【正文】 的權(quán)限，設(shè)置不同的登錄頁面以及查詢功能。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，對水質(zhì)評價(jià)方法進(jìn)行研究，便于水廠日后工作的改進(jìn)。 客 戶 端 氣 浮 報(bào) 表 生 成 系 統(tǒng) 水 質(zhì) 評 價(jià) 系 統(tǒng) 圖 客戶端功能框架 本章小結(jié)本章首先介紹了自來水處理的工藝流程，研究了水廠的自控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，確定了本系統(tǒng)的功能需求。在水廠水處理流程與控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，完成了總體方案的設(shè)計(jì)，包括客戶端模塊和服務(wù)器模塊。其中，服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)主要包括基于OPC 通信技術(shù)的數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)庫模塊及數(shù)據(jù)處理模塊，客戶端模塊設(shè)計(jì)主要完成氣浮報(bào)表的自動生成功能及水質(zhì)評價(jià)功能。水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)15第 3 章 數(shù)據(jù)通信與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目前水廠自控系統(tǒng)下位設(shè)備中的原始數(shù)據(jù)已經(jīng)通過 ControlNet 以及通訊服務(wù)軟件 Rslinx 傳輸?shù)街行目刂剖业挠?jì)算機(jī)中。本章結(jié)合了水廠原有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)的傳輸機(jī)制，采用基于 OPC 的通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器與各 PLC 控制站之間的通信，并將其中的運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)、水位等值采集到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，針對采集的各類原始數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，得到水廠需要的參數(shù)值。 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通信原理概述OPC 是為過程控制而專門設(shè)計(jì)的 OLE 技術(shù)，由世界技術(shù)處于領(lǐng)先地位的公司，即相關(guān)的自動化的軟硬件公司與微軟公司聯(lián)合建立的，還同時(shí)成立了專門的 OPC 基金會。OPC 基金會的成立，對于 OPC 規(guī)范的制定和管理有了更好的制度 [45,46]。針對不同硬件設(shè)備的驅(qū)動程序，OPC 給出了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。它采用典型的Client/Server 模式，由硬件廠商和專門的公司完成一套統(tǒng)一 OPC 接口的標(biāo)準(zhǔn) Server程序。因此，軟件廠商按照統(tǒng)一的 OPC 標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā) Client 程序訪問 Server，就可實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備之間的通信。OPC 技術(shù)的本質(zhì)是采用了 COM/DCOM（組件對象模型/分布式組件對象模型）技術(shù)。COM 是一種通訊協(xié)議，該協(xié)議是為了要實(shí)現(xiàn)軟件的復(fù)用及互操作。DCOM是 COM 技術(shù)在分布式計(jì)算領(lǐng)域的擴(kuò)展，使 COM 可以支持在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Inter 中不同的計(jì)算機(jī)中的對象之間進(jìn)行通訊。 COM 標(biāo)準(zhǔn)為組件軟件和與應(yīng)用程序之間的通訊提供了統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了組件之間的通訊機(jī)制。由于 COM 技術(shù)的語言無關(guān)性，在實(shí)現(xiàn)時(shí)并不需要特定的語言及操作系統(tǒng)，只要依照 COM 規(guī)范進(jìn)行開發(fā)即可 [47]。OPC 規(guī)范OPC 規(guī)范由世界主要自動化設(shè)備廠商與微軟公司協(xié)商制定，為不同供應(yīng)商的設(shè)備與應(yīng)用程序間實(shí)現(xiàn)了接口的標(biāo)準(zhǔn)化。它把軟件開發(fā)商與硬件供應(yīng)商分開，在設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)源和客戶之間建立聯(lián)系，為解決統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)問題提供了方案 [48]。表 介紹了幾個(gè)常用 OPC 規(guī)范：OPC 基本對象OPC 服務(wù)器由三類對象組成，即服務(wù)器（Server ） ，組（Group ）和項(xiàng)（Item） 。Server 對象負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理 Group、管理 Server 內(nèi)部的狀態(tài)信息，瀏覽服務(wù)器內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，將服務(wù)器中的錯(cuò)誤譯成描述性的語句等。Group 對象負(fù)責(zé)管理 Group內(nèi)部狀態(tài)信息，創(chuàng)建和管理 Item 對象，并且完成 OPC 服務(wù)器內(nèi)部中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存取服務(wù)。在 OPC 中，數(shù)據(jù)是以組為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。同一個(gè)組中的 Item 對象的數(shù)水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)16據(jù)源可以在表 常用 OPC 規(guī)范規(guī)范 內(nèi)容 備注Data Access 數(shù)據(jù)存儲規(guī)范 提供訪問實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法Alarm amp。 Event 報(bào)警和事件規(guī)范 提供各種報(bào)警事件機(jī)制Historical Data Access歷史數(shù)據(jù)訪問規(guī)范 提供通用的歷史數(shù)據(jù)引擎Batch 批量過程規(guī)范 提供存取實(shí)時(shí)批量數(shù)據(jù)和設(shè)備信息的方法Security 安全性規(guī)范 提供專門機(jī)制保護(hù)敏感數(shù)據(jù)OPC XML DA 過程數(shù)據(jù)的 XML規(guī)范對于使用 XML 暴露現(xiàn)場層數(shù)據(jù)提供了靈活、穩(wěn)定的原則和格式不同的現(xiàn)場設(shè)備中。這樣就為客戶把經(jīng)常訪問的一些Item對象放在一個(gè)Group 中進(jìn)行管理提供了方便。客戶可以對組進(jìn)行讀寫, 也可以設(shè)置客戶端數(shù)據(jù)的更新頻率。Server和Group都是標(biāo)準(zhǔn)的 COM對象，與客戶程序的交互需要這兩種對象完成。服務(wù)器對象：它包含一個(gè)服務(wù)器中所有的信息，同時(shí)它也作為組對象的容器。一個(gè)服務(wù)器應(yīng)該對應(yīng)一個(gè)OPC Server，即一種設(shè)備驅(qū)動。在一個(gè) Server里，可以創(chuàng)建若干個(gè)組。組對象：包含本組所有的信息，也可以管理OPC的數(shù)據(jù)項(xiàng)。OPC的組對象為客戶提供一種組織數(shù)據(jù)的方法，它是應(yīng)用程序中組織數(shù)據(jù)的單位。當(dāng)服務(wù)器里緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，OPC 會自動地向客戶發(fā)出通知，客戶接到通知后對其進(jìn)行處理，這樣就不用浪費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行查詢。OPC規(guī)范定義了兩類組對象，即公共組和局部組。公共組可由多個(gè)客戶所共有，而局部組只歸一個(gè)OPC客戶所有。公共組對連接到服務(wù)器上的所有應(yīng)用程序均有效，而局部組只對建立它的客戶有效。項(xiàng)對象：項(xiàng)是進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的一個(gè)最小邏輯單位，它必須存在一個(gè)組中，而不能脫離它獨(dú)立存在。在每一個(gè)組對象中，客戶可以根據(jù)需要添加多個(gè)OPC的數(shù)據(jù)項(xiàng)。OPC的數(shù)據(jù)項(xiàng)通常是指設(shè)備的一個(gè)寄存器單元或是寄存器的某一位。OPC客戶都是通過它的數(shù)據(jù)項(xiàng)來完成對設(shè)備寄存器的各種操作的。OPC的數(shù)據(jù)項(xiàng)并不能夠提供對外的接口，所以客戶不能直接對它進(jìn)行操作，其所有操作都必須通過數(shù)據(jù)組來進(jìn)行。在一個(gè)數(shù)據(jù)組中，客戶可以添加多個(gè)OPC的數(shù)據(jù)項(xiàng)。OPC 接口OPC 規(guī)范含有兩套接口，即定制接口和自動化接口。定制接口效率較高，客戶可以通過此接口，將 OPC 服務(wù)器的性能最好的發(fā)揮出來，一般采用高級語言編程的水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)17客戶都會使用定制接口方案；使用 VB 編程語言的客戶一般會選擇自動化接口，自動化接口所提供的是自動平臺配置以及存取過程控制中數(shù)據(jù)的接口，該接口的使用使得客戶的應(yīng)用程序變得簡單。OPC 交互方式OPC 客戶端與其服務(wù)器的交互包括兩個(gè)方面：一個(gè)是客戶端程序從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)；另一個(gè)是客戶端向服務(wù)器寫入數(shù)據(jù)?？蛻舳顺绦蜃x取數(shù)據(jù)有兩種方式：同步和異步。同步通訊時(shí)，OPC 客戶端向其服務(wù)器進(jìn)行請求時(shí)，必須等到其服務(wù)器對應(yīng)的響應(yīng)全部完成之后才能返回，在此期間它一直處于等待狀態(tài)。因此在進(jìn)行同步通訊的時(shí)候，如果有大量數(shù)據(jù)需要同時(shí)操作或是有很多 OPC 的客戶端對其服務(wù)器進(jìn)行操作時(shí)，就會對 OPC 的客戶端造成阻塞。因此，同步通訊只適用于 OPC 客戶端較少、數(shù)據(jù)量也較小的場合。異步通訊時(shí)，OPC 的客戶端向其服務(wù)器發(fā)出請求后便立刻返回，客戶端可以進(jìn)行其他操作，不用等待服務(wù)器對它的響應(yīng)，待 OPC 服務(wù)器完成響應(yīng)后，再通知OPC 客戶端。因此異步通訊相對于同步通訊，效率更高一些。 通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制水廠的通信系統(tǒng)采用 OPC 的客戶端/服務(wù)器模式，通過讀取本地 OPC 服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。水廠的中心控制室有三個(gè)操作員站，它們與下位 PLC 之間的通信是通過控制網(wǎng)(ControlNet)實(shí)現(xiàn)的，而 ControlNet 需要使用通訊服務(wù)軟件 Rslinx 實(shí)現(xiàn)通信。因此，所有的操作員站都裝有 Rslinx 軟件，操作員站與服務(wù)器之間的通信采用OPC 技術(shù)。其通信結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。操 作 員 站 操 作 員 站操 作 員 站服 務(wù) 器 客 戶 端EtherNtContrlNetRSLINXRSLINX RSLINX圖 通信結(jié)構(gòu)圖 OPC 服務(wù)器水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)18Rslinx 簡介Rslinx 是一種通訊服務(wù)軟件，該軟件的使用為現(xiàn)場設(shè)備連接 Rockwell 軟件提供了服務(wù)，Rockwell 軟件包括 RSLogixRSSql 和 RSView32 等。Rslinx 還提供了多種開放的接口，可用于與組態(tài)界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)以及客戶的應(yīng)用程序軟件進(jìn)行通訊。Rslinx 軟件還支持多個(gè)應(yīng)用程序可同時(shí)與處于不同網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊。Rslinx 提供了友好的用戶圖形界面，可用于指定網(wǎng)絡(luò)間穿梭的路徑，這意味著通過 ControlLogix Gateway 就可以將辦公室中的以太網(wǎng)與控制層網(wǎng)絡(luò)或是現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行連接。在 Rslinx 軟件中集中了許多設(shè)備配置與監(jiān)視工具，用戶可通過鼠標(biāo)選取與點(diǎn)擊所需的設(shè)備就可以完成需要的操作。Rslinx 軟件提供最快速的 OPC、DDE 和 Custom C/C++的接口，可用于處理器與 MMI 和組件軟件之間進(jìn)行通訊，也可以與相關(guān)兼容軟件和其他用戶定制的DDE、 OPC 應(yīng)用軟件通訊。Rslinx 還能夠?yàn)橛脩籼峁┒鄠€(gè)網(wǎng)絡(luò)、本地工作站和DDE/OPC 性能診斷工具，便于進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和故障排錯(cuò)。Rslinx Gateway 驅(qū)動程序能夠完美地支持 TCP/IP 客戶與 AB 控制器的連接，它也支持與遠(yuǎn)程 OPC 進(jìn)行通訊[49]。所以，在一臺裝有 Rslinx 通信軟件的電腦上，就可以訪問 AB 公司的三層網(wǎng)絡(luò)，即以太網(wǎng)（Ether ） 、控制網(wǎng)（Control ）和設(shè)備網(wǎng)（ Device ）內(nèi)的所有可識別的設(shè)備，并對這些設(shè)備進(jìn)行所有操作。Rslinx 版本的選擇本文采用Rslinx Classic Gateway版本作為OPC 服務(wù)器。 Rslinx的客戶程序可以通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入Rslinx Classic Gateway的驅(qū)動程序中。這些客戶程序能夠?qū)B接到Rslinx Classic Gateway中可訪問的網(wǎng)絡(luò)上的 AB PLC或是MicroLogix的處理器進(jìn)行在線的訪問。這就允許了現(xiàn)場設(shè)備中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)入到應(yīng)用軟件進(jìn)行顯示等操作，同時(shí)也可以從監(jiān)控計(jì)算機(jī)中設(shè)置某個(gè)單獨(dú)參數(shù)或者下載數(shù)據(jù)到其所支持的設(shè)備中。配置 Rslinx本文采用 Rslinx 通訊軟件作為 OPC 的服務(wù)器，為 OPC 客戶端應(yīng)用程序提供了所需得接口以訪問其服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。在服務(wù)器中裝好 Rslinx 通信軟件，下面介紹如何配置 Rslinx，實(shí)現(xiàn)與中心控制室的三臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。建立連接：打開 Rslinx，在工具欄上點(diǎn)擊 ，打開驅(qū)動器組態(tài)對話框，在可用驅(qū)動器類型中選擇“Remote Devices via Linx Gateway”，再點(diǎn)擊“add new…”選項(xiàng)，輸入名字 TCP1。點(diǎn)擊右側(cè) Browse 按鈕，Host Name 和 IP。IP 地址為中心控制室的三臺計(jì)算機(jī)的 IP，須建立三個(gè)連接。建立 OPC Topic：在 DDE/OPC 選項(xiàng)里選擇“Topic configuration”,在左側(cè) Topic 水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)19List 里點(diǎn)擊 New 按鈕，新建 8 個(gè) Topic，分別為 PLC1PLC8。建好后選中右側(cè)的PLC，點(diǎn)擊底部按鈕 Apply 和 Done。配置好的 Rslinx 如圖 所示。打開觀察到PLC 中的數(shù)據(jù)如圖 所示。圖 Rslinx 截圖圖 Rslinx 中讀取 PLC 的標(biāo)簽值 OPC 客戶端的開發(fā)開發(fā)OPC客戶端應(yīng)用程序，提供了一種讀取其服務(wù)器中數(shù)據(jù)的方法，這樣就可以實(shí)現(xiàn)獲取該系統(tǒng)內(nèi)所有現(xiàn)場設(shè)備中的數(shù)據(jù)。本文OPC客戶端程序的設(shè)計(jì)主要是采用自動化接口訪問OPC服務(wù)器，對現(xiàn)場設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取與處理。OPC客戶端和其服務(wù)器之間的交互為：創(chuàng)建OPC 服務(wù)器對象并建立連接；添加組和項(xiàng)；讀取數(shù)據(jù)。讀取成功后，斷開與服務(wù)器的連接，再依次釋放所有的接口，刪除項(xiàng)、組以及服務(wù)器。水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)20定義 、 創(chuàng)建一個(gè)O P C S e r v e r 對象建立與 O P C S e r v e r對象的連接定義并添加 O P C G r o u p 對象并設(shè)置其相關(guān)屬性定義并添加 O P C I t e m 對象并設(shè)置其相關(guān)屬性同步讀取變化的標(biāo)簽值清除 O P C S e r v e r釋放資源斷開 O P C S e r v e r 對象的連接移除 O P C G r o u p 對象移除 I t e m 對象將標(biāo)簽值讀取到數(shù)據(jù)庫 客戶端程序的工作流程圖將水廠中運(yùn)行在凈化車間、加氯間及加氨中待檢測的數(shù)據(jù)分成兩類，即瞬時(shí)量和累計(jì)量。瞬時(shí)量包括：進(jìn)水室溫度、電導(dǎo)率、濁度等。累計(jì)量包括：原水水量、反沖洗污水流量、DAF污泥流量等。針對瞬時(shí)量，本文采取每 5分鐘讀取一次數(shù)據(jù)，并將一小時(shí)內(nèi)讀取到的12次數(shù)據(jù)作平均計(jì)算，得到該類參數(shù)每小時(shí)的平均值。針對累計(jì)量，本文采取每小時(shí)讀取一次，并將相鄰兩個(gè)小時(shí)的結(jié)果作差得到這一參數(shù)這個(gè)小時(shí)的值。針對水廠的運(yùn)行泵，采取每個(gè)月讀取一次的方法，將其結(jié)果放到數(shù)據(jù)庫中不再運(yùn)算。，OPC客戶端應(yīng)用軟件將根據(jù)表中標(biāo)簽位置獲取該參數(shù)值。其他標(biāo)簽表見附錄A。 水質(zhì)檢測標(biāo)簽表參數(shù) 標(biāo)簽 PLC 值存儲類型 更新時(shí)間A 線 [PLC1]P1_DM[4].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘進(jìn)水室溫度B 線 [PLC1]P1_DM[14].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘A 線 [PLC1]P1_DM[1].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘原水電導(dǎo)率B 線 [PLC1]P1_DM[11].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘A 線 [PLC1]P1_DM[2].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘原水 PH 值B 線 [PLC1]P1_DM[12].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘A 線 [PLC1]P1_DM[3].REP[0] 瞬時(shí)量 5 分鐘原水濁度B 線