摘? 要： 介紹了國內(nèi)CEMS應(yīng)用的現(xiàn)狀以及開發(fā)專用監(jiān)控軟件的必要性。實(shí)踐表明，利用OPC技術(shù)開發(fā)監(jiān)控軟件不僅可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還能提高系統(tǒng)的開放性和兼容性，在監(jiān)控軟件開發(fā)領(lǐng)域具有良好的前景。
??? 關(guān)鍵詞： OPC；CEMS；監(jiān)控軟件；環(huán)保
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?? 煙氣在線連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)在我國熱電廠有廣泛的應(yīng)用。CEMS作為環(huán)保監(jiān)測的重要手段通常需要為其他通訊軟件提供被監(jiān)測的數(shù)據(jù)。CEMS是一個集成的系統(tǒng)，集成了不同廠家的設(shè)備，從而要求其監(jiān)控軟件的底層數(shù)據(jù)連接有一定的兼容性和開放性。本文探討了一種使用OPC技術(shù)開發(fā)CEMS監(jiān)控軟件的方法，可以解決上述問題。
1?CEMS概述及其在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
??? CEMS由采樣系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成，能完成采集并處理數(shù)據(jù)、生成報表、控制操作、監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳等功能。一般的CEMS中數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)主要由PLC、工控機(jī)及相應(yīng)的軟件組成，能自動監(jiān)測SO2、NO、CO、CO2及其他的有關(guān)參數(shù)，如煙氣溫度、濕度、煙氣流量、壓力及含氧量等數(shù)據(jù)。
??? 隨著近年來國家對環(huán)保工作的重視，CEMS作為一種環(huán)境監(jiān)測的重要手段，在我國得到了迅速普及和推廣，尤其在電廠等企業(yè)得到越來越多的應(yīng)用。但是得到環(huán)保部門認(rèn)可的CEMS卻很少。這是因為：早期的CEMS與外部連接的數(shù)據(jù)傳輸接口上缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)， 各地CEMS廠家在CEMS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計結(jié)構(gòu)上采用不同的形式， 使各自分散的數(shù)據(jù)資源彼此隔離， 無法進(jìn)行信息交換和業(yè)務(wù)協(xié)同，極大地影響了CEMS的系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)效率。
2?CEMS監(jiān)控軟件的設(shè)計
??? CEMS監(jiān)控軟件不僅要直觀、動態(tài)地顯示整個測量過程和測量結(jié)果，還必須為上級環(huán)保部門的數(shù)據(jù)通訊軟件提供數(shù)據(jù)。雖然市面上有許多現(xiàn)成的通用組態(tài)軟件，如：組態(tài)王、WINCC、MCGS等，但是用來開發(fā)監(jiān)控軟件很難完全符合CEMS的數(shù)據(jù)傳輸要求。例如：有些地方環(huán)保部門的數(shù)據(jù)通訊軟件以DLL、UDP等方式提供接口，而通用組態(tài)軟件在底層的數(shù)據(jù)連接一般只是提供常用的接口。因此，自行開發(fā)具備通用數(shù)據(jù)接口的CEMS監(jiān)控軟件是十分必要的。
??? 在針對CEMS設(shè)計監(jiān)控軟件時，需要充分了解現(xiàn)場所應(yīng)用的CEMS 整體工作原理及其監(jiān)測流程。從表面上看，CEMS的監(jiān)控系統(tǒng)主要是從PLC 中采集數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)，十分簡單。但是，由于CEMS 系統(tǒng)的特殊性，監(jiān)控軟件還得完成一些其他的工作。如稀釋采樣CEMS 系統(tǒng)中，其采樣管線中的每個探頭都依靠PLC程序或本身的電磁閥進(jìn)行各種控制動作，如：采樣、反吹、校準(zhǔn)、維護(hù)等等。而且各個分析儀器的反吹和校準(zhǔn)的請求各不相同，所以必須準(zhǔn)確無誤地區(qū)分開各個進(jìn)程。只有當(dāng)各采樣探頭處于正常采樣時，它的數(shù)值才有效，才能進(jìn)報表。另外，為了保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，還需要校準(zhǔn)報表，知道每次校準(zhǔn)時的各監(jiān)測量的零點(diǎn)漂移和全幅漂移等。
??? 由于CEMS是一個集成系統(tǒng)，因此在流量監(jiān)測儀，氧氣檢測儀，紅外檢測儀和控制PLC上通常會選用不同廠家的產(chǎn)品。CEMS要把不同的制造商的部件集成在一起需要為每個部件專門開發(fā)驅(qū)動或服務(wù)程序， 還需要把這些由制造商提供的驅(qū)動或服務(wù)程序與應(yīng)用程序聯(lián)系起來。因此，實(shí)現(xiàn)通用的數(shù)據(jù)接口將成為CEMS監(jiān)控軟件開發(fā)中的一個關(guān)鍵問題。
3? OPC技術(shù)在監(jiān)控軟件設(shè)計中的應(yīng)用
3.1? OPC技術(shù)
OPC提供了解決此類問題的方案。
OPC(OLE for Process Control，用于過程控制的OLE)是一種工業(yè)過程控制的標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的服務(wù)器和客戶機(jī)之間交換實(shí)時數(shù)據(jù)的方法。OPC是基于Microsoft 公司的DNA(Distributed Internet Application)構(gòu)架和COM(Component Object Model)技術(shù)，根據(jù)易于擴(kuò)展性而設(shè)計的。它的目標(biāo)是開發(fā)出一個開放的、靈活的、即插即用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用戶對解決方案擁有更大的選擇余地，同時減少了硬件和軟件供應(yīng)商的開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。這個標(biāo)準(zhǔn)使得COM和DCOM技術(shù)適用于過程控制和制造自動化等應(yīng)用領(lǐng)域[1]。OPC是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)， OLE/COM是一種客戶/服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性。
3.2? OPC Data Access規(guī)范
??? CEMS監(jiān)控軟件在數(shù)據(jù)的底層連接上采用了OPC技術(shù)，就可以增強(qiáng)系統(tǒng)的兼容性和開放性?？梢允褂肙PC服務(wù)器直接為上級環(huán)保部門的通信軟件提供數(shù)據(jù)。而當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)接入其他廠家的設(shè)備時，只要該廠家的產(chǎn)品同樣兼容OPC規(guī)范即可，不需要廠家提供獨(dú)立的驅(qū)動，在監(jiān)測軟件上也不需要做任何變動，體現(xiàn)了OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范的優(yōu)越性。
??? OPC 數(shù)據(jù)存取(Data Access)規(guī)范是提供給用戶訪問實(shí)時過程數(shù)據(jù)的方法。在OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范中， 一個OPC 的數(shù)據(jù)存取服務(wù)器中包括幾類對象：服務(wù)器(OPC Server)、組(OPC Group)和項(OPC Item)。OPC服務(wù)器對象維護(hù)有關(guān)服務(wù)器的信息并作為OPC 組對象的包容器， 而OPC組對象維護(hù)有關(guān)其自身的信息，提供包容OPC項的機(jī)制， 并管理OPC項。OPC組有2種類型：公共組(Public)和局部組(Local or Private)。公共組可以為多個客戶程序共享，而局部組只為某一個客戶程序所有。在每個組里， 客戶程序可以定義多個OPC項，OPC項代表了與服務(wù)器里數(shù)據(jù)源的連接。從定制接口(Custom Interface)角度來看， 一個OPC項不能被OPC客戶程序作為一個對象來進(jìn)行操作，因此，在OPC項中沒有定義外部接口。所有對OPC項的操作都是利用OPC項的包容器(OPC組)或OPC項的定義來進(jìn)行的。每個OPC 項包含：值(Value)、品質(zhì)(Quality)和時間標(biāo)簽(Time Stamp)。值(Value)的類型是VARIANT，品質(zhì)的類型是SHORT[2]。
3.3? OPC客戶端子程序設(shè)計
??? 監(jiān)控軟件的OPC客戶端子程序的一般實(shí)現(xiàn)步驟：首先在客戶端注冊O(shè)PC服務(wù)器，并連接OPC服務(wù)器端。在連接服務(wù)器成功后，創(chuàng)建一個OPC數(shù)據(jù)組。查詢數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)參數(shù)表，得到CEMS的具體監(jiān)測點(diǎn)的信息，根據(jù)這些信息在OPC數(shù)據(jù)組中創(chuàng)建相對應(yīng)的OPC數(shù)據(jù)項。這時候?qū)PC客戶端句柄數(shù)組和OPC服務(wù)器端句柄數(shù)組等信息向OPC服務(wù)器提交連接請求，設(shè)置OPC數(shù)據(jù)組的狀態(tài)為ACTIVE，即可以使用OPC數(shù)據(jù)組的DATACHANGE事件返回請求查詢的值，程序流程如圖1所示。
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??? 以具體的廠商提供的OPC服務(wù)器為例，SIEMENS公司為其S7200系列PLC提供了SIMATIC PC ACCESS OPC SERVER。在安裝注冊該服務(wù)器后，可以在軟件中通過引用SOPCDAAUTO.dll來使用。在連接之后依次創(chuàng)建OPC GROUP和OPC ITEMS，通過對OPC ITEMS寫OPC CLIENTHANDLER(客戶端句柄)信息，如：'MicroWin： 2：192.168.0.2：1000：1000，Q0.0，BOOL，RW，0.00，0.00'即可通過PPI電纜或者以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)對PLC中Q0.0寄存器值的訪問。以上客戶端句柄包含的訪問信息有：PPI電纜通信地址為2；以太網(wǎng)IP地址為192.168.0.2；客戶端TSAP(通信連接地址)為1000；服務(wù)器端TSAP為1000等。隨后程序等待下次服務(wù)器返回，期間可響應(yīng)客戶的操作斷開同OPC服務(wù)器的連接并關(guān)閉連接程序。
??? 在得到OPC數(shù)據(jù)組DATACHANGE事件的返回值后，數(shù)據(jù)采集以及存儲子程序?qū)⒏鶕?jù)OPC CLIENTHANDLER和QUALITY 2個數(shù)組元素相對應(yīng)的數(shù)組來判斷數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。如，傳輸質(zhì)量為BAD或者GOOD或者UNKOWN等。接下來就可以根據(jù)OPC CLIENTHANDLER和VALUE 2個數(shù)組為CEMS的各個監(jiān)測點(diǎn)返回測得值。具體結(jié)合CEMS中各個監(jiān)測點(diǎn)的工作狀態(tài)，按照CEMS標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選和有效的存儲。
3.4? OPC客戶端程序在CEMS監(jiān)控軟件中的應(yīng)用
3.4.1? 根據(jù)硬件配置服務(wù)器
??? 對于DLL服務(wù)器來說，這些行為是通過調(diào)用輸出函數(shù)Dll Register Server和Dll Unregister Server來實(shí)現(xiàn)的。這2個函數(shù)都不帶參數(shù)，返回1個HRESULT顯示結(jié)果。2個可能返回的錯誤代碼是SELFREGECLASS和SELFREGETYPELIB，分別表示CLSID和類型庫信息的注冊或刪除的失敗(這2個代碼定義在OLECTL.H頭文件中)。
??? 如果服務(wù)器以EXE模塊的形式出現(xiàn)，對服務(wù)器進(jìn)行注冊就要使用命令行參數(shù)/Reg Server或-Reg Server(區(qū)分大小寫)。如果要注銷服務(wù)器，必須帶命令行參數(shù)/Unreg Server或-Unreg Server運(yùn)行EXE模塊。自注冊EXE模塊檢測到命令行參數(shù)后，引發(fā)相當(dāng)于DLL服務(wù)器的Dll Register Server和Dll Unregister Server函數(shù)的行為。
3.4.2? 數(shù)據(jù)存儲
??? 數(shù)據(jù)存儲工作的流程是：從OPC接口接收各監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過其數(shù)據(jù)處理程序根據(jù)預(yù)設(shè)的開關(guān)量返回值的組合判斷確定CEMS是否處于正常可信的數(shù)據(jù)采集工作狀態(tài)，并將采集的數(shù)據(jù)在臨時內(nèi)存存儲(累加或者計算滑動平均值)。根據(jù)國家CEMS標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存儲的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)存儲程序采用系統(tǒng)時間跳變觸發(fā)的方法，即只在系統(tǒng)分鐘跳變、小時跳變等關(guān)鍵時間點(diǎn)上進(jìn)行這些數(shù)據(jù)存儲操作，系統(tǒng)時間跳變是以判斷系統(tǒng)時間是否進(jìn)入了下一個計時單位(如分鐘、小時、日等)來驅(qū)動程序進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的操作。
3.4.3? 監(jiān)控顯示界面
??? 監(jiān)控軟件顯示界面使用SHOCKETWAVE FLASH控件，以ADOBE FLASH PLAYER為編譯器，利用SHOCKWAVE FLASH控件的FLASHVARS屬性，將現(xiàn)場變量采集點(diǎn)的信息從數(shù)據(jù)庫傳遞給界面動畫顯示SWF文件，再使用DUPLICATEMOVIECLIP命令生成相應(yīng)的控件并設(shè)置其坐標(biāo)等其他屬性，同時將OPC服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫歸檔的數(shù)據(jù)通過FLASHVARS屬性傳遞到界面動畫顯示SWF文件中，更新相應(yīng)的控件顯示，所述界面動畫顯示SWF文件可為SHOCKETWAVE FLASH控件的內(nèi)部組件或外部用戶自定義顯示文件。
??? 通過使用OPC技術(shù)開發(fā)CEMS監(jiān)控軟件的底層數(shù)據(jù)連接，可以提高CEMS的系統(tǒng)兼容性，避免了需要根據(jù)不同廠家的硬件使用情況編寫定制軟件的問題，同時也便于向其他軟件提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)，簡化了配置硬件的操作。通過引用廠商提供的OPC服務(wù)器接口，并設(shè)置所需要的OPC變量，就可以根據(jù)這些變量信息在圖形化的顯示界面中引用OPC，選擇狀態(tài)變量實(shí)現(xiàn)存儲和控制策略。據(jù)此開發(fā)的監(jiān)控軟件已經(jīng)在數(shù)家電廠正式使用，承擔(dān)了數(shù)據(jù)存儲和通信傳輸?shù)闹匾ぷ?。?shí)際檢驗來看，具有相當(dāng)可行性。
參考文獻(xiàn)
[1] 呂勇，李友榮，王志剛，等.基于OPC技術(shù)的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)[J].機(jī)械與電子，2005(10)：65-67.
[2] 蔡思文，祁耀斌.OPC客戶端設(shè)計及其在監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].微計算機(jī)信息，2007，23(5-1)：150-200.
[3] 戴麗萍，云格.CEMS在火電廠中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2007(5)：1-6.
[4] 吳庚申.應(yīng)用OPC接口實(shí)現(xiàn)S7-200PLC網(wǎng)絡(luò)與PC數(shù)據(jù)通訊[J].青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報，2006(4)：80-90.
[5] 肖永華，葛海波，楊川，等.電廠機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].繼電器，2006(7).
[6] 漆全.電力監(jiān)測與控制系統(tǒng)組態(tài)軟件的設(shè)計與研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2005.