基于OPC的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用論文
1 OPC技術(shù)簡介
OPC(OLE for Process Control)是由自動(dòng)化領(lǐng)域中主要廠商協(xié)作制定的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC 技術(shù)提供了不同系統(tǒng)間通信的標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境中控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的要求，已不再局限于一般的生產(chǎn)過程自動(dòng)化，而是著眼于整個(gè)生產(chǎn)過程的最優(yōu)化，隨著 OPC 技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)能夠以統(tǒng)一的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各種自動(dòng)化設(shè)備的訪問與控制。通過建立基于 OPC 技術(shù)管控一體化的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，可以對(duì)生產(chǎn)過程的全局進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成統(tǒng)一的生產(chǎn)流程控制。
在對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行統(tǒng)一管控過程中，OPC服務(wù)器能記錄生產(chǎn)現(xiàn)場各控制設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警與事件信息等。通過搭建符合 OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的客戶端，建立工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，支持分布式應(yīng)用和異構(gòu)環(huán)境下應(yīng)用程序間軟件的無縫集成和互操作性，使異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換更方便，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理控制數(shù)據(jù)統(tǒng)一。
工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的 OPC 控制應(yīng)用主要關(guān)注于控制項(xiàng)目設(shè)備本身的需要。安全生產(chǎn)輔助相關(guān)的指揮調(diào)度系統(tǒng)屬于獨(dú)立的通信系統(tǒng)，并沒有接入到統(tǒng)一的 OPC 管控平臺(tái)中，也沒有參與生產(chǎn)過程信息的交換和生產(chǎn)過程的跟蹤與監(jiān)控，在工業(yè)現(xiàn)場形成自動(dòng)化的信息孤島，因此啟動(dòng)安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)所需的控制指令需要進(jìn)行人工觸發(fā)，約束了自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域安全生產(chǎn)保障的進(jìn)一步深化拓展和應(yīng)用。
為了將工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)控制技術(shù)與安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)無縫地融合在一起，解決生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)化信息孤島問題，減少人為干預(yù)自動(dòng)生產(chǎn)控制流程現(xiàn)象，保證安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)響應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制流程指令，提出一種基于 OPC 的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)及其通信控制方法。
2 技術(shù)方案原理說明
2.1 技術(shù)方案原理
基于 OPC 通信的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)包括 ：控制系統(tǒng)服務(wù)器、音頻矩陣切換器、音頻接口卡、調(diào)度系統(tǒng)交換機(jī)及調(diào)度通信終端、功放及揚(yáng)聲器設(shè)備。
控制系統(tǒng)服務(wù)器作為客戶端通過 OPC 通信方式與 OPC 控制服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的控制流程及設(shè)備狀態(tài)等信息指令，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行安全生產(chǎn)指揮調(diào)度，并將處理的反饋結(jié)果發(fā)送給 OPC 控制服務(wù)器，通過這種數(shù)據(jù)處理方式將安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)融入到統(tǒng)一的生產(chǎn)控制 OPC管控平臺(tái)中，消除了自動(dòng)控制的信息孤島問題。
2.2 通信控制方法
基于 OPC 的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的控制，通過結(jié)合控制 OPC 通信與數(shù)據(jù)交互、控制音頻接口卡的開關(guān)、控制音頻矩陣切換器的工作模式、控制調(diào)度系統(tǒng)交換機(jī)的協(xié)議交互等操作組合來實(shí)現(xiàn)，具體控制方法如下。
1)基于 OPC 通信模式的標(biāo)準(zhǔn)接口，利用異步讀寫的方式通過軟件程序設(shè)計(jì)，建立控制系統(tǒng)服務(wù)器與 OPC 控制服務(wù)器的 OPC 數(shù)據(jù)通信。
2)通過 OPC 的數(shù)據(jù)通信鏈路，控制系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)時(shí)獲取 OPC 控制服務(wù)器上生產(chǎn)現(xiàn)場控制指令及設(shè)備狀態(tài)等信息。
3)按照生產(chǎn)實(shí)際所制定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，控制系統(tǒng)服務(wù)器將所獲取的控制指令及設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
4)根據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換的控制內(nèi)容，控制系統(tǒng)服務(wù)器借助于軟件程序控制音頻接口卡，通過數(shù)據(jù)協(xié)議的傳輸，控制音頻矩陣切換器，借助于通過物理連接的功放及揚(yáng)聲器設(shè)備，進(jìn)行自動(dòng)的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度。
3 系統(tǒng)的優(yōu)勢特點(diǎn)
通過采用 OPC 的通信模式，建立安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)與 OPC 生產(chǎn)控制服務(wù)器的通信與數(shù)據(jù)交換，形成統(tǒng)一的生產(chǎn)控制 OPC 管控平臺(tái)，消除自動(dòng)控制的信息孤島問題。
改進(jìn)了安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的互操作性和開放性，解決了工業(yè)生產(chǎn)各相關(guān)系統(tǒng)之間所存在的兼容性問題，使通信性能更加穩(wěn)定。安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)鏈接多個(gè)廠商OPC 控制服務(wù)器的能力，根據(jù)實(shí)際動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)控制流程，通過異步讀寫機(jī)制，完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的處理與交互。
4 系統(tǒng)應(yīng)用流程
4.1 自動(dòng)指揮調(diào)度
根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)流程，確定OPC 控制服務(wù)器與控制系統(tǒng)服務(wù)器的通信協(xié)議格式，二者在通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，基于 OPC 的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互處理。
控制系統(tǒng)服務(wù)器獲取 OPC 服務(wù)器的`流程控制指令后，通過軟件對(duì)音頻接口卡、音頻矩陣切換器進(jìn)行控制操作，按照現(xiàn)場生產(chǎn)的業(yè)務(wù)處理邏輯，自動(dòng)完成安全生產(chǎn)指揮調(diào)度。
4.2 人工觸發(fā)指揮調(diào)度
控制系統(tǒng)服務(wù)器在與 OPC 控制服務(wù)器建立連接并實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的同時(shí)，與調(diào)度系統(tǒng)交換機(jī)通過以太網(wǎng)通信的方式建立連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控、解析并處理調(diào)度系統(tǒng)交換機(jī)的通信數(shù)據(jù)。按照?qǐng)D 3 所示的流程，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)業(yè)務(wù)邏輯，在調(diào)度通信終端進(jìn)行通話呼叫的過程中，控制系統(tǒng)服務(wù)器通過控制音頻矩陣切換器，建立調(diào)度系統(tǒng)交換機(jī)到功放的語音數(shù)據(jù)通路，將調(diào)度終端側(cè)操作人員的人工調(diào)度命令廣播到實(shí)際的廣播區(qū)域，完成人工觸發(fā)的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度。
5 鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案
在鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，一般按照系統(tǒng)的控制功能、控制對(duì)象、控制范圍、控制特點(diǎn)進(jìn)行分界，劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，由于存在信息孤島的問題，系統(tǒng)之間的信息關(guān)聯(lián)不夠，處理突發(fā)事件的綜合應(yīng)變能力較差。
由于鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的接口技術(shù)涉及面極廣，控制設(shè)備繁雜，各種接口協(xié)議不統(tǒng)一，給各個(gè)子系統(tǒng)的接口集成互聯(lián)帶來很多的困難。通過上述技術(shù)方案及應(yīng)用場景的分析，可以在 OPC 技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，構(gòu)建平臺(tái)化的接口框架，實(shí)現(xiàn)相關(guān)子系統(tǒng)的無縫接入。
通過建立統(tǒng)一的接口平臺(tái)框架，基于 OPC 技術(shù)將不同層次的信息共享，從而實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的信息集成，在鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)營中，能夠?qū)崿F(xiàn)基于事件的自動(dòng)化安全生產(chǎn)調(diào)度指揮，從而使鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到高效率、高安全性和高服務(wù)品質(zhì)的智能化。
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