1 引言 　　山東招遠招金集團是采、選、氰、冶綜合配套的中型國家二級企業和國家金、銀冶煉加工定點企業。計算機和自動化技術在招遠礦冶過程中的應用尤其令人矚目。其現有氰化處理能力已達到易選冶精礦400噸/日，復雜精礦100噸/日。本系統是一個大型的氰化車間，要采集數據的地點分布在整個廠區，而且數量也很多，在數據采集和傳輸方面需解決分布廣，數量多的問題。為了解決這個問題，在傳統的DCS系統上引進了現場總線技術，提出了基于現場總線PROFIBUS的DCS控制系統。 　　現場總線技術是當今工業自動化領域技術發展的熱點，適用于現場儀表、控制系統和控制室之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、互聯、多點、多站的通訊系統。DCS技術是計算機技術、自動控制技術、通信技術和CRT顯示技術競相發展并緊密結合的產物，而通信技術在集散控制系統中占有重要地位。DCS是用分散的過程控制單元實現控制過程對象的目的，利用集中監視和操作管理單元來達到綜合信息全面管理的目的。將過程控制單元（現場控制站）、監視操作單元（操作單元）和系統管理單元（工程師站）通過通訊網絡構成一個完整的系統，從而實現分散控制集中管理的目的。 2 系統介紹 　　氰化工藝系統主要包括加料、磨礦、堿浸壓濾、浸出、置換、浮選前壓濾、綜合回收、浮選尾礦壓濾等幾個主要工段，最終把金、銀、銅、鉛等分離出來;尾礦渣回收，用來提取其他非金屬（硫等）。 　　本系統設有兩個中央控制室，每個控制室CPU主站選用Siemens的Simatic S7-400的CPU414-2DP，每臺CPU都有一個CP443-5通訊處理器，在正常情況下，CP443-5通訊處理器可以分擔CPU-414-2DP的通訊任務，在非正常情況下，實現了系統的軟冗余。上位機采用Simatic WinCC6.0作為上位監控軟件。1#控制室400PLC主站配置6個ET200M子站。2#控制室400PLC主站配置2個ET200M子站。CPU414-2DP集成MPI通訊口和Profibus-DP通訊口，各子站與400PLC主站采用Profibus-DP[5]方式相連;同時400PLC主站通過MPI接口與上位機實現通訊。現場傳感器的輸出信號由各站信號模板采集、轉化為相應的數字信號然后通過通訊模塊送到400PLC主站，400PLC主站把各站送來的數據按要求進行各種運算、處理后通過MPI網絡傳到服務器。客戶機和服務器之間通過OPC方式進行數據的傳遞。 3 OPC技術在本系統中的應用[1] 3.1 OPC概念意義 　　由于計算機和工控軟硬件產品開發的漸進性與生命周期，今天的工控系統已經形成多廠商產品共存的異構環境。由于開發商的不同和設備、軟件的不同，目前的各種自動化系統都設計了各自專用的接口，這樣不同的開發商設計生產的產品就不能實現互相通信。而對集成大型自動化系統來說，在硬、軟件組件的選擇上受到很大的限制，不能利用現成的硬、軟件資源，浪費了大量的勞動卻不能保證所集成系統的質量。隨著技術的發展，自動化系統要求實現大范圍的信息共享及實時監控，因而對工業控制系統的開放性、快速性、安全性提出了越來越高的要求。正是這種應用需求的強烈驅使，由基金會OPC國際組織（OLE for Process Control）提出一種專門適用于工業控制過程的標準。OPC提供了訪問工業控制中的站端數據的一種通用方式。按此標準設計自動化系統，可使不同廠家的產品實現通用化，使系統能夠實現即插即用和無縫連接。 3.2 OPC技術原理 　　OPC是為了解決應用軟件和各種設備驅動程序的通訊而產生的一項工業技術規范和標準。它采用客戶/服務器體系，基于Microsoft的OLE/COM和DCOM（Distributed Component Object Model）技術，為硬件廠商和軟件開發者提供了一套標準的接口。OPC規范了接口函數，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性。OPC是一種標準接口，它能被連接到I/O裝置、PLC（Prog- rammable Logic Control）、現場總線、組態軟件等，該技術提供一種即插即用的硬、軟件組件，用戶很容易將它們集成為完整的自動化系統。利用OPC技術開發標準的OPC服務器來代替過去專用的I/O設備驅動器軟件，并將各種應用設計成OPC的客戶端，這樣在OPC客戶和OPC服務器之間就可進行通信和互操作，OPC硬件和軟件制造商就能夠在互聯問題上花費很少的時間而將大量的精力放在應用問題上，從而減少大量的勞動。 　　OPC可以充當現場設備、數據傳輸和向上層的應用程序的接口。當作為下層現場設備的標準接口時它代替傳統的“I/O驅動器”來完成與現場設備的通信。當OPC服務器向上層應用程序提供標準接口時，使上層的應用程序能夠取到OPC服務器中的數據，從而向上實現互聯,如圖1所示。 （1） 優越性 基于先進的COM技術的OPC技術在過程控制中廣泛使用是順理成章的事情。 ●系統開放 采用OPC的系統，是完全開放的系統。盡管各個廠家的硬件設備和系統有所不同，但只要采用統一的OPC接口，就可容易的接入，因此用OPC構成的系統是完全開放的系統; ●成本低 一是硬件可以選擇價廉物美的產品，二是軟件開發費用大幅度降低。三是人員的培訓期短，費用低; ●構成容易使用靈活 用戶可以根據自己的情況組成理想的系統，既便于組成新的系統，也便于原有系統的改造; ●即插即用 即插即用在設備制造廠和監控系統的銷售商都支持OPC的場合。若用OPC構成一個監控系統的話，可以根據項目自身的特點選用最佳的設備、遠程終端和監控組態軟件，構成最合適的系統。圖2是采用OPC接口的系統結構。 （2） OPC服務器的組成 　　OPC服務器由3類對象組成，相當于3種層次上的接口:服務器（server）、組（group）和數據項（item）。 　　服務器對象包含服務器的所有信息，同時也是組對象的容器。一個服務器對應于一個OPC Server，即一種設備的驅動程序。在一個Server中，可以有若干個組。 　　組對象包含本組的所有信息，同時包含并管理OPC數據項。OPC組對象為客戶提供了組織數據的一種方法。組是應用程序組織數據的一個單位。客戶可對其進行讀寫，還可設置客戶端的數據更新速率。當服務器緩沖區內數據發生改變時，OPC Server將向客戶發出通知，客戶得到通知后再進行必要的處理，而無需浪費大量的時間進行查詢。OPC規范定義了2種組對象:公共組（或稱全局組，public）和局部組（或稱局域組、私有組，local）。公共組由多個客戶共有，局部組只隸屬于一個OPC客戶。 　　數據項是讀寫數據的最小邏輯單位，一個數據項與一個具體的位號相連。數據項不能獨立于組存在，必須隸屬于某一個組。組與項的關系如圖所示。在每個組對象中，可以加入多個OPC數據項（Item）。 　　OPC數據項是服務器端定義的對象，通常指向設備的一個寄存器單元。OPC客戶對設備寄存器的操作都是通過其數據項來完成的。通過定義數據項，OPC規范盡可能地隱藏了設備的特殊信息，也使OPC服務器的通用性大大增強。OPC數據項并不提供對外接口，客戶不能直接對其進行操作，所有操作都是通過組對象進行的。 　　應用程序作為OPC接口的Client方，硬件驅動程序作為OPC接口中的Server方。每一個OPC Client應用程序都可以連接若干個OPC Server，每一個硬件驅動程序可以為若干個應用程序提供數據。 （3） OPC的報警（alarm）和事件（event） 　　報警和事件處理機制增強了OPC客戶處理異常的能力。服務器在工作過程中可能出現異常，此時，OPC客戶可通過報警和事件處理接口得到通知，并能通過該接口獲得服務器的當前狀態。在很多場合，報警和事件的含義并不加以區分，兩者也經常互換使用。從嚴格意義上講，兩者含義略有差別。 　　依據OPC規范，報警是一種異常狀態，是OPC服務器或服務器的一個對象可能出現的所有狀態中的一種特殊情況。例如，服務器上標記為FC101的一個單元可能有如下狀態:高出警戒、嚴重高出警戒、正常、低于警戒、嚴重低于警戒。除了正常狀態外，其他狀態都視為報警狀態。 　　事件則是一種可以檢測到的出現的情況，這種情況或來自OPC客戶，或來自OPC服務器，也可能來自OPC服務器所代表的設備，通常都有一定的物理意義。事件可能與服務器或服務器的一個對象的狀態有關，也可能毫無關系。如高出警戒和正常狀態的轉換事件和服務器的某個對象的狀態有關，而操作設備、改變系統配置以及出現系統錯誤等事件和對象狀態就無任何關系。 （4） OPC的接口方式 　　OPC規范提供了2套接口方案，即COM接口和自動化接口。COM接口效率高，通過該接口，客戶能夠發揮OPC服務器的最佳性能，采用C++語言的客戶一般采用COM接口方案;自動化接口使解釋性語言和宏語言訪問OPC服務器成為可能，采用VB語言的客戶一般采用自動化接口。自動化接口使解釋性語言和宏語言編寫客戶應用程序就很簡單，然而自動化運行時需進行類型檢查，這一點則大大犧牲了程序的運行速度。 （5） OPC的數據訪問方式 　　OPC服務器本身就是一個可執行程序，該程序以設定的速率不斷地同物理設備進行數據交互。服務器內有一個數據緩沖區，其中存有最新的數據值:數據質量戳和時間戳。時間戳表明服務器最近一次從設備讀取數據的時間。服務器對設備寄存器的讀取是不斷進行的，時間戳也在不斷更新。即使數據值和質量戳都沒有發生變化，時間戳也會進行更新。 　　客戶既可從服務器緩沖區讀取數據，又可直接從設備讀取數據，從設備直接讀取數據速度會慢一些。一般只有在故障診斷或極特殊的情況下才會采用。 4 OPC技術在本系統中的應用 4.1 OPC應用設計 　　WinCC是西門子公司在自動化領域采用先進的技術與微軟公司在共同開發的居于世界領先地位的工控綜合軟件平臺。它集成的OPC服務器使得過程數據可由其它應用程序（OPC客戶機）訪問。 　　統計辦公室的客戶機，通過廠區的局域網與服務器相連。本項目在客戶機上開發一個簡單的WinCC應用程序，由于接下來用VB開發的應用程序中也要求顯示監控畫面，所以我們就沒有在該客戶機上的WinCC應用程序中建立監控畫面，而僅僅只是利用WinCC內置的OPC進行數據的傳遞，把服務器上的實時數據讀到該客戶機上，方便VB應用程序的讀取。由于通訊程序是WinCC內部集成的，所以省去了很多編程工作，極大的推動了工程的進展。具體的操作:在WinCC Explorer窗口中，右擊Tag Management選擇Add New Driver，在彈出的對話框中選擇OPC.CHN打開，在Tag Management目錄下就會添加OPC目錄。打開OPC目錄，下面會出現OPC GROUPS，右擊它選擇System Parameter，彈出OPC Item Managr對話框,點擊computer按鈕在彈出的對話框中輸入服務器的計算機名，完成搜索，在服務器上打開的文件夾中，選擇要讀取的變量，完成OPC連接工作，配置如圖3所示。 　　工程開始時，我們也想省去這個中間環節，不借助WinCC的內置OPC功能，而直接編寫一個VB通訊程序，實現客戶機與服務器的通訊。但是通過對該系統一段時間的使用和觀察，我們發現實際和理論之間確實存在著差距，在通訊程序運行過程中，總會出現一些我們理論上沒有考慮周全的問題，使得通訊程序頻頻出錯，造成很多數據的缺失，導致系統運行的不穩定。下面對方案的采納和改進作一下具體的說明。 　　初期，在客戶機與服務器的通訊方面，我們曾在Visual Basic的環境下開發了一個OPC客戶端應用程序，利用該程序與服務器進行通訊，但是運行不久后，客戶機出現死機的問題，通過日志文件的監測，發現死機時的服務器狀態為ServerState =2，OPCFailed表示OPC服務器由于異常而停止，出現該錯誤的原因是，客戶端程序中沒有實現較為完善的容錯和故障診斷的功能，當服務器出現短暫錯誤時，造成OPC連接中斷，此時客戶機不能及時的實現故障診斷，造成死機。 　　為了解決這一問題，提出第二種方案:即在客戶端程序中加入診斷程序，通過不斷連接服務器從而不斷檢測Sverstate參數來判斷服務器是否出現故障，若服務器狀態不正常，于是重新啟動該系統軟件，從而實現故障的診斷和處理。但是運行數周后，發現服務器資源被大量的消耗，經過查閱資料與反復試驗發現這種現象是由于客戶機與服務器頻繁的連接與斷開而引發，從而造成服務器資源被大量的消耗。于是提出了第三種方案。 　　第三種方案將OPC通訊分為兩部分來做（如圖4所示），第一部分也就是最重要的部分是客戶機與服務器的通訊，這部分通訊我們利用了WinCC內部集成的OPC接口，也就是說在客戶機上開發了一個小型的WinCC客戶端應用程序，利用WinCC內部集成的OPC接口進行服務器和客戶機之間數據的傳輸，把服務器上的數據傳輸入WinCC客戶端應用程序中的標簽內，這是考慮到了其內部集成的接口的穩定性與較完善的故障診斷與處理，這種方式可以應對服務器所出現的各種情況，徹底避免死機情況。第二部分是Visual Basic 和 客戶機上的WinCC進行通訊，這一部分的通訊我們是利用了自己開發的一個OPC客戶端應用程序來實現的，這個客戶端程序是在Visual Basic6.0的開發環境下進行開發的，其作用就是把WinCC客戶端應用程序中的標簽內的數據通過OPC接口傳輸入該系統軟件的界面上及數據庫內，以便進行整個系統的開發。 　　WinCC在安裝時提供了OPC的客戶端控件:Siemens OPC DAAutomation 2.0（SOPCDAAuto.dll），這個控件就是我們在VB中要用到的控件，我們也可以使用通用的OPC客戶端控件:OPC Automation 2.0[6][7]。OPC連接部分的程序設計思路。 4.2 監測評估程序基本功能 　　系統要完成三部分的監測與管理的功能。監測部分要完成70多個量的實時監測與累計，并顯示出各個瞬時量的實時曲線;管理部分要完成統計計算，統計報表，成本核算，數據分析，錯誤列表，數據備份，參數設置，導入Excel表等幾大功能。要具備完善的數據匯總功能還要具有較完善的查詢功能及數據庫的維護功能，在此基礎上，進行大量數據分析和網絡數據庫查詢的設計。 　　系統完成如下功能:通過OPC客戶端程序與本機上的WinCC客戶端進行通訊，每當服務器上的數據有變化時，客戶端的WinCC上的數據也隨之發生變化，相應的管理軟件上的數據也發生變化，從而進行實時的監測。每四分鐘把所有的瞬時量讀入4min數據庫中，用來劃出時實曲線，每半小時把所有量（包括瞬時量和累計量）讀入半小時數據庫，通過統計計算生成8小時數據庫和天數據庫。之所以要生成這兩個中間數據庫，是因為要對每個班次進行考核和滿足日后的日查詢功能。生產車間共分為甲、乙、丙3個班次，每個班次工作8小時，所以建立了8小時數據庫;在今后的查詢功能中都是以日查詢為基礎的，所以又建立了24小時數據庫。通過這兩個中間數據庫，可對各個部門的數據按要求顯示報表，計算各個部門的成本或消耗，并按條件選擇進行數據計算，以供用戶對各個部門生產狀況進行分析比較，并可以以棒圖和餅圖兩種方式形象的顯示。在數據采集的過程中，各個監測量越限錯誤狀態也被實時的寫入錯誤列表，并可按選擇的條件進行錯誤列表的查詢。當進入新的一年時，可執行備份功能將不需要分析的數據備份至備份庫中。為了方便對數據進行進一步的處理分析，還可將各個部門的數據按要求與EXCEL表鏈接，生成EXCEL表格式的文件。 5 項目中的技術難點 　　統計辦公室要對各個部門進行月結考核，需要記錄車間多個指標以及數據的變化并進行相應的數據處理，同時需要計算生產成本并打印詳細月報表等。由于WinCC自身的很多性能特點，滿足這么多細致的要求，工作量十分大。所以考慮到在統計報表及訪問數據庫方面Visual Basic 6.0具有強大的數據操作功能，該系統采用VB6.0結合Access數據庫進行開發。在通訊方面客戶機與服務器的通訊采用了服務器上的WinCC.Client與WinCC.Server上的WinCC內部集成的OPC互相通訊的方式，而客戶機上的Visual Basic 6.0與本機上的WinCC.Client的通訊則是通過在VB中開發OPC客戶端程序實現的。這樣做的目的是為了更好的利用WinCC內部集成的OPC來進行比較復雜的通訊，只在簡單部分使用VB的OPC客戶端應用程序。 6 結束語 　　本系統現已投入運行，且運行情況良好。系統對工藝流程和相關設備進行了改造，使重金屬的提取比例提高，使磨礦分級、氰化浸出、污水排放等工藝指標達到較高水平，不但為企業創造更大的經濟效益而且減少了環境污染，同時也改善了工人的工作環境降低了工作強度。本系統的開放性和可擴展性也很好的適應了車間改良的需求，可根據用戶的要求方便的鏈接多個從站，受到了用戶的好評。