关键词：管控一体化 OPC通讯 以太网
Information Science and Technology School of Beijing University of Chemical Technology
Abstract:This paper presents the necessity of the adoption of management-control integration,its concept,system structure and the key technologies in realization.It also illustrates the powerful function of OPC communication technology in system information integration,the ideal network platform by Ethernet in the connection between management and field control layers and the importance of configuration and monitoring software.In the end ,an example is affixed to show the design and realization of management-control integration on light hydrocarbon recycle set.
Keywords:management-control integration OPC communication Ethernet
1 引言
当今世界信息化浪潮席卷全球，随着国际市场竞争加剧，全球能源紧缺等问题的出现，采用信息、计算机、自动化等高新技术来改造传统企业已是大势所趋。在安全生产的条件下，企业必须统一传统上各自为战的控制信息孤岛，建立完善的管理网络，使各方面的资源充分调配、平衡和控制，最大限度地发挥企业竞争力，同时，必须形成市场、经营、开发和生产之间紧密的协作链，提高市场反应的敏捷性和产品转型的灵活性。所以，以优质高产、低消耗、低成本、少污染以及追求整体效益最大为原则的管控一体化系统成为企业向管理现代化、生产科学化发展，并增强市场竞争力的强有力手段。
2 管控一体化
管控一体化系统采用计算机、网络、数据库、自动控制和接口通信等诸多先进技术，以生产过程控制系统为基础，通过对企业生产管理、过程控制等信息的处理、分析、整合、存储、发布，运用现代化企业生产管理模式，建立覆盖企业生产管理与基础自动化的综合系统。将企业生产全过程的实时数据和生产管理信息有机集成并优化，实现企业信息共享和生产经营过程的整合。
管控一体化系统是一个数字化“大”系统，可以组成双向的、串行的、数字的、开放的自动控制系统，它包含了企业底层生产过程控制、产品质量控制、设备运行状态监控、能源检测与监控等大量工业现场信息，而且覆盖了企业内部生产管理全过程，实现对企业生产资源的计划、调度和控制，增加产品产量，提高产品质量，降低生产消耗和生产经营成本，提高整个企业的运营效率和市场竞争能力。
2.1 管控一体化系统的特点
1）实现控制网络、信息网络的信息集成，建立综合实时信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据；
2）建立企业统一的数据库管理功能，保证数据一致性、完整性和可操作性；
3）管理者在任何地方都可以通过标准化的、友好的、统一的图形界面浏览了解企业的各种信息；
4）能够实现对控制网络做远程监视，优化调度，也能实现控制网络的远程诊断、维护等。
2.2 系统组成
一个典型的管控一体化系统可分为三层：现场控制层、过程监控层和企业管理层。现场控制层是直接控制级，实现对过程的连续控制调节并进行过程数据采集、转换、诊断等；过程监控层用于生产过程的管理，向工艺工程师和自动化工程师提供过程管理、设计工艺流程和控制方案的人机接口；企业管理层建立在企业网基础上，用于经营、库存、财务及生产调度等企业管理，从而自下而上实现企业管控一体化。如图1 所示。
3 管控一体化中的关键技术
3.1 OPC技术
由于企业现场控制层可能采用来自不同厂商的DCS 、PLC 等控制装置，如果装置的接口规范不统一，系统通讯将会异常复杂，管控一体化也无从实现，而OPC 技术解决了现场控制、过程控制与管理层应用程序之间通讯的障碍。
OPC（OLE for Process Control）是以微软公司的COM 及DCOM 技术为基础,创建和开发出的一种应用于控制领域的开放式工业标准。它的开发目的, 正是为了在工业控制设备与应用软件之间建立统一的数据存取规范, 这个接口规范不但能够应用于单台计算机, 而且可以支持网络上各应用程序之间的通讯, 以及不同平台上应用程序之间的通讯和数据采集。
OPC 的基本思想是:每个支持OPC接口标准的硬件厂商为其设备开发一个OPC 服务器, 主要负责从硬件设备得到数据并暂存起来;支持OPC接口的应用软件作为OPC 客户通过与OPC 服务器之间的交互来读写硬件设备的信息，如图2 所示。所以通过OPC 服务器访问过程数据, 可以克服异构网络结构和接口协议之间的差异, 上层应用可以不关心底层的硬件特性以及OPC 服务器与硬件通讯细节, 就可以得到生产过程的数据。
3.2 以太网技术
在各种网络技术中，以太网技术是目前管控一体化最理想的构网选择，它能满足如下所有要求：高传输速率、高可靠性、抗干扰能力、实时传输确定性、多种传输介质适应分布式要求、可扩展性和可维护性、标准化、开放性和互操作性、大量应用和面向未来的开发。以太网在企业管理办公环境中已经普遍使用，并且提供了许多有用的服务，如电子邮件和网页浏览，以太网技术同样可作为工厂底层控制网络的信息传输主干,用以连接系统监控设备和现场高级智能设备并采用TCP/IP 协议,使得工厂的管理可以直接进入控制现场。在工业现场最为典型的应用形式是Ethernet + TCP/ IP ,基于Ethernet + TCP/ IP 的传感器、变送器可以直接成为网络的节点,其控制参数和它的状态可以直接在企业信息网络内传输和共享,从而避免了DCS 和FCS 因存在多种协议而难集成的局面。
3.3 组态监控软件
在实施管控一体化时，监控组态软件和实时数据库是软件的核心之一，监控组态软件可以和所有控制设备通讯，从中采集实时数据，并送给实时数据库数据库。同时完成生产实时监控管理，实时数据库提供实时数据管理、存储、检索工具，采用标准化的工业技术标准，如OPC、ActiveX、COM/DCOM、ODBC等，并具有开放式体系结构，很容易与其它系统互联。监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，
4 轻烃回收装置的管控一体化
四川某石化公司旗下轻烃回收装置始建于上个世纪八十年代，工艺主要是回收天然气中轻烃，即原料天然气从压缩、冷却、脱水、制冷、换冷到分馏为液化气、轻油产品的连续过程，装置包括原料气预处理，膨胀机制冷，低温分离，精馏等部分。该装置于2002年进行控制系统改造，采用Foxboro A2 DCS进行生产过程的控制，但人机界面部分采用Wonderware 的Intouch组态软件。
DCS控制提高了装置的安全性、稳定性、可靠性。但原有DCS控制状况下，控制的各项信息、装置的运行情况、所加工产品的质量、收率等信息只能在车间级掌握，然后通过手工填表等等形式进行汇总，信息传递不灵活、时间滞后大，严重影响了企业信息化进程。
项目采用infoplus软件进行系统的实时数据监控。管控网络基于以太网技术组建，由于电话线既能保证通信质量又能保证经济实用，所以现场与公司办公大楼使用电话线进行网络连接。该装置管控一体化实施的关键是从DCS装置开发信息传递接口，利用自己开发的OPC通讯计算机，将数据通过局域网，全厂范围内分配权限的用户均可随时查看装置的情况，了解生产现场的实时运行数据，掌握产品的加工情况。另外，为了使系统能连入因特网，特地用DREAMWEAVER+ASP。NET开发了网络服务器。该轻烃回收装置的管控一体化结构如图3所示。
轻烃回收装置管控一体化项目的成功实施，使经理及各级管理人员能够在自己办公室足不出户、随时查看装置的情况，了解生产现场的实时运行数据，掌握产品的加工情况，各级决策者做到了心中有数，促进了该公司的管理方式向信息化、无纸化、程序化、科学化、快速化的方向发展，更新了企业的管理理念，也提高了管理水平和管理效率。
参考文献
1 邱锦伦, 曹旻等. Visual C#.NET程序设计教程[M].北京：清华大学出版社，2006
2 王辉, 罗皇等.中文Dreamweaver8网页制作[M].北京：清华大学出版社，2006
3 梁波,方耿,刘铭等.局域网组建、管理与维护教程[M].北京：冶金工业出版社，2002
4 胡强，赵英凯.OPC技术在DCS与工厂管理网数据通讯中的应用.工业仪表与自动化装置，2002（3）：25-28
作者简介：
靳其兵，男，1971年生，1998年毕业于东北大学控制理论与控制工程专业，获博士学位，教授；研究方向为先进控制及其在工业中的应用，建模方法研究与优化、智能控制，企业信息化、管控一体化。
王岩波，男，1981年生，汉族，北京化工大学信息科学与技术学院硕士研究生，控制理论与控制工程专业，研究方向为管控一体化。
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