（模式识别与智能系统专业论文）opc技术在火电厂信息化中的应用.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文主要探讨o p c 技术在火电厂信息化上的应用，在深入o p c 规范 的基础上，重点研究：如何利用o p c 技术，来解决信息化过程中遇到的 电站d c s 开放性问题。 具体包括以下几个部分： 1 针对一个具体d c s 控制系统；上海新华公司的x d p s 4 0 0 ，开发其 o p c 数据访问服务器和客户端； 2 分析电站d c s 系统作为过程控制软件所处的运行环境和关键地位， 提出开发电站d c s 的o p c 服务器所必须遵循的原则； 3 仿真一个x d p s 4 0 0 现场过程控制单元，获得虚拟实时数据，以 o p c 服务器为桥梁，模拟d c s 和外部系统通过o p c 接口进行交互通讯， 验证o p c 技术能实质性的解决火电厂不同软件系统间的通讯规约问题。 关键词：0 p c ，d c s ，开放性，火电厂信息化 a b s t r a c t t h e p a p e r i sc o m m i t t e dt ot h eo p ca n di t s a p p l i c a t i o n i n i n f o r m a t i o n i z a t i o nb a s e do np o w e rp l a n t t h em a i nc o n t r i b u t i o n sa r ea s f o l l o w s ： 1 t h i sp a p e rd e s i g n sa no p cd a t aa c c e s ss e r v e rw h i c hp r o d u c e st h e o p ci n t e r f a c e sf o rt h ex i n h u ax d p sd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ； 2 t h i sp a p e ra n a l y z e st h er o l eo fd c ss o f t w a r ei np o w e rp l a n t ，a n d g i v e ss o m ea d v i c e st od e v e l o po p cs e r v e rf o rd c s i np o w e r p l a n t ； 3 t h i sp a p e rs i m u l a t e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e no t h e rs y s t e m sa n d d c si no p cs e r v e r c l i e n tm o d e l ，b ys i m u l a t i n gas i ss o f t w a r ea n d ax i n h u ax d p sd p u k e y w o r d s ：o p c ，d c s ，o p e n n e s s ，l n f o r m a t i o n i z a t i o ni np o w e rp l a n t 华北电力大学硕士学位论文 图表目录 图1 一l 基于o p c 架构的控制系统体系结构图2 图1 - - 2 火电厂信息化网络分层图。6 图1 3 论文仿真平台结构图9 图2 1 x d p s 4 0 0 的体系结构1 1 图2 2x d p s 4 0 0 的主控软件n e t w i n 1 2 图2 - - 3 x d p s 4 0 0 虚拟d p u 配置界面。1 4 图3 - - 1 s e r v e r 、g r o u p 和i t e m 之间的关系2 1 图3 - - 2 s e r v e r 对象及其接口2 2 图3 - - 3 g r o u p 对象及其接口。2 4 图3 4 一个典型的o p c 服务器。2 6 图4 1 0 p c 服务器地址空间的结构4 3 图4 2 异步加通讯的内部处理流程4 7 图5 1o p c 的两种对外接口5 0 图5 2x d p s 4 0 0 通过o p c 服务器与外部系统通讯5 0 图5 3 设置o p c 自动化接口。5 1 图5 4o p c 客户端和o p cs e r v e r 的连接断开过程5 2 图5 5 新华x d p s 4 0 0o p c 客户端界面5 2 图5 6 本地远程o p c 服务器选择界面一5 4 图5 7 选择远程服务器。5 5 图5 8 测试平台的通讯体系结构5 5 图5 9 仿真中的新华x d p s 4 0 0o p c 客户端界面5 6 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文c 释投御訇铲垂象受瞿 华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，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，也不包含为获得华北电力大学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。 学位论文作者签名：! 空整：日期： 2 q q 鱼：1 21 2 q 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：! 主矍! 日期：丕固：垒 导师签名： 日期： 监l 匆丛! 日! ! 基 华北电力大学硕士学位论文 1 1 本章介绍 第一章o p c 技术和火电厂信息化 本章是全篇论文的前言。主要阐明本文的研究目的和研究内容。 本章纲要：1 2 节介绍o p c 技术，主要讲述o p c 起源和发展现状；1 3 节介绍 我国火电厂的信息化和电站d c s 的开放性；1 4 节讲述本文的研究内容及其在国内 外的研究现状。 1 20 p c 技术 本节讲述o p c 技术的起源和现状。 1 2 1 传统控制软件存在的问题 在以前过程自动化的发展历程中，普遍的情况是在一个控制系统中只有一个厂 家的产品。比如说，虽然早在2 0 世纪8 0 年代各d c s 厂家都已经宣布其系统已经具 备了开放的功能，但是当时只是一种宣传，没有统一的标准，也没有多家产品的支 持，通俗的讲，各d c s 厂家创建了许多种“方言”，比如“t d c 3 0 0 0 方言”、“c s 3 0 0 0 方言”、“i n f l 9 0 方言”、“w d p f 方言”等。它们的通信语言只能在自己的系统 内部通信，因为所有的通讯协议都是厂家自己规定的，而且这些规定还不是公开的， 第三方无法懂得它的意思。 到了今天，随着信息技术的迅猛发展，用户对信息化集成的需求超过了以往的 任何时代，很多用户招标系统时提出，希望能够集成不同厂家的不同硬件设备和软 件产品，各家设备之间实现互操作，工业现场的数据能从车间级汇入到整个企业信 息系统中。因此这就需要一种能够有效地进行数据访问和管理的开放标准，能在工 业控制环境中各个数据源之间灵活地进行通信。 在o p c 之前，不同的两个应用控制系统软件之间的数据交换有几种不同方式【1 1 ， 它们分别是： 1 a p i ( 应用编程接口) 2 o d b c ( 开放数据库连接) 3 d d e ( m i c r o s o f t 的动态数据交换) a p i 通过访问控制系统厂家提供的d l l 或a c t i v c x 来访问其实时数据库，虽然 1 华北电力大学硕士学位论文 应用广泛，数据的交换速度也很快，但对编程人员的要求较高，而且形不成统一的 模式；o d b c 是用s q l 语言编写的，对其他场合不适用；d d e 局限于处理交换数 据较小的场合，一般不见有大型控制系统应用软件之间使用d d e 互连实例。 在不同系统要求互连的迫切需求下，o p c 技术应运而生。 1 2 2o p c 概述 o p c 是o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l 的缩写，即用于过程控制的对象链接与嵌入 ( o l e ) 技术【2 h 引。o p c 在基于w i n d o w s 操作平台的工业应用程序之间，提供一 套高效的信息集成和交互功能的组件对象模型接口规范。它以微软的组件对象模型 c o m d c o m c o m + 技术为基础，采用客户服务器模式。o p c 服务器是数据的供应 方，负责为客户提供所需的数据；o p c 客户端是数据的使用方，对o p c 服务器提 供的数据进行处理。在使用o p c 过程中，总是包括有o p c 服务器与o p c 客户， o p c 服务器一般并不知道它的客户来源。由o p c 客户根据需要，接通或断开与 o p c 服务器的连接【9 1 。图1 1 给出了一个控制系统的上位机通过o p c 服务器连接 现场控制设备的体系结构图。 上位机监控系统 软件模块软件模块软件模块 o p c 客户o p c 客户o p c 客户 l o p c 接口 1r 1 1r o p c 服务器 物理接口 物理设备1物理设备2物理设备3 现场控制设备 图1 1 基于o p c 架构的控制系统体系结构图 o p c 规范的制定由o p c 基金会【加i ( o p c f o u n d a t i o n ) 负，o p c 基金会的前身是 2 华北电力大学硕士学位论文 由一个f i s h e r r o s e m o u n t 、r o c k w e l ls o f t w a r e 、s i e m e n s 、o p t 0 2 2 、i n t e l l u t i o n 和i n t u i t i v e t e c h n o l o g y 等著名大公司组成专门的工作组，这个工作组仅仅用了短短的一年时问 便开发出一个基本的可运行的o p c 技术规范。在1 9 9 6 年8 月发布了简化的、一步 到位的解决方案。 o p c 规范采用了先进的客户服务器模型，建立了一套在硬件供应商和软件开发 商之间相互遵循的规则。只要遵循这套规则，数据交换对两者来说都是透明的，硬 件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件的 实质和操作过程。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 而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。 相比其他方式，工业控制系统采用o p c 技术开放系统的益处有以下几点【1 1 l ： 1 o p c 规范以c o m 为技术基础，实现了代码在二进制级上的重用和代码的 语言无关性，极大的提高了软件的重用性，提高了开发效率； 2 o p c 封装了系统功能的实现，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，使得用户完全从低层 的开发中脱离出来： 3 o p c 利用d c o m 技术实现了远程调用，使得应用程序的分布与系统硬件 的分布无关，便于系统硬件配置以及扩展，使得系统的应用范围更广； 4 采用o p c 规范，便于系统的组态化，将系统复杂性大大简化，可以大大缩 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； 5 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。 o p c 规范包括以下几个部分： 1 o p c 数据存取( d a t aa c c e s s ) 规范 2 o p c 报警与事件( a l a r ma n de v e n t ) 规范 3 o p c 历史数据存取( h i s t o r i c a ld a t aa c c e s s ) 规范 4 o p c 安全( s e c u r i t y ) 规范 5 0 p c 批处理( b a t c h ) 规范 6 o p c 服务器数据交换( d a t ae x c h a g e ) 规范 7 o p c _ x m l 规范 在以上规范中应用的最多的是o p c 数据存取( d a t aa c c e s s ) 规范，依据d a t a a c c e s s 规范开发的o p c 服务器叫做o p cd a 服务器，o p c 数据存取规范也简称为 o p c d a 规范。 3 华北电力大学硕士学位论文 1 2 3o p c 技术的应用现状与前景 o p c 标准的制定虽然主要由少数几家公司所推动，但是已制定的o p c 标准由 来自9 0 多家公司的专家参与，并参考了来自2 0 0 多个合作伙伴的评论意见，所 以具有广泛的代表性。一批国际知名的控制类公司如：a b b 、a s p e n t e c h 、e u r o t h e r m 、 f o x b o r o ，h o n e y w e l l ，n a t i o n a li n s t r u m e n t s ，s i e m e n s ，t o s h i b a ，j o h n s o n y o k o g a w a ， g ef a n u c 等相继宣布支持o p c 标准。在这种情况下，毫无疑问o p c 将会在控制 领域发挥重大的作用。o p c 将会成为大势所趋。目前，o p c 基金会的全球成员大 约有3 0 0 家，登记在册得已有6 0 0 多种o p c 产品。 现在许多公司正在致力于利用o p c 标准开发产品。w o n d e r w a r e 公司原来一 直采用n e t d d e 开发其软件产品，并且做得相当成功，但鉴于o p c 正在成为业界 标准的形式，现在正逐步转向采用o p c 标准开发其软件产品。u sd a t a 公司开 发了一种叫做o p c 友好插座的产品，该产品允许任何符合o p c 标准的对象加入 到该公司的软件中在已开发成功的f i s h e r r o s e m o u n t 的d e l t av 系统中采用了 o p c 技术。i n t e l l u t i o n 作为o p c 董事会成员，在推行o p c 标准方面始终是不遗 余力，现已利用o p c 技术开发出了v i s u a l b a t c h 、f i x d y n a m i c s 等组件产品。 在国内，o p c 技术作为一项工业标准在也得到了逐步推广和应用，特别是近年 来引起了广泛的关注。不少高等院校、研究机构和制造厂商都开展了对o p c 技术 的研究和应用。2 0 0 0 年1 2 月正式成立了中国o p c 促进会。目前，已有多家公 司加入了o p c 基金会，成为其会员单位，如北京华富惠通、北京华控、浙大中控、 北京中瑞泰等。 在应用方面，沈阳自动化研究所在开发新一代分布式控制系统时就采用了o p c 技术，实现了上层应用软件通过o p c 服务器访问现场设备信息的功能，同时，还 开发出了o p c 数据服务器的开发工具软件s m a r t o p c 。一些国内工控软件公司也 充分利用o p c 技术增强和扩展其软件功能，例如北京亚控公司的组态王，三维力 控等等。 为了确保o p c 技术能长足发展，o p c 基金会在充分考虑用户和开发者反馈的 基础上，最近又成立的以下两个工作组，这无疑保证的o p c 技术有良好的技术前瞻 性： 1 复杂数据工作组：o p c 数据存取规范提供了应用程序之间传送单个数据的 灵活、高效的方法，但对于传送结构数据和可执行的命令串并不合适。例 如当o p c 服务器传送一个大的的二进制对象( 如设备的组态配置信息， p l c 的梯形图程序、或高速采样设备获得的信号波形数据) 时，o p c 客 户将不知道如何对此对象进行解码，或者命令串可能包含保留的变量名。 4 华北电力大学硕士学位论文 复杂数据工作组的工作就是对o p c 数据存取规范( d a t aa c c e s s s p e c i f i c a t i o n ) 进行扩展或定义一个新的接口集，这些新的接口将允许o p c 客户和服务器能够识别、交换和解码结构性数据，并能够传送命令串和监 视命令串在设备中的实行情况。新的接口集应是对现有的接口的补充，而 且不能与现有的接口重复。 2 公共接口工作组：一些高效、底层的应用程序，如软p l c 、软控件，需要 对数据进行简单、快速的存取，而o p c 数据存取规范包括许多这类应用 程序并不需要的高级功能，此外o p c 数据存取规范大量使用服务器定义 的“o u t ”参数，这降低了其运行效率，限制了在实时环境下的应用。公共 i ，o 接口工作组的任务就是开发一个简单、高效的数据存取规范，特别是 对物理i o 的直接操作。该接口应尽可能基于现有的1 e c l l 3 1 的标准功 能，以支持传统p l c 的编程；该工作组还希望定义一组由一个d l l 库 导出的“纯”c 接口函数，并由一个简单的c o m 接口封装。当然，这 个接口应该是对现有数据存取规范的补充，而不是与之进行竞争，该接口 将被严格限制于实时应用中。 1 3 火电厂信息化和电站d c s 开放性 我国已进入信息化时代的新世纪，随着我国电力体制改革的深化和电力行业市 场经济的逐步形成，发电企业必将加速进入信息化时代，电力市场有秩竞争将更加 激烈，追求投资效益最大化已成为投资主体的内在动力。如果一个电厂没有通过信 息化实现生产过程高度自动化和管理现代化，它必将在电力市场竞争中处于十分被 动的局面，“信息化带动工业化，工业化促进信息化”的方针在发电企业得到了自 发性的前所未有的执行和贯彻，各个发电企业已经从企业生存的战略决策高度来看 待火电厂的信息化建设。 火电厂信息化【1 2 】【1 3 】包含两层含义，即火电厂生产过程监控和企业管理需要的所 有必要信息均应无重复地得以采集和通过数字网络共享，信息的采集、处理和反馈 应最大限度自动化，减少繁重的人工信息采集、处理和反馈的工作量；同时，采集 和存储的海量信息必须经过数据挖掘技术使信息浓缩和智能化，成为有用的知识。 在我国，电厂信息化的任务具体化为：建设标准的符合规范的火电厂生产过程 控制和管理分析系统。目前，针对电厂信息化网络，专家们提出了很多不同观点和 论断。但是，把火电厂的生产过程控制和管理分析系统分为以下三级是一个比较共 s 华北电力大学硕士学位论文 识的看法： 1 厂级( s i s 、m i s 、b p s ) 2 机组车间级( d c s 、p l c ) 3 现场设备级 厂级生产过程自动化和管理现代化系统由厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e mi n p l a n tl e v e l ，简写s i s ) 和厂级管理信息系统( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n tl e v e l ，简写m i s ) 组成。s i s 主要处理全厂实时数据，完成 厂级生产过程的监控和管理，厂级故障诊断和分析，厂级性能计算、分析和经济负 荷调度等；m i s 主要为全厂运营、生产和行政的管理工作服务，主要完成设备和维 修管理、生产经营管理( 包括电力市场报价子系统) 、财务管理等。s i s 和m i s 可以 是设置在一个网络中的两个功能，共用计算单元和数据服务器，s i s 网与m i s 网也 可以用网关或其它接口分隔成两个网，分别设置相应的计算单元和数据服务器，以 提高s i s 网的安全性。 一个典型火电厂生产过程控制和管理分析系统的体系结构如图1 2 所示。 图1 2 火电厂信息化网络分层图 6 华北电力大学硕士学位论文 在上面的网络分层图中，我们可以清楚的看出，机组车间级的成产过程控制系 统( d c s & p l c ) 要向上级系统开放生产实时数据，也就是说电厂信息化不可避免 的触及了本文在1 2 节中重点阐述的、也就是过程控制在发展过程中遇到的两个棘 手问题： 1 工业现场的数据须能从车间级汇入到整个企业信息系统中； 2 不同的两个应用控制系统软件之间必须解决数据交换的问题。 作为解决以上问题应运而生的技术，o p c 就这样登上了电厂信息化的舞台。在 电厂信息化集成的过程中，因为不同程度的要求d c s 对外开放生产过程实时数据， 如何方便快捷的从d c s 取出实时数据，成为信息集成的难点。如1 2 节所述，在 o p c 技术提出以前，各个厂家的d c s 并没有通用标准的对外接口，它们各自讲自 己的“方言”，从来不和其他应用软件对话。 ” 国内大型火电厂在s i s ( m i s ) 建设和信息系统互连中，不少国外d c s 系统就 利用o p c 标准解决自身的开放性问题。比如：利用o p c 解决a b b 的i n f i 9 0 的数据 对外开放【1 4 j ，利用o p c 作为w e s t i n g h o u s e 的o v a t i o n 和电厂m i s 的接口1 1 5 l ，针对 h o n e y w e l l 的t d c 3 0 0 0 ，利用o p c 技术对通讯进行优化1 1 6 】等等。在以上实例中， d c s 系统都是通过其o p c 服务器，向外部系统提供了符合o p c 标准的接口。 综上所述，开发o p c 服务器成为解决d c s 开放瓶颈的关键，当电站d c s 有了 自己的o p c 服务器，它就拥有了对外的o p c 接口，通俗的讲，也就拥有了用“普 通话”和外部系统通讯的能力。 1 4 论文的主要研究内容和国内外研究现状 本文主要研究o p c 技术在火电厂信息化中应用，重点研究如何利用o p c 技术 解决电站d c s 的开放性的问题，具体工作在开发电站d c s 的o p c 服务器客户端， 最后根据自己的测试和调试经验，结合d c s 系统对通讯软件在功能性和安全性的要 求，提出开发电站d c s 的o p c 服务器所必须遵循的原则。 在o p c 服务器方面，由于o p c 技术的核心是m i c r o s o f t 提出来的c o m 技术，以 前开发者需要深入探索c o m 的通讯机制和o p c 接口的实现细节，这无疑是一个难 点，随着c o m 技术的推广和开发者经验的积累，现今的c o m 开发已经发展的比较 成熟和成形。相对来说，开发者面临的主要任务是： 1 如何实现服务器功能的稳定性； 2 保证服务器提供通讯服务的可靠性。 第一点牵涉到服务器地址空间数据结构的设计和数据结构的实现，特别是服务 7 华北电力大学硕士学位论文 器面临大批量的数据通讯和操作任务时，如何设计一个体系清晰、往返迅捷的地址 空间成为保证服务器运行稳定的根本保证，在以前国内的o p c 数据存取服务器研究 中，大部分o p c 服务器都是为一个比较数据交互较小的控制系统提供服务，也没有 从地址空间的角度论述其对服务器稳定性的影响，即使有对地址空间设计的文章， 也是从理论上仿真的角度，验证其设计算法对空间操作效率的改进，本论文基于实 时数据库较大的3 0 0 m w 火电机组的d c s 系统，从实际应用的出发，提出地址空间 是影响服务器功能稳定的主要因素，并试图给出大规模数据库的地址空间设计及其 浏览功能实现的解决之道。 第二点国内外的研究成果很多，基本的结论是：相对于同步通讯，异步通讯能 更有效的解决o p c 服务器与客户端之间通讯的可靠性。但相对于同步通讯而言，异 步通讯实现起来要复杂的多，所以关于服务器和客户端通讯的研究成果主要集中于 如何简单方便的实现异步通讯。本论文通过查阅大量论文和资料，给出了在a t l 平 台上简洁易行的异步通讯实现方法。 关于o p c 在电站信息化上的应用，国内研究文章主要集中于应用层面，而且主 要是给出国外d c s 产品的o p c 服务器在网络、功能和接口上如何配置，以保证服 务器能正常地提供对外通讯的服务功能。本论文从开发的角度出发，基于一个国产 的d c s 产品，开发o p c 数据存取服务器，并结合自己的开发和测试经验，出于确 保d c s 运行和稳定的目的，给出开发电站d c s 的o p c 服务器所必须遵循的原则， 为后续开发提供经验和参考。 本文的具体工作流程是：以上海新华x d p s 4 0 0 t 1 7 1 为基础，先开发x d p s 4 0 0 的 o p c 服务器，然后开发o p c 的客户端来模拟d c s 的上级系统( 厂级s i s & m i s ) 。 通过对x d p s 4 0 0 进行实时数据仿真，模拟生产过程实时数据的变化。通过o p c 接 口，o p c 客户端从x d p s 4 0 0 上得到实时数据，并进行二次分析、处理和优化，由 此模拟火电厂的信息化三层网络，说明o p c 在解决d c s 开放性上的优势和便利。 最后，给出开发基于电站d c s 的o p c 服务器应遵循的一些原则和建议。本文的在 实验室上的通讯体系结构如图1 3 所示。 需要说明的是，本文原来目的是研究o p c 技术在我国电站信息化上应用，限于 自己的能力，无法对我国电站信息化的现状进行全面的分析和把握，只是站在一个 局部的角度：从电站d c s 的开放性上出发，深入的研究o p c 技术的能起到的作用。 8 华北电力大学硕士学位论文 ：v d p u ( 虚拟d p u )： 一_ 一j x d p sm m i ，j 川， ( 数据库文件打| m 梳譬2 譬姒l 印服务器) 。l x d p s 4 0 0n e t w i n l x d p s 实时数据库接 口x d b d l l l l x d p s 4 0 0o p c j & 务器 i i l o p c d a 自动 化接口 卜- - 啼工业以太网 l c o m d c o m i l _ l x d p s 4 0 0 o p c 客户端( 模拟m i s & s i s ) l m i s & s i s 图1 3 论文仿真平台结构图 9 华北电力大学硕士学位论文 2 1 本章介绍 第二章新华x d p s 4 0 0 本章主要讲述新华公司的d c s 产品一- - x d p s 4 0 0 系统【1 剐，介绍它的体系结构、 硬件和软件，重点介绍它的全局点数据库，最后对其p c 机下的仿真做简单的说明。 本章纲要：2 2 节从整体上讲述x d p s 4 0 0 的体系结构；2 3 节主要讲述x d p s 4 0 0 的硬件和软件；2 4 节讲述x d p s 4 0 0 的实时数据库，x d p s 实时数据库在本文的o p c 开发中占有非常重要的地位；2 5 节讲述x d p s 的单机仿真。 2 2x d p s 4 0 0 的体系结构 x d p s 是上海新华公司分散处理系统( x i n h u ad i s t r i b u t e dp r o c e s s i n gs y s t e m ) 的 缩写。其中的x d p s 4 0 0 可以构成独立控制系统、分散控制系统( d c s ) 、监控和数 据采集系统( s c a d a ) 等，它可以完成实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级 控制、报警检测、监视、操作，可以对数据进行记录、统计、显示、打印等处理， 并提供组态和调试工具。x d p s 4 0 0 广泛用于电力、冶金、化工、建材等工业过程控 制，也可用于供电、水处理、油田、楼宇中的远程调度和监控。 x d p s 由高速数据网和连接在网上的m m i ( 人机接口站) 与d p u ( 分散处理单 元) 三大部分组成。d p u 面向被控对象，进行快速数据f o 和闭环控制计算，完 成报警检测，同时接收操作指令和组态修改指令。m m i 面向操作者，以流程图、棒 状图、曲线、表格、按钮、对话框等方式提供数据，“解释”操作指令并送到d p u 。 通过m m i ，操作者和工程师可对监控过程进行干预和修改，还可在网上任一台打印 机上打印任何所需资料。x d p s 的数据记录统计功能也在m m i 上完成。 x d p s 的设计相当灵活，可以构成小到一台计算机，大到几百台计算机的控制 和信息处理系统。其典型结构如图2 1 。 华北电力大学硕士学位论文 厂级m l s 同 ：申 卤卤 啕息网： 。删。唐毒叫宫 驯鲁嬲； 亓矸开一鬲。 帚11 邢钞嚣学。t、 去其他控制系统 工业过程 图2 1 x d p s 4 0 0 的体系结构 2 3x d p s 4 0 0 的硬件和软件 2 3 1 x d p s 4 0 0 的硬件 x d p s 4 0 0 的硬件包括高速数据网、m m i 和d p u 。以下分别对其简要介绍。 高速数据网是x d p s 最重要的部分。高速数据网主要完成实时信息的共享和文 件与打印的共享。x d p s 的高速数据网通常分为两个部分：一个为实时数据网，一 个为信息数据网。实时数据网通常为冗余的总线式网络，用于完成实时信息的传送。 信息数据网一般用由操作系统直接支持文件与打印共享的通用网络。由于d p u 没有 打印和文件共享功能，因此信息只连接m m i 。不管是那一种网络结构，x d p s 网络 低层可采用8 0 2 3 、8 0 2 4 或8 0 2 5 ，高层采用t c p i p 。由于都是世界上最标准和支 持最多的协议，x d p s 网络有很好的可靠性和扩展性。 分散处理单元d p u ( d i s t r i b u t e dp r o c e s su n i t ) 通常由电源、两台互为备用的工 业微机、i o 卡件和接线端子板组成。d p u 直接面向过程对象，其中负责控制和运 算是两台互为备用的工业微机，它们采用通用的p c 结构，使用i n t e l4 8 6 以上c p u ， 内存1 6 m 以上，运行新华公司自行开发的r m x x 实时操作系统。其中模拟量最快 i o 扫描周期l o o m s ，开关量最快i o 扫描周期5 0 m s 。 1 1 华北电力大学硕士学位论文 人机接口站m m i ( m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 是x d p s 人机接口的途径，是收集 记录恢复各种记录的手段。m m i 可被用作工程师站( e n g ) 、操作站( o p u ) 、 历史记录站( h s u ) 。m m i 通常用工业p c 或工作站构成，运行m i c r o s o f t 公司的 w i n d o w s 操作系统。作为工程师站( e n g ) ，m m i 提供强大的工程师工具供组态人 员完成各种控制策略的组态。作为操作站( o p u ) ，通过m m i 的界面，操作员可 以多窗口方式看到流程图、功能组图、棒图、各种显示方式的趋势、报警历史、报 警一览等，方便地通过单点、一览、成组、分层次的自检等手段查询x d p s 的工作 状态。 2 3 2 x d p s 4 0 0 的软件 驻留在m m i 上的x d p s 4 0 0 软件主要包括m m i 主控软件n e t w i n 和外部系统i o 软件g t w ，启动其它任何m m i 或g t w 软件，必须先允许n e t w i n 。启动了n e t w i n ， 即启动了x d p s 实时数据库和实时网驱动程序，为运行其它软件作好准备。n e t w i n 通用于工程师站( e n g ) 、操作站( o p u ) 及历史记录站( h s u ) ，只是不同的 m m i 对软件的操作权限不同，工程师通过n e t w i n 进行控制策略和监视画面组态， 运行人员通过n e t w i n 对生产流程进行监控。在此，对n e t w i n 不做详细介绍，它启 动后的界面如图2 2 所示： 图2 2x d p s 4 0 0 的主控软件n e t w i n 1 2 华北电力大学硕士学位论文 2 4x d p s 4 0 0 的实时数据库 x d p s 4 0 0 的实时数据库在本论文中是一个重要而基础的概念，从本质上说，d c s 的o p c 服务器就是在实时数据库的基础上，给外界系统提供一个符合o p c 规范的 接口。所以在开发o p c 服务器之前，必须深入了解x d p s 4 0 0 的实时数据库。 x d p s 4 0 0 的实时数据库又称全局点目录。全局点目录是x d p s 所有d p u 上网 点的集合，d p u 可以是虚拟d p u 或g t w 。它决定了每个测点的索引号，而索引号 是x d p s 在网上识别测点的标识。因此全局点目录是x d p s 实时点共享的基础。 x p d s 的d p u 将需共享的点以上网功能块的组态形式，按点目录定义的索引号 广播到实时网上，m m i 按照点目录接收所有d p u 广播的全局点，d p u 则以点目录 定义的索引号为基础，用下网功能块挑选接收需要的全局点。这就是x d p s 全局点 共享的基本概念。因此点目录是x d p s 实时点共享的基础。 点目录文件定义了所有全局实时点标识、显示格式、描述、源节点等信息。点 目录只有一个，各节点应加载相同的点目录文件。m m i 运行时和d p u 下装时，都 需索引点目录。在进行d p u 在线组态或运行m m i 软件前，必须组态好全局点目录。 x d p s 4 0 0 提供了访问实时数据库的动态链接库x d b d l l 和一套a p i 函数，a p i 函数被定义在一个标准c 头文件x d b h 中，允许用户调用a p i 函数来开发d c s 的对 外通信程序。 在以后的服务器实现上，要涉及到实时数据库的诸多细节。 2 5x d p s 4 0 0 单机环境下的仿真 在服务器开发完成后，为了验证服务器和x d p s 4 0 0 连接，必须给x d p s 4 0 0 提 供仿真平台，也就是在单p c 上模仿电站d c s 的实时运行。 在x d p s 4 0 0 中，通过运行x d p s 4 0 0 的m m i 上虚拟一个d p u 来仿真现场的 d p u ，这个被模拟的d p u 叫做v d p u ( 虚拟d p u ) 。v d p u 在配置好以后，运行 x d p s 4 0 0 中的虚拟d p u 软件，软件界面如图2 3 所示。 华北电力大学硕士学位论文 图2 - - 3 x d p s 4 0 0 虚拟d p u 配置界面 上图表示模拟0 5 号d p u 成功，配置一个v d u 的步骤如下： 在要运行v d p u 的m m i 主机上虚拟一块网卡。网卡设备名字为：”m i c r o s o f t l o o p b a c ka d a p t ”。 1 在网卡上设置i p 地址，使用x d p s 的a 网地址，前三位为2 2 2 2 2 2 2 2 1 ， 后一位随便设置，只要和d p u 的节点号不冲突就可以了，设置虚拟网卡 的i p 地址为2 2 2 2 2 2 2 2 1 6 0 。推荐虚拟网卡只绑定t c p i p 协议，已加快软 件运行速度； 2 在m m i 主机上设置x n e t i n i 文件。在 i p a d d r e s s 下面设置如下； n e t l = 2 2 2 2 2 2 2 2 1 6 0n e t l p l = 2 2 2 2 2 2 2 2 1 6 0 ： 3 配置m m i n o d e c f g 文件，文件在x d p s 安装文件夹内，在 m m i n o d e c f g 文件的 t h i s n o d e 下面设置：n o d e a d d r e s s = 6 0 。在 n o d e 】 下面设置：6 0 = m m l l 6 0 。m m l 0 6 0 。表示这个m m i 就是6 0 号节点。 将v d p u 文件夹c o p y 几个，需要几个就c o p y 几个，然后修改v d p u d g 中的n o d e 。 仿真的时候，可以多开几个。修改方法如下：比如要仿真0 5 号d p u ，那么在x d p s 文件夹下，打开v d p u c f g 。在 n o d e 下面设置：n o d e = 0 5 。 在n e t w i n 运行前，运先行v d p u 。在n e t w i n 的面板上a 网的指示会变成正常 的绿色。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 3 1 本章介绍 第三章o p c 数据存取服务器规范 本文研究开发的o p c 服务器基于o p c 数据存取( d a t aa c c e s s ) 规范，版本号 o p cd a t aa c c e s sc u s t o mi n t e r f a c e2 0 5 。 本章纲要：3 2 节和3 3 节讲述c o m 技术，c o m 技术是o p c 的基础；3 4 节 讲述o p c 数据访问服务器的体系结构，并分析o p c 的三个对象之间的层次关系； 3 5 节讲述o p cd a t a a c c e s sc u s t o mi n t e r f a c e2 0 5 定义的o p c 对象；3 6 节用一个 简洁的体系图说明典型o p c 服务器与外界的交互。 3 2c o m 技术 3 2 1c o m 概述 c o m l ”h 2 4 l ( c o m p o n e n to b j e e tm o d e l 组件对象模型) 是一个由微软公司推出的 开放的组件标准。c o m 不仅仅提供了组件之间的接口标准，它还引用了面向对象 的思想。在c o m 标准中，对象是一个非常活跃的元素，通常把它称为c o m 对象。 类似于c + + 中对象的概念，对象是某个类的实例；而类是一组相关的数据和功能组 合在一起的一个定义。c o m 对象被很好地封装起来，客户无法访问对象的内部实 现细节，也无法知道对象使用了什么数据结构，访问c o m 对象的唯一途径是通过 接口，即c o m 接口。使用对象的应用( 或另一个对象) 称为客户。 c o m 的核心内容就是关于接口的定义，虽然c o m 接口本身并不复杂，但围 绕c o m 接口有许多内容，包括接口的标识、接口函数的调用习惯、参数处理、接 口与对象的关系以及接口与c c + + 的关系、c o m 接口的特性等。如果组件使用直 接暴露a p i 函数的方法提供服务，则比较简单且容易理解，但是，当a p i 函数较 多时，使用会非常不方便，不便于接口层的管理。而且a p i 函数需要标准化，按照 通用的调用方式进行处理，以使用不同的语言编程实现。而c o m 定义的接口规范， 不仅可以弥补a p i 作为组件接口的不足，而且充分发挥组件对象的优势，并实现 了组件对象的多态性。c o m 接口是一组逻辑上相关的函数集合，其函数也被称为 接口成员函数。每个c o m 接口都由一个1 2 8 位的全局唯一标识符g u i d 来标 识。客户通过g u i d 获得接口的指针，再通过接口指针，客户就可以调用其相应 华北电力大学硕士学位论文 的成员函数。 c o m 接口的特点【2 5 h 2 8 】如下： 1 二进制特性。接口规范并不是建立在任何编程语言的基础上，而是规定了 二进制的标准。任何语言只要有足够的数据语言表达能力，就可以对接口 进行描述，从而可以用于组件程序有关的应用开发。 2 接口不变性。接口是组件客户程序和组件对象之间的桥梁，接口如果经常 发生变化，则客户程序和组件程序也要跟着变化，这对于应用系统的开发 非常不利。因此，接口应该保持不变，只要客户程序和组件程序都按照既 定的接口设计进行开发，则可以保证在两者独立开发结束后，它们的协作 运行能力能达到预期的效果。 3 继承性。不变性并不意味着接口不再发展，接口也需要发展，可以继承发 展。接口继承与类继承不同。首先，类继承不仅是说明继承，也是实现继 承，即派生类可以继承基类的函数实现；而接口继承只是说明继承，即派 生的接口只继承了基接口的成员函数说明，并没有继承基接口的实现，因 为接口定义不包括函数实现部分。其次，类继承允许多重继承，一个派生 类可以有多个基类，但接口继承只允许单继承，不允许多重继承。 4 多态性。所谓多态性是指发出同样的消息被不同类型的对象接收时导致完 全不同的行为。这里所说的消息，主要是指对类的成员函数的调用，而不 同的行为是指不同的实现。c o m 对象也有多态性，其多态性通过c o m 接口体现。多态性使得客户可以用统一的方法处理不同的对象，甚至是不 同类型的对象，只要它们实现了同样的接口。如果几个不同的c o m 对象