CN1798141A - 符合opc标准的远程组态监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种符合OPC标准的远程组态监控系统，包括现场工作站和远程服务中心，现场工作站通过OPC数据采集及网络数据发布程序运行符合OPC标准的OPC数据采集模块和符合TCP/IP协议标准的网络数据发布模块，通过OPC接口与现场控制中心相连；远程服务中心通过网络通信终端程序、远程OPC服务程序运行符合TCP/IP协议标准的网络通信终端模块、符合OPC标准的远程OPC服务器模块和支持OPC接口的远程监控模块；其中网络通信终端模块接收网络数据发布模块发布的现场数据，同时将数据发布到符合OPC标准的远程OPC服务器模块中，提供给远程监控模块。本发明通过Internet网络实现运程数据采集、传输、监控和诊断分析，用于工业自动化远程监控领域。

Description

符合OPC标准的远程组态监控系统

技术领域

本发明涉及工业自动化控制和远程监控领域。具体地说是一种符合OPC(ObjectLinking and Embedding for Process Control)标准的远程组态监控系统。该系统通过Internet网络通讯的手段，与异地网络上的计算机实现远程联接，实现了标准OPC数据接口的远程转移，同时应用组态软件技术来完成设备的远程监测、监控，为最终设备的预诊断和维护及故障排除奠定了基础。

背景技术

现有技术在远程监控中，对于大型旋转机械设备国外早已有了各种远程监控和故障诊断系统，而我国在这方面才刚刚起步。如沈阳有些大型企业中燃气轮机对于系统运行保障要求较高，尤其是对于重大系统故障的解决需要有专门人员提供技术保障，这对于系统的运营维护显然不利，需要支付一大笔维护费用，对于用户而言则因等待系统恢复而大大减少了系统满负荷运转的时间，不能充分发挥系统的工作效能，影响了生产。其次，由于地域因素，也给系统的升级和维护带来不便，用户不能在第一时间内获得最佳的售后服务。

为了进一步提高燃气轮机等大型设备系统运行的安全性、可靠性，以及最大限度发挥系统的运行效能，就迫切需要开发一套能对现有系统进行实时监控的远程监控系统，能在异地最大程度的反映现有系统的运行状态，实时取得系统的运行参数数据，进而为及时保障系统的高效运行提供了必要的数据基础。在Internet遍布全球，各种先进网络技术日新月异的今天，使用网络技术实现远程监控自然成为首选。这样通过远程监控系统平台便可以在全球范围内为用户及时提供系统的升级改造和技术保障服务，为设备的远程故障诊断和维护提供必要的科学分析依据。远程监控系统可以提高企业的劳动生产率，加强企业竞争力；可以对各监控对象进行全天候，全方位监控，及时发现和提前预测设备故障问题，保证企业生产的安全高效；使用远程监控技术还可以获得监控现场数据，这对于建立预测诊断的专家系统有着重要的意义，这样的系统目前还尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种符合OPC标准的远程组态监控系统。该系统通过Internet网络通讯的手段，与异地网络上的计算机实现远程联接，实现了标准OPC数据接口的远程转移，同时应用组态软件技术来完成设备的远程监测、监控，为最终设备的预诊断和维护及故障排除奠定了基础。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括现场控制中心，运行现场主控系统和现场OPC数据服务器，对上层监控系统提供现场数据的OPC接口；还包括现场工作站和远程服务中心，其中：

-现场工作站，包括OPC数据采集模块和网络数据发布模块，通过OPC数据采集及网络数据发布程序运行符合OPC标准的OPC数据采集模块和符合TCP/IP协议标准的网络数据发布模块，通过OPC接口与现场控制中心相连，完成现场信号的采集、转换，同时通过Internet网络发布数据，并对现场控制对象实施控制；

-远程服务中心，包括网络通信终端模块、远程OPC服务器模块和远程监控模块，通过网络通信终端程序、远程OPC服务程序运行符合TCP/IP协议标准的网络通信终端模块、符合OPC标准的远程OPC服务器模块和支持OPC接口的远程监控模块；网络通信终端模块度收网络数据发布模块发布的现场数据，同时将数据发布到符合OPC标准的远程OPC服务器模块中；再通过远程监控模块经OPC接口与远程OPC服务器模块通信，再现监控现场，实现监控要求；

所述OPC数据采集程序具体流程为：首先初始化计算机COM对象，然后收索OPC服务器ID，连接目标OPC服务器，再创建OPC通信通道，读添加OPC数据项，并将数据存入发送缓冲区，在没有断开请求的情况下返回读添加OPC数据项，如此反复循环；如果有断开请求，则断开OPC连接，结束程序；当创建初使化COM对象或收索OPC服务器ID失败时都作异常处理，并结束程序；

所述网络数据发布程序具体流程为：首先初使化Socket对象，然后创建一个Socket服务器套接字，并与本地端口绑定，实时监听远程客户的连接请求；接收远程客户的请求成功时，根据接收客户的命令和发送由OPC数据采集程序采集而存入发送缓冲区的数据；在没有断开请求情况下，继续接收命令和发送缓冲区数据，如此反复循环，否则就关闭该Socket套接字，结束程序；在初使化Socket对象或接收远程客户连接都有失败时，进行异常处理，并结束程序；

所述网络通信终端程序具体流程为：首先初使化Socket对象，然后创建一个Socket客户端套接字，并与网络数据发布模块建立连接，如果连接成功，则向网络数据发布模块发送命令和接收数据入缓冲区，在没有断开请求情况下，返回到发送命令和接收数据入缓冲区，如此反复循环以获得现场工作站的数据；如果有断开请求，则关闭该Socket套接字，结束程序；如果在初使化Socket对象或连接网络数据发布模块都有失败时，进行异常处理，并结束程序；

所述远程OPC服务程序具体流程为：首先初使化COM对象，按照OPC规范创建OPC地址空间，同时建立OPC数据刷新列表，然后读取网络通信终端模块存入缓冲区的数据，并定时刷新OPC数据列表；在没有断开请求时返回到读取网络通信终端模块存入缓冲区的数据，并如此反复，否则关闭OPC服务器，结束程序；在初使化COM对象失败时作异常处理并结束程序；

所述OPC数据采集模块和网络数据发布模块与网络通信终端模块、远程OPC服务器模块之间I/O参数对应关系为，先将经OPC数据采集模块在现场采集的数据定义OPC数据变量列表，并作对应网络数据发布模块的存储；网络通信终端模块通过Internet网络获得网络数据发布模块发布的数据，再根据OPC数据变量列表转换到远程OPC服务器模块并作对应存储。

本发明解决了以下几项关键技术：

1)本发明解决了如何将现场离散的信号数据通过OPC汇总的问题，且可以通过Internet网络实现数据的远程传输，从而在远程服务中心可以透明访问现场各个数据节点。

2)本发明提供了符合工业国际标准的OPC数据接口，使得不同厂家的设备和软件可以相互通信。

3)本发明提供了一种新的组态监控思路，为解决设备的远程故障诊断和维护奠定了基础。

4)本发明实现了和目前工业上流行的PROFIBUS总线和FF现场总线的无缝集成。

本发明是用来完成工业自动化领域中现场数据采集、控制、远程传输、诊断和分析的远程监控系统，其核心技术是OPC技术、计算机网络技术和组态软件技术。通过国际OPC规范和TCP/IP协议标准为基础，结合组态技术，实现了一套适用于工业现场远程监控的拥有自主产权的开放式的远程监控系统。它具有如下优点：

1)可应用性

本远程监控系统可以应用于石化、冶金、采矿、电力等工控行业的自动化领域，特别是大型机械设备的远程监控和诊断维护领域。

2)无地域性

本发明应用的计算机Internet网络技术。通过Internet网络技术，使得远程监控摆脱了地域的限制。

3)开放性

本发明应用的OPC技术赋予了本系统强大的生命力。OPC是符合国际标准的通用数据接口，有了OPC接口就可以实现不同厂家软硬件产品的数据通信，实现了和目前的工控产品的无缝集成，极大的扩展了系统的开放性。

4)安全性

本发明采用的Internet网络TCP/IP技术保证了数据通信的正确性，通过用户安全登陆验证保证了对现场数据访问的合法性。

由于本发明有以上特点，特别是OPC技术和Internet网络技术的融合使用，使本发明系统从安装到正常运行及其维护，都体现出优越性。如：

1)便于升级维护，节省维护开销

由于系统采用了OPC技术，从现场数据的获得以数据链表的形式提供给用户，通过自定义转换表实现数据的远程传输。如果监控节点变化，只要调整变化的节点即可。

2)有利于设备的维护

由于本发明采用了C/S(客户/服务器)的多对一通信模式，使得不同服务中心针对设备的监测部位不同有利于发挥自己的技术专长。便于早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间；减少了维护工作量。

3)简易的可操作性

本发明通过OPC接口提供了用户简单的操作模式，程序自动寻找OPC服务器及其相应的数据节点，用户通过手工即可完成数据节点的添加和配置工作。

4)断线自动重连功能

由于本发明采用的是Internet网络技术，当出现网络故障或通信中断的时候，系统能够自动建立连接，无需用户处理。

5)易于管理、监控和诊断分析

采用本发明在远程服务中心建立的远程监控系统有利于用户管理和监控现场的工作状态，为故障分析提供了数据和理论基础，而且有利于专业技术的集中。

6)为C/S分布式网络体系结构

本系统是一个C/S(客户/服务器)结构的远程监控系统，一个现场工作站可以为多个远程服务中心提供服务，即本系统允许多个远程服务中心连接现场工作站，各个服务中心可以根据自己的技术专长针对性的选择监控数据点进行监控诊断。

附图说明

图1是系统网络模块图结构图。

图2是OPC数据采集模块和网络数据发布模块结构图。

图3是网络通信终端模块和远程OPC服务器模块结构图。

图4是系统参数对应表。

图5是OPC数据采集程序流程图。

图6是网络数据发布程序流程图。

图7网络通信终端程序流程图。

图8远程OPC服务程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明思想是通过符合工业标准的OPC技术和Internet网络技术实现OPC数据接口的远程转移，即把现场的OPC接口转移到远程服务中心。整个系统可以同支持OPC接口的分布式FF现场总线集成，也可以同德国西门子的PROFIBUS总线集成，在不影响原现场监控的条件下实现现场设备的远程监控。具体如下：

如图1所示，包括现场控制中心，运行现场主控系统和现场OPC数据服务器，对上层监控系统提供现场数据的OPC接口；还包括现场工作站和远程服务中心，其中：在现场控制中心，现场OPC数据服务器并不影响现场主控系统的本地监控。现场OPC数据服务器是由市购产品直接配置实现，用以提供标准的OPC接口。而且由于OPC接口的标准规范性，一般的硬件厂商均提供OPC数据接口，如西门子的PROFIBUS总线OPC服务器，NI公司的FF现场总线OPC服务器等，因此在现场的控制系统只要提供了可供读写的OPC数据接口就可以通过OPC方式和现场数据节点通讯

现场工作站，现场工作站则通过OPC数据采集模块读出数据，数据读出后通过网络数据发布模块在Internet网络上发布数据，因此需要这台计算机拥有一个外网IP地址，以供远程服务中心连接。它包括OPC数据采集模块和网络数据发布模块，通过OPC数据采集及网络数据发布程序运行符合OPC标准的OPC数据采集模块和符合TCP/IP协议标准的网络数据发布模块。通过OPC接口与现场控制中心相连，完成现场信号的采集、转换，同时通过Internet网络(本实施例采用SOCKET)发布数据，并对现场控制对象实施控制；其中所述OPC数据采集模块作为符合国际标准OPC规范的客户端，连接现场OPC服务器，完成现场I/O数据的读写操作)；所述网络数据发布模块采用VC++6.0自主开发，它符合TCP/IP协议标准的SOCKET网络编程接口，创建了一个网络数据发布服务器，把采集的现场数据通过参数对应表转换后在Internet上发布，专门为远程服务中心提供网络数据。

在远程服务中心，要求该系统能够登陆Internet，从而建立与现场工作站的连接，并通过网络通信终端模块实现与现场工作站的数据通信功能，同时将接收到的数据整合成远程OPC服务器模块，对用户提供标准的OPC数据接口。远程服务中心包括网络通信终端模块、远程OPC服务器模块和远程监控模块，通过网络通信终端程序、远程OPC服务程序运行符合TCP/IP协议际准的网络通信终端模块、符合OPC标准的远程OPC服务器模块和支持OPC接口的远程监控模块；网络通信终端模块接收网络数据发布模块发布的现场数据，同时将数据发布到符合OPC标准的远程OPC服务器模块中；再通过远程监控模块(即：一个组态软件)，经OPC接口与远程OPC服务器模块通信，再现监控现场，实现生产现场的监控画面和其他监控诊断功能。

由于网络服务的特性，可以采用多个远程服务中心访问生产现场，如远程服务中心A和B，这对于大型旋转设备的不同监控点所产生的复杂的监控数据的提取，为不同的专业技术人员专门解决和诊断分新提供了很大的便利性，有利于各个远程服务中心专门针对自己的技术专业特长去监控所需参数。

如图2所示，OPC数据采集模块是一个OPC客户端程序。它通过OPC自定义的C++接口连接现场OPC数据服务器，连接成功后通过填加OPC数据组和OPC数据项的OPC规范读出现场实际的节点数据，这些数据在内存中与网络数据发布模块共享。网络数据发布模块是根据SOCKET网络标准接口编写的一个网络数据发布程序，通过网络接口实现与远程服务中心的网络连接和数据的收发通信。

本实施例采用的SOCKET是以U.C.Berkeley大学BSD UNIX中流行的SOCKET接口为范例定义的一套Microsoft Windows下的网络编程接口，它不仅包含了人们所熟悉的Berkeley Socket风格的库函数；也包含了一组针对Windows的扩展库函数。这样使得程序员能充分地利用Windows消息驱动机制进行编程，对于实现C/S(客户/服务器)结构的网络编程提供了一套简单可靠的机制。

如图3所示，网络通信终端模块在远程服务中心，通过网络通信终端程序连接现场工作站，从而实现一个Internet网络通信链路。接收到的数据则通过OPC规范实现一个新的远程OPC服务器模块，形成一个标准的OPC数据接口，为远程监控模块提供数据源。

远程监控模块采用市购组态软件如WinCC，或组态王，实现了现场实时数据的显示、曲线显示、远程控制、历史数据存储、报表的打印和历史数据和曲线的分析，达到了用户监控的要求。本系统亦可以选择任何支持OPC接口的其他组态软件，扩展了系统的灵活性。

如图5所示，所述OPC数据采集程序具体流程为：首先初始化计算机COM对象，然后收索OPC服务器ID，连接目标OPC服务器，再创建OPC通信通道，读添加OPC数据项，并将数据存入发送缓冲区，在没有断开请求的情况下返回读添加OPC数据项，如此反复循环；如果有断开请求，则断开OPC连接，结束程序；当创建初使化COM对象或收索OPC服务器ID失败时都作异常处理，并结束程序。

如图6所示，网络数据发布程序具体流程为：首先初使化Socket对象，然后创建一个Socket服务器套接字，并与本地端口绑定，实时监听远程客户的连接请求；接收远程客户的请求成功时，根据接收客户的命令和发送由OPC数据采集程序采集而存入发送缓冲区的数据；在没有断开请求情况下，继续接收命令和发送缓冲区数据，如此反复循环，否则就关闭该Socket套接字，结束程序；在初使化Socket对象或接收远程客户连接都有失败时，进行异常处理，并结束程序。

如图7所示，所述网络通信终端程序具体流程为：首先初使化Socket对象，然后创建一个Socket客户端套接字，并与网络数据发布模块建立连接，如果连接成功，则向网络数据发布模块发送命令和接收数据入缓冲区，在没有断开请求情况下，返回到发送命令和接收数据入缓冲区，如此反复循环以获得现场工作站的数据；如果有断开请求，则关闭该Socket套接字，结束程序；如果在初使化Socket对象或连接网络数据发布模块都有失败时，进行异常处理，并结束程序。

如图8所示，所述远程OPC服务程序具体流程为：首先初使化COM对象，按照OPC规范创建OPC地址空间，同时建立OPC数据刷新列表，然后读取网络通信终端模块存入缓冲区的数据，并定时刷新OPC数据列表；在没有断开请求时返回到读取网络通信终端模块存入缓冲区的数据，并如此反复，否则关闭OPC服务器，结束程序；在初使化COM对象失败时作异常处理并结束程序。

如图4所示，所述OPC数据采集模块和网络数据发布模块与网络通信终端模块、远程OPC服务器模块之间I/O参数(I/O Corresponding Parameters)对应关系为，(由于I/O个数在不同的监控系统中是变化的，为实现标准的变量个数接口)先将经OPC数据采集模块在现场采集的数据定义OPC数据变量列表，并作对应网络数据发布模块的存储(根据果集的I/O个数调整OPC数据变量列表)；网络通信终端模块通过Internet网络获得网络数据发布模块发布的数据，再根据OPC数据变量列表转换到远程OPC服务器模块并作对应存储。

Internet网络的普及和网络带宽的不断提高为远程数据传输提供了良好的通道。特别是现在宽带网络的普及，用户只要通过一个Modem即调制解调器，通过电话网络就能遨游Internet了，而且具有价格便宜、性能稳定和带宽可调的优点。目前，普及的带宽有512Kb/S、1MKb/S、2MKb/S甚至更高，通过本系统的数据量测定选择1MKb/S的带宽足可以满足400个点的数据量在Internet上的传输，完全满足了用户远程监控的要求。为了满足用户对现场数据节点的原型变量名称的了解，提高系统数据接口的透明性，在OPC数据采集模块和网络数据发布模块中通过参数对应表加以传输，这样，远程服务中心看到的就是现场的原数据项名称，有利于技术人员的配置和处理。考虑到现场的数据节点会因不同设备的监测参数个数不同，或同一设备增减监测参数点的变化而变化，为了能实现一个标准的变量接口而不用大量的去修改源程序，采用了如图4的变量转换方式。当采集的现场数据节点个数变化时，调整一个公用的变量列表A0，A1……与之相对应，这样与现场相同个数的数据变量就可以传输到远程服务中心，形成与现场对应的远程OPC服务器模块数据源，为远程监控模块提供了标准的OPC接口，实现了现场OPC数据接口的远程转移。

用户在应用本系统时，只要通过静态IP登陆现场工作站，通过安全用户验证就可以建立双方的Internet网络通信链路，实现数据的远程传输和远程监控维护功能，使用起来简单可靠，满足了对现场设备状态的远程监控要求。

目前OPC接口在工业上的应用越来越广泛，符合OPC标准的软硬件产品相继问世，在工业上应用广泛的DCS系统，FCS系统等都提供了OPC数据接口，本系统通过OPC接口实现了与现有工控系统的无缝集成，具有下列功能：

1)OPC数据采集模块符合OPC标准规范1.0和2.0，具有数据的读写功能。

2)网络通信模块符合TCP/IP协议，通过Socket接口具有远程通信功能。

3)远程OPC服务器模块的建立符合OPC2.0规范，提供标准OPC接口。

4)组态软件支持OPC接口，具有现场画面组态，历史数据存储，实时和历史曲线诊断分析，报表打印等功能。

5)网络链路的建立通过静态IP方式。

6)多对一的连接方式，即多个远程服务中心可以连接一个现场工作站。

7)安全登陆功能，保证用户合法的前提下进行通信。

8)符合C/S(客户/服务器)结构的网络模型。

9)OPC节点自动对应配置功能，能同系统参数对应表建立对应关系。

Claims (6)

1.一种符合OPC标准的远程组态监控系统，包括现场控制中心，运行现场主控系统和现场OPC数据服务器，对上层监控系统提供现场数据的OPC接口；其特征在于：还包括现场工作站和远程服务中心，其中：

-现场工作站，包括OPC数据采集模块和网络数据发布模块，通过OPC数据采集及网络数据发布程序运行符合OPC标准的OPC数据采集模块和符合TCP/IP协议标准的网络数据发布模块，通过OPC接口与现场控制中心相连，完成现场信号的采集、转换，同时通过Internet网络发布数据，并对现场控制对象实施控制；

-远程服务中心，包括网络通信终端模块、远程OPC服务器模块和远程监控模块，通过网络通信终端程序、远程OPC服务程序运行符合TCP/IP协议标准的网络通信终端模块、符合OPC标准的远程OPC服务器模块和支持OPC接口的远程监控模块；网络通信终端模块接收网络数据发布模块发布的现场数据，同时将数据发布到符合OPC标准的远程OPC服务器模块中；再通过远程监控模块经OPC接口与远程OPC服务器模块通信，再现监控现场，实现监控要求。

2.按照权利要求1所述符合OPC标准的远程组态监控系统，其特征在于：所述OPC数据采集程序具体流程为：首先初始化计算机COM对象，然后收索OPC服务器ID，连接目标OPC服务器，再创建OPC通信通道，读添加OPC数据项，并将数据存入发送缓冲区，在没有断开请求的情况下返回读添加OPC数据项，如此反复循环；如果有断开请求，则断开OPC连接，结束程序；当创建初使化COM对象或收索OPC服务器ID失败时都作异常处理，并结束程序。

3.按照权利要求1所述符合OPC标准的远程组态监控系统，其特征在于：所述网络数据发布程序具体流程为：首先初使化Socket对象，然后创建一个Socket服务器套接字，并与本地端口绑定，实时监听远程客户的连接请求；接收远程客户的请求成功时，根据接收客户的命令和发送由OPC数据采集程序采集而存入发送缓冲区的数据；在没有断开请求情况下，继续接收命令和发送缓冲区数据，如此反复循环，否则就关闭该Socket套接字，结束程序；在初使化Socket对象或接收远程客户连接都有失败时，进行异常处理，并结束程序。

4.按照权利要求1所述符合OPC标准的远程组态监控系统，其特征在于：所述网络通信终端程序具体流程为：首先初使化Socket对象，然后创建一个Socket客户端套接字，并与网络数据发布模块建立连接，如果连接成功，则向网络数据发布模块发送命令和接收数据入缓冲区，在没有断开请求情况下，返回到发送命令和接收数据入缓冲区，如此反复循环以获得现场工作站的数据；如果有断开请求，则关闭该Socket套接字，结束程序；如果在初使化Socket对象或连接网络数据发布模块都有失败时，进行异常处理，并结束程序。

5.按照权利要求1所述符合OPC标准的远程组态监控系统，其特征在于：所述远程OPC服务程序具体流程为：首先初使化COM对象，按照OPC规范创建OPC地址空间，同时建立OPC数据刷新列表，然后读取网络通信终端模块存入缓冲区的数据，并定时刷新OPC数据列表；在没有断开请求时返回到读取网络通信终端模块存入缓冲区的数据，并如此反复，否则关闭OPC服务器，结束程序；在初使化COM对象失败时作异常处理并结束程序。

6.按照权利要求1所述符合OPC标准的远程组态监控系统，其特征在于：所述OPC数据采集模块和网络数据发布模块与网络通信终端模块、远程OPC服务器模块之间I/O参数对应关系为，先将经OPC数据采集模块在现场采集的数据定义OPC数据变量列表，并作对应网络数据发布模块的存储；网络通信终端模块通过Internet网络获得网络数据发布模块发布的数据，再根据OPC数据变量列表转换到远程OPC服务器模块并作对应存储。

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