基于OPC的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的設計與應用論文
1 OPC技術(shù)簡介
OPC(OLE for Process Control)是由自動化領(lǐng)域中主要廠商協(xié)作制定的軟件接口標準。OPC 技術(shù)提供了不同系統(tǒng)間通信的標準接口，實現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境中控制網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的要求，已不再局限于一般的生產(chǎn)過程自動化，而是著眼于整個生產(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)域的廣泛應用，控制系統(tǒng)能夠以統(tǒng)一的方式實現(xiàn)對各種自動化設備的訪問與控制。通過建立基于 OPC 技術(shù)管控一體化的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)過程的全局進行實時監(jiān)控，完成統(tǒng)一的生產(chǎn)流程控制。
在對整個生產(chǎn)流程進行統(tǒng)一管控過程中，OPC服務器能記錄生產(chǎn)現(xiàn)場各控制設備的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警與事件信息等。通過搭建符合 OPC協(xié)議標準的客戶端，建立工業(yè)自動化應用統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸平臺，支持分布式應用和異構(gòu)環(huán)境下應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 控制應用主要關(guān)注于控制項目設備本身的需要。安全生產(chǎn)輔助相關(guān)的指揮調(diào)度系統(tǒng)屬于獨立的通信系統(tǒng)，并沒有接入到統(tǒng)一的 OPC 管控平臺中，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)場形成自動化的信息孤島，因此啟動安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)所需的控制指令需要進行人工觸發(fā)，約束了自動化生產(chǎn)領(lǐng)域安全生產(chǎn)保障的進一步深化拓展和應用。
為了將工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動控制技術(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)場的自動化信息孤島問題，減少人為干預自動生產(chǎn)控制流程現(xiàn)象，保證安全生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)能準確實時響應工業(yè)生產(chǎn)的自動控制流程指令，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)服務器、音頻矩陣切換器、音頻接口卡、調(diào)度系統(tǒng)交換機及調(diào)度通信終端、功放及揚聲器設備。
控制系統(tǒng)服務器作為客戶端通過 OPC 通信方式與 OPC 控制服務器進行數(shù)據(jù)交換，實時獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的控制流程及設備狀態(tài)等信息指令，根據(jù)生產(chǎn)實際進行安全生產(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管控平臺中，消除了自動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)交換機的協(xié)議交互等操作組合來實現(xiàn)，具體控制方法如下。
1)基于 OPC 通信模式的標準接口，利用異步讀寫的方式通過軟件程序設計，建立控制系統(tǒng)服務器與 OPC 控制服務器的 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)服務器實時獲取 OPC 控制服務器上生產(chǎn)現(xiàn)場控制指令及設備狀態(tài)等信息。
3)按照生產(chǎn)實際所制定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，控制系統(tǒng)服務器將所獲取的控制指令及設備狀態(tài)信息進行相應的協(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聲器設備，進行自動的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度。
3 系統(tǒng)的優(yōu)勢特點
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，消除自動控制的信息孤島問題。
改進了安全生產(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)具有動態(tài)鏈接多個廠商OPC 控制服務器的能力，根據(jù)實際動態(tài)配置生產(chǎn)控制流程，通過異步讀寫機制，完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的處理與交互。
4 系統(tǒng)應用流程
4.1 自動指揮調(diào)度
根據(jù)實際的工業(yè)生產(chǎn)流程，確定OPC 控制服務器與控制系統(tǒng)服務器的通信協(xié)議格式，二者在通信協(xié)議的基礎上，基于 OPC 的通信方式進行數(shù)據(jù)的交互處理。
控制系統(tǒng)服務器獲取 OPC 服務器的`流程控制指令后，通過軟件對音頻接口卡、音頻矩陣切換器進行控制操作，按照現(xiàn)場生產(chǎn)的業(yè)務處理邏輯，自動完成安全生產(chǎn)指揮調(diào)度。
4.2 人工觸發(fā)指揮調(diào)度
控制系統(tǒng)服務器在與 OPC 控制服務器建立連接并實時進行數(shù)據(jù)交互的同時，與調(diào)度系統(tǒng)交換機通過以太網(wǎng)通信的方式建立連接，實時監(jiān)控、解析并處理調(diào)度系統(tǒng)交換機的通信數(shù)據(jù)。按照圖 3 所示的流程，根據(jù)實際的生產(chǎn)業(yè)務邏輯，在調(diào)度通信終端進行通話呼叫的過程中，控制系統(tǒng)服務器通過控制音頻矩陣切換器，建立調(diào)度系統(tǒng)交換機到功放的語音數(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、控制對象、控制范圍、控制特點進行分界，劃分為若干個子系統(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，控制設備繁雜，各種接口協(xié)議不統(tǒng)一，給各個子系統(tǒng)的接口集成互聯(lián)帶來很多的困難。通過上述技術(shù)方案及應用場景的分析，可以在 OPC 技術(shù)規(guī)范的基礎上，構(gòu)建平臺化的接口框架，實現(xiàn)相關(guān)子系統(tǒng)的無縫接入。
通過建立統(tǒng)一的接口平臺框架，基于 OPC 技術(shù)將不同層次的信息共享，從而實現(xiàn)面向應用的信息集成，在鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的運營中，能夠?qū)崿F(xiàn)基于事件的自動化安全生產(chǎn)調(diào)度指揮，從而使鐵路調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)達到高效率、高安全性和高服務品質(zhì)的智能化。
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