术出现以前，d d e ( 动态数据交换) 技术曾经对过程控制作出巨大贡献。但是o d e 是基于w i n d o w s 信息传递而建立的技术，所以d d e 技术存在以下问题：数据的传送速度较慢没有安全性管理机制开发困难功能缺乏柔软性可靠性也难以令人满意因此，基于先进的c o m 技术的o p c 技术将逐渐取代原来在过程控制中广泛使用的d o e 技术。随着o p c 技术的导入，和过去的d d e 技术相比，o p c 技术在以下方面显示出它的优越性：高速的数据传送性能基于分布式c o m 的安全性管理机制开发成本的降低实现具有高度柔软性功能的系统实现具有高可靠性的系绀1 】嘲3 1 5 采用o p c 规范设计系统的益处1 、采用标准的w i n d o w s 体系接口，硬件制造商为其设备提供的接口程序的数量减少到一个，软件制造商也仅需要开发一套通讯接口程序。即有利于软硬件开发商，更有利于最终用户。 1 2 1 1 3 12 、o p c 规范以o l e d c o m 为技术基础，而o l 王加c o m 支持t c p i p 等网络协议，因此可以将各个子系统从物理上分开，分布于网络的不同节点上。3 、o p c 按照面向对象的原则，将一个应用程序( o p c 服务器) 作为一个对象封装起来，只将接口方法暴露在外面，客户以统一的方式去调用这个方法，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从底层的开发中脱离出来。4 、o p c 实现了远程调用，使得应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于系统硬件配置，使得系统的应用范围更广。5 、采用o p c 规范，便于系统的组态，将系统复杂性大大简化，可以大大缩第三章罐区现场数据采集站设计开发短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。6 、o p c 规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而实现系统的开放性，易于实现与其它系统的接口。3 2 数据采集与通讯的配置组态现场数据采集站主要完成现场实时数据采集、数采站与实时数据库服务器数据交换等功能。实时数据采集主要根据不同罐区采集对象的具体情况，采用了o p c 、r s 2 3 2 及其他方式进行编程、组态完成；数采站与实时数据库服务器数据交换则主要通过c i i v i i o 模块组态实现。p s i数据采集站软件配置的顺序基本归结为：1 、c i m i oc o a f t g u r a t i o n 配置采集装置及信息2 、制作实时数据库位号与d c s 位号的对应表3 、运行采集程序d a t ac o l l e c t i o n 。1 、c i m l 00 0 n fi g u r a ti o n 配置采集装置及信息c i i v i i oc o n f i g u r a t i o n 为采集站配置采集装置及其信息的工具软件。c i m i oc o n f i g u r a t i o n 的界面如图3 - 1 ，对注册表中的信息进行增加，修改，删除的操作。图3 - 1 配置采集装置及信息点击a d d 增加后，看到具体配置设备信息的界面，第一个t a g 页是d e v i c es e t t i n g ，如图3 - 2 ：第三章罐区现场数据采集站设计开发图3 - 2 配置设备信息每个采集点需要指明数据发送到哪一个实时数据库服务器，即s e r v e r , 该s e r v e r 是通过”c o n f i g 配置，界面如图3 3 ：图3 - 3 实时数据库服务器设置缺省没有配置服务器，所以要点击“增加”按钮来配置服务器，如图3 _ 4 ：第三章罐区现场数据采集站设计开发图3 4 配置服务器配置了服务器以后，并且选择了该服务器，d e i v c es e t t i n g 的t a b 页中d e v i c e选择框中有装置名称可以选择。每个采集点对应一个d e v i c e ，每个d e v i c e 配置了一个采集模块，即m o d u l e ；该m o d u l e 通过手工指定，点击c h a n g e 按钮后，手工输入采集模块即可，但要求该采集模块是存放在c i m i oc l i e n t 的安装路径下，且符合c i m i o 的要求。用户可以选择d c s 厂商、d c s 类型、采集协议后，配置程序会自动选择一种采集模块的。其配置界面如图3 5 ：图3 - 5o o i v c e8 e t t i n g 配置界面第三章罐区现场数据采集站设计开发第二个t a g 页是i 0s e t t i n g ，即进一步配置采集信息，由于该配置页面是随着采集协议( p r o t o c a l ) 的不同而不同的，没有选择采集协议，则i 0s e t t i n g 页为空，选择了采集协议后开始配置s e t t i n g 页，而不同的采集协议有不同的i os e t t i n g 页。其参数设置界面如图3 - 6 所示：图3 - 6i 0s o r t i n g 参数设置界面2 、制作实时数据库位号与d c s 位号的对应表采集站的采集位号文件由手工制作，所有装置的采集位号文件格式相同，文件名和装置名称必须相同，格式如下：型)c o i n t = 6 2 1( 空一行)a r l 0 1 p v ：e c ha r l 0 1( 位号的个数)( d c s 位号；实时库位号：系数：类f r c6 0 2 p v：e c hf r c 6 0 2：0 o o ld 1 4 5 0 5 0 1：e c hd 1 4 5 0 5 0 1：1 0：1w t o o l：w t 0 0 1、w 0 0 2：w t 0 0 2第三章罐区现场数据采集站设计开发以上格式中系数是可选项，若某一行无系数，则相当于系数为1 0 。类型变量中，针对不同的采集，类型变量表示不一样，现列举如下；o p c 采集中，类型变量参考微软的变量类型v a r t y p e ，即模拟量是5 ，开关量是1 。3 、运行采集程序d a t ac o i l e c t i o n点击数据采集后，采集程序界面如图3 7 ：图3 - 7 采集程序界面此时s w - c i m i om a n g e rc e n t e r 将配置的采集模块启动起来并管理起来，如果要停止采集，可以点击“s t a r f f s t o p ”来停止和启动采集；如果要显示采集模块的窗口，可以点击“s h o w h i d e ”来显示或隐藏采集模块窗口。如果点击“c l o s e ”或该窗口的关闭b o x ，则该窗口关闭，只留下c i m i o 的l o g o e l 6 】。如图3 - 8 所示：图3 - 8c i m l 0 的l o g o第三章罐区现场数据采集站设计开发3 3 现场数据采集的结果现场数据采集站数据采集程序运行正常后，系统将按照预定要求采集相关实时数据。已经采集的实时数据可以通过两种方式进行浏览。1 、通过数据采集程序，直接浏览已经采集的实时数据。浏览界面如图3 - 9所示。图3 - 9 数据采集浏览界面2 、通过实时数据查询系统，可以查询、浏览相关实时数据。实时数据查询界面如图3 1 0 所示：第三章罐区现场数据采集站设计开发图3 - 1 0 实时数据查询界面第四章油品罐区的现场配置与组态第四章油品罐区的现场配置与组态4 1 原重油罐区4 1 1 现场配置( 0 p c )原重油罐区的p l c 为s i e m e n s 公司的w i n c c 产品，其操作系统为w r m d o w sn t ，w i n c c 提供了o p c ( 或n e t d d e ) 数据接口，通过o p c ( 或n e t d d e )和w i n c c 工程师站( 或操作站) 通讯取得实时数据。0 7 1 如图所示。1 、实现原理：在w i n c c 的工程师站节点启动o p cs e r v e r ，采集站启动s w - c i m i oc l i e n tf o rw i n c c 取得实时数据，再经t c p i p 协议写入s u p e r l n f 0 2 5 实时数据库。2 、物理实体图4 1 ：3 、逻辑关系框图4 - 2 ；图4 - 1 物理实体图图4 - 2 逻辑关系框图第四章油品罐区的现场配置与组态4 、d c s 采集需要的条件：a 、硬件：不需要增加其它设备b 、软件：m 程师站缺省启动o p cs e r v e r 正常。5 、数采机配置首先该机器需要用a d m i n i s t r a t o r 登陆，密码为空。这是保证o p c 采集的必要条件。c i m i oc o n f i g u r a t i o n 的界面如图4 - 3 ：图4 - 3 数采机配置s e r v e r ：w h s h是由c o r l f i g 按钮出现的配置服务器界面配置的。一旦连接上c i m i o s e r v e r 则d e v i c e 中自动列出c i m i o s e r v e r 中的装置名。如图“所示：第四章油品罐区的现场配置与组态图4 - 4i 0s e t t i n g 界面配置6 、系统运行分析：该方法是s i e m e n s 公司w i n c c 系统推荐采集方案，可采集点数为1 0 0 0 点，其刷新周期为5 秒更新一次。该方法稳定可靠，能够充分满足用户需求。4 1 2 原重油罐区现场工位组态采集站的采集位号文件需要手工制作，主要内容包括采集数据总点数、采集点d c s 位号、实时数据库位号、系数、数据类型。所有装置的采集位号文件格式相同，文件名和装置名称必须相同，格式如下：c o u n t = 1 8 9采集数据点数l i a h1 0 1 ：l a1 0 1 ：0 0 0 1 ：5数：类型l i a h1 0 2 ：l a1 0 2 ：0 0 0 1 ：5l i a h1 0 3 ：l a1 0 3 ：0 0 0 1 ：5d c s 位号：实时库位号：系1 1 1 0 2 罐油品液位l a h _ 6 0 2 ：l a _ 6 0 2 ：0 0 0 1 ：56 0 2 罐油品液位t e m p e r a t u r e l 0 1 ：t i 1 0 1 ：1 0 ：51 0 1 罐油品温度第四章油品罐区的现场配置与组态t e m p e r a t u r e 6 0 2 ：t i - 6 0 2 ：1 0 ：5w e i g h t 一1 ：w i 一1 0 1w e i g h t2 9 ：w 1 6 0 2p r e s s u r e l 一1 ：p i 一1 0 1 ；0 0 0 0 0 0 16 0 2 罐油品温度1 0 1 罐油品重量6 0 2 罐油品重量1 0 1 罐泵压力p r e s s u r e l2 1 ：p i 一3 1 2 ：0 0 0 0 0 0 13 1 2 罐泵压力i i 一1 0 1 ：i i 一1 0 11 0 1 罐泵电