0　引言 　　過程控制中的對象鏈接和嵌入技術［OLE（Object Linking andEmbedding，OLE）for Process Control，OPC］是一種先進的過程控制技術，擁有強大的過程控制能力，可實現(xiàn)集成自整定、優(yōu)化變電站控制等多種先進控制算法，且具有靈活的產(chǎn)品組態(tài)。采用OPC技術可使整個變電站自動控制系統(tǒng)完全基于現(xiàn)場總線技術，全面支持ProfibusDP、兼容基金會現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus，F(xiàn)F）和CAN（Control Area Network）總線，可以靈活的接入變電站現(xiàn)場的各種儀表、傳感器和執(zhí)行機構，并可為變電站設備提供預知性維護信息[1]。OPC系統(tǒng)基于Internet技術，使用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽整個變電站現(xiàn)場的情況，進行遠程設備維護和專家會診[2]。由于OPC系統(tǒng)基于開放的微軟和英特爾軟硬件平臺，具有高可靠性，所以可充分滿足電力行業(yè)不同電壓等級變電站自動化的需求。 　　采用OPC技術開發(fā)的變電站自動控制系統(tǒng)可提供多種開放性標準連接，用戶可以將變電站控制信息輕松集成在電力企業(yè)內(nèi)部各種應用系統(tǒng)和應用程序中，易于連接電力企業(yè)資源規(guī)劃（Enterprise Resources Planning，ERP）及管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS），易于實現(xiàn)電力企業(yè)管理控制一體化和集成設備管理系統(tǒng)（Device Management System，DMS），使處于電力市場環(huán)境下的整個電力企業(yè)各種信息系統(tǒng)完全整合，以滿足更多的決策需求，避免出現(xiàn)自動化孤島現(xiàn)象。信息系統(tǒng)的高度集成有利于電力企業(yè)在競爭日益激烈的電力市場環(huán)境中迅速作出決策，適應電力市場需求，快速調(diào)整電力商品供求關系，從而為企業(yè)帶來更大的效益。 1　現(xiàn)場總線 　　近幾年，隨著計算機技術、通信技術、信息技術、集成電路技術以及智能傳感技術的發(fā)展而出現(xiàn)的現(xiàn)場總線技術，給電力工業(yè)控制領域帶來了一場深刻的革命。現(xiàn)場總線代表了一種具有突破意義的控制思想，改變了原有的控制體系結構，能夠真正做到危險分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化?，F(xiàn)場總線技術具有以下特點： 　　（1）采用現(xiàn)場總線的智能儀表可以提供更多的信息，從而可以使供電企業(yè)能夠?qū)υO備進行預知性檢修和更換。由于采用全數(shù)字化的串行通信，能夠做到功能完全分散，從而使變電站自動化系統(tǒng)的復雜性和成本大大降低。 　?。?）變電站內(nèi)的各種儀表可通過現(xiàn)場總線與集控操作站連接，使控制器和I／O子系統(tǒng)大大減少。部分現(xiàn)場儀表也可以執(zhí)行控制和計算，從而減少了電纜數(shù)量及其帶來的施工和布線負擔，降低了整個變電站建設項目成本，也減輕了調(diào)度主站系統(tǒng)信息處理的負擔。 　?。?）變電站一般都具有很強的干擾源，由于采用全數(shù)字化的現(xiàn)場總線技術，具有很好的抗干擾性，使信號的衰減可以忽略，因此整個變電站自動化系統(tǒng)魯棒性更強。全數(shù)字化的通信采用多種糾錯機制，可以保證變電站自動化系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度通信的可靠傳輸。 　?。?）開放性的國際標準，使用戶可以靈活選擇不同廠家提供的智能儀表和控制設備，從而擴大了可監(jiān)控對象的范圍和領域，增加了系統(tǒng)的互操作性和互換性[3]。 　?。?）廣泛支持當今流行的現(xiàn)場總線標準，使用戶的以往投資和長遠利益得到有效保護。 　　（6）儀表和設備管理系統(tǒng)可集成在系統(tǒng)中，可幫助電力企業(yè)減少停電時間?；诂F(xiàn)場總線的儀表和設備還可以提供多種預知性維護信息。 2　FCS控制系統(tǒng) 　　在自動控制領域里，一般把20世紀70～90年代稱為分布控制系統(tǒng)（Distribution Control System，DCS）時代，到2000年自動控制技術開始進入一個嶄新的發(fā)展階段，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）時代。自動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程以往的控制系統(tǒng)不是專為現(xiàn)場總線的智能變送器而設計的，因此沒有意識到變電站各種儀表本身所能提供的多種信息。 3　開放的標準OPC 　　OPC技術采用微軟面向工業(yè)過程控制的對象鏈接和嵌入方法，確保變電站自動控制系統(tǒng)輕松集成各種現(xiàn)場設備，而不會有任何驅(qū)動程序上的困擾。OPC功能確保最大限度的集成變電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而為供電企業(yè)ERP提供更多的數(shù)據(jù)和信息，以支持企業(yè)的決策和管理。這種高度的數(shù)據(jù)共享，避免了以往自動控制系統(tǒng)容易出現(xiàn)的自動化孤島現(xiàn)象。 　　快速高效的服務器每秒可以交換幾千個以上的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在擁有數(shù)據(jù)共享靈活性的前提下保持了系統(tǒng)的高性能。OPC服務器可以為電力企業(yè)內(nèi)部的各種信息系統(tǒng)訪問變電站自動控制系統(tǒng)中的各種實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)提供環(huán)境，甚至可以在辦公軟件Word或Excel中引用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這使報告或報表的數(shù)據(jù)能更真實的反映電力生產(chǎn)實際；OPC客戶端可將各種提供OPC驅(qū)動程序的設備集成在系統(tǒng)中，任何支持OPC的設備和軟件都將成為系統(tǒng)的一個部分。采用OPC技術，也為客戶提供了更多的硬件選擇，使系統(tǒng)集成更加方便[4]。 4　支持Internet功能 　　把Internet技術和變電站自動控制系統(tǒng)連接起來，使自動化專業(yè)工程師可以實時的了解電力生產(chǎn)現(xiàn)場每分每秒正在發(fā)生的情況。OPC完全基于TCP/IP協(xié)議，可以接入Internet/Intranet/Extranet，用戶既可以在中心站遠程操作和瀏覽現(xiàn)場的生產(chǎn)情況，也可以在任何地方對全供電公司的各個變電站進行管理，并可以做到： 　　（1）隨時隨地的了解現(xiàn)場信息。OPC提供的實時數(shù)據(jù)和歷史趨勢將會幫助供電公司解決經(jīng)營管理問題并做出各種合理的經(jīng)營決策。 　?。?）通過合作與共享信息，減少所需資源，使電力企業(yè)的各種相關管理人員可以獲得更多的信息。儀表維護工程師可以通過提供的預知性維修信息減少在電力企業(yè)大修期間需要拆裝的儀表數(shù)量，從而減少停電時間，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。 　　（3）供電公司內(nèi)部所有與企業(yè)相關的管理人員都可以通過辦公室的網(wǎng)絡了解到各自需要的信息，而不必像以往那樣再讓所有人員親臨現(xiàn)場。 　　（4）如果偏遠變電站重要的生產(chǎn)設備出了故障，設備的供應商可以通過遠程診斷，提供及時和專業(yè)的指導，幫助用戶盡快消除故障問題，恢復生產(chǎn)，減少不必要的損失。 　?。?）所有人員只需使用瀏覽器軟件，無須專門軟件和培訓。 [b]5　管理控制一體化 [/b]　　現(xiàn)在，信息正日益成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、最大限度地提高生產(chǎn)效率的關鍵所在。采用新一代變電站自動化系統(tǒng)，可以連接供電企業(yè)的ERP系統(tǒng)。企業(yè)的各個部門可以掌握更多的生產(chǎn)信息，從而為最終用戶提供更好的服務。財務部門能夠迅速直接了解本公司的售電量，以及銀行電費到位的情況。在電力市場環(huán)境下，供電企業(yè)實現(xiàn)管理控制一體化尤為重要，它可以幫助企業(yè)在競爭中贏得主動，搶占先機。 6　OPC體系結構 　　OPC體系結構見圖4，它具有以下特點： 　?。?）實時性?？刂破鰿PU采用Pentium級芯片，基于ONX嵌入式實時操作系統(tǒng)，保證控制精確、實時、高效。 　?。?）可靠性。采用多種冗余結構（網(wǎng)絡、控制器、電源模件、I/O模件）系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。 　?。?）先進性。靈活的客戶/服務器架構，適合大規(guī)模系統(tǒng)的I/O、報警、報表、趨勢分析，Time服務器可分布式設置，既保證數(shù)據(jù)的一致性，又可使負荷均擔。OPC還具有功能豐富的HMI人機界面，靈活強勁的控制軟件，支持離線仿真和在線下裝。 　?。?）經(jīng)濟性?，F(xiàn)場總線的系統(tǒng)設計，有效節(jié)約整體項目投資，降低運行維護成本。TCP/IP技術使網(wǎng)絡構成簡單且可使用Internet進行遠程瀏覽和訪問。 　?。?）易用性。智能設備管理，故障診斷，精度校正，帶電插拔，豐富的人機界面和整個系統(tǒng)的人性化設計。 　?。?）延續(xù)性。操作站采用通用軟/硬件平臺，可跟隨信息技術的不斷提高而同步升級。 　　6.1　網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 　　新一代變電站自動化系統(tǒng)應采用Windows NT作為自己的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，采用用戶所熟悉的平臺，易于用戶使用并與其他軟件集成，從而減少用戶的學習培訓時間、增加系統(tǒng)的開放性和靈活性。應符合標準的客戶/服務器（Client/Server）架構，這種架構代表了DCS的發(fā)展趨勢。 　　6.2　分布式數(shù)據(jù)庫 　　在一個大規(guī)模系統(tǒng)中，用戶可分布處理大量數(shù)據(jù)以減輕單機負荷。OPC服務器的功能可分為5個任務：①I/O服務器；②監(jiān)視和報警服務器；③報表服務器；④歷史趨勢服務器；⑤Time服務器。 　　6.3　全面冗余 　　服務器軟件采用動態(tài)容錯技術，雙服務器各自獨立運行應用軟件，通過可靠的手段保持雙機的同步和數(shù)據(jù)互備。主要包括：①網(wǎng)絡冗余；②控制器冗余；③I/O冗余；④I/O Server冗余；⑤操作站冗余。 　　6.4　控制站系統(tǒng) 　　實時多任務嵌入式操作系統(tǒng)可運行于Intelx86、Pentium、Power PC等多種硬件平臺上，遵循POSIX1003標準設計，是多任務、多用戶、分布式、實時的嵌入式操作系統(tǒng)，真正多進程并行運算，支持多處理機，可定制系統(tǒng)內(nèi)核，內(nèi)核小而精（最小可到幾十KB），管理內(nèi)存空間大。支持TCP/IP協(xié)議、支持Internet遠程訪問與調(diào)試，I/O現(xiàn)場控制站主控單元采用奔騰級CPU，環(huán)行Profibus DP現(xiàn)場總線拓撲結構，通信速度最大12Mbps，保證通信的實時性，I/O現(xiàn)場控制站操作系統(tǒng)采用支持多CPU并行處理技術和多任務的ONX操作系統(tǒng)，每一個現(xiàn)場I/O控制站均為雙冗余的主控單元。 　　6.5　現(xiàn)場I/O模件 　　現(xiàn)場I/O模件均為帶微處理器的智能模件，模擬量輸入/輸出路路隔離，所有I/O模件的生產(chǎn)均采用目前世界上最先進的SMT表面貼裝技術，雙冗余的模擬量輸入/輸出，開關量輸入/輸出模件。 　　6.6　系統(tǒng)指標 　　輸入變化到顯示變化的時間小于采樣周期+1s；操作輸出到實際輸出變化的時間小于1s；畫面切換時間小于1s；回路控制周期最快為20ms；邏輯控制周期最快為5ms；SOE分辨能力小于1ms。 　　標準控制站實測指標（單個控制站）：系統(tǒng)總點數(shù)為500點；模擬量輸入為300點；模擬量輸出為100點；數(shù)字量輸入/輸出為100點；控制回路有70個單回路PID，30個串級PID；控制算法為PID及串級控制；回路控制周期為50ms；快速回路控制周期為10ms；邏輯控制周期為5ms。 　　6.7　易于維護 　　應用OPC技術可以使變電站自動控制系統(tǒng)危險分散，每個I/O模件的模擬量輸入/輸出均采用8點/模件，開關量輸入/輸出采用16點/模件的規(guī)模，使系統(tǒng)的物理點更加分散，單個模件的故障不會影響其他設備。 　　采用現(xiàn)場總線將單個設備的功能減至最少，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且提供了豐富的硬件冗余，如總線冗余、操作站冗余、電源冗余等。無擾電源切換，保證對現(xiàn)場儀表的供電，用戶也可以選擇UPS對系統(tǒng)供電?，F(xiàn)場總線保證數(shù)據(jù)的有效性和高層次的完整性，而這些功能在以往為4～20mA而設計的系統(tǒng)中是根本無法做到的。 　　每個I/O模件均內(nèi)置有微處理器，可自動進行系統(tǒng)自檢、輸出回讀、通信等檢驗，出現(xiàn)故障時自動進行報警提示，用戶可以做到快速發(fā)現(xiàn)和維修。所有I/O模件均可帶電插拔，使單個模件出現(xiàn)的故障可以快速得到解決，把他對系統(tǒng)的影響減少到了最小。更換單個故障模件時，無須改動原有系統(tǒng)的接線，減少了更換I/O模件時的工作量。 [b]7　軟件系統(tǒng) [/b]　　軟件包括：控制器軟件，負責系統(tǒng)控制站控制程序的生成與維護；現(xiàn)場控制器運行軟件，負責系統(tǒng)控制站控制程序的運行；人機界面軟件，負責系統(tǒng)的在線監(jiān)視、操作、控制、調(diào)試、維護；WebView軟件，負責Internet瀏覽；OPCPaCket是OPC工具包軟件；DMS軟件，負責設備管理。 　　7.1　控制器軟件 　　控制器軟件具有離線仿真、在線下裝并支持算法離線仿真調(diào)試，有效提高工程效率，減少錯誤率及降低危險性等優(yōu)點：①脫離控制器組態(tài)和仿真調(diào)試；②可設置斷點、監(jiān)視變量；③單步執(zhí)行、單循環(huán)執(zhí)行；④跳入執(zhí)行、調(diào)出執(zhí)行；⑤查看調(diào)用棧、顯示流控制；⑥強制輸出。 　　支持數(shù)據(jù)的在線增量無擾下裝，數(shù)據(jù)庫下裝支持增量下裝和全部下裝2種方式。支持數(shù)據(jù)回讀功能，可從控制器中讀取當前工程的全部數(shù)據(jù)，包括所有參數(shù)。ConMaker開發(fā)資源管理器，可進行資源切換、工程結構設計、程序編輯器、庫管理器、交叉引用表、調(diào)用樹、信息窗口設計。ConMaker具有豐富的控制算法庫，包括算術運算函數(shù)、類型轉(zhuǎn)換函數(shù)、緊急事件函數(shù)、連續(xù)控制函數(shù)、文件操作函數(shù)、定時器／計數(shù)器／觸發(fā)器函數(shù)。 　　7.2　功能強大的開發(fā)語言 　　采用符合IECl l31-3標準的編程語言，Excel可導入或?qū)С鯢acview數(shù)據(jù)庫，加快工程組態(tài)進度，防止出錯。5種控制編程語言相互引用，進行控制算法（及內(nèi)部計算）的組態(tài)，即設備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制方案組態(tài)、圖形組態(tài)、報表組態(tài)。系統(tǒng)應具有靈活的Visual C++、Visual Basic應用接口，無級縮放的矢量動畫功能，可在任何應用程序中靈活方便地調(diào)用自定義函數(shù)塊。 　　7.3　支持Active X控件 　　系統(tǒng)可方便使用第三方控件，用戶可通過多種途徑獲得眾多實用的工程控件，通過使用自定義控件可將彼此相關的對象、靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)合并為一體，作為單獨的對象使用，使用控件可完成用戶定義的彈出式控制器界面。集中參數(shù)組態(tài)，批量界面組態(tài)，批量的設備操作與控制，可將控件保存為專門的庫文件反復調(diào)用。 　　7.4　報表和統(tǒng)計 　　支持Excel格式、RTF格式、TXT（普通ASCII文本）、DBF（數(shù)據(jù)庫文件）等多種形式的報表。系統(tǒng)提供來自于各種工業(yè)現(xiàn)場實踐的統(tǒng)計功能，如最大值、最小值、平均值等。 [b]8　結束語 [/b]　　隨著計算機技術、通信技術、信息技術以及智能傳感技術的發(fā)展而出現(xiàn)的現(xiàn)場總線技術，給電力工業(yè)控制領域帶來了一場深刻的革命。采用OPC技術可使整個變電站自動控制系統(tǒng)完全基于現(xiàn)場總線技術，并可為變電站設備提供預知性維護信息。OPC系統(tǒng)基于Internet技術，可進行遠程設備維護和專家會診。OPC系統(tǒng)還具有很好的開放性，易于實現(xiàn)電力企業(yè)管理控制一體化和集成設備管理系統(tǒng)，使處于電力市場環(huán)境下的整個電力企業(yè)各種信息系統(tǒng)完全整合，以滿足更多的決策需求，避免出現(xiàn)自動化孤島現(xiàn)象。 [b]9　參考文獻 [/b]　　1　杜學強.企業(yè)管理控制一體化與OPC.微計算機信息，2001 　　2　OPC Found. OPC Technical Overview. 2000 　　3　李子連.現(xiàn)場總線技術在電廠應用.北京：中國電力出版社，2002 　　4　陽憲會.現(xiàn)場總線技術及其應用.北京：清華大學出版社，1999