王 磊

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

1 OPC UA技術(shù)概述

OPC UA是由OPC基金會發(fā)布的最新一代OPC規(guī)范，即OPC統(tǒng)一架構(gòu)是在OPC基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。自1996年發(fā)布以來，作為工業(yè)自動化標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)成功應(yīng)用到各種自動化系統(tǒng)中。

OPC UA延續(xù)了OPC原有的優(yōu)勢，即設(shè)備驅(qū)動接口，同時豐富了新功能：

(1)實現(xiàn)平臺獨立性，可支持Windows、Linux或者其他嵌入式平臺，不再受平臺的約束。

(2)基于XML的Web服務(wù)、TCP、HTTP等協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的通信。

(3)提供了強大的、可擴展的數(shù)據(jù)建模能力，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，通過對象、方法、變量及引用關(guān)系等，構(gòu)建地址空間，實現(xiàn)類型的層次結(jié)構(gòu)和繼承。并以對象實例化方式暴露服務(wù)器端的服務(wù)，供客戶端進行數(shù)據(jù)訪問和讀寫，實現(xiàn)與上層系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成交互。

2 基于OPC UA的爐窯設(shè)備信息建模技術(shù)研究

OPC UA兩大核心功能是數(shù)據(jù)傳輸和信息建模，數(shù)據(jù)傳輸在OPC階段已經(jīng)實現(xiàn)，目前研究對象是信息建模能力。圍繞信息建模技術(shù)，以裝備制造企業(yè)熱加工環(huán)節(jié)常用的爐窯設(shè)備為對象，實現(xiàn)信息模型的建立。

2.1 爐窯設(shè)備信息建模

爐窯設(shè)備是裝備制造企業(yè)在熱加工工序的主要生產(chǎn)設(shè)備，主要實現(xiàn)對加工產(chǎn)品的加熱、保溫和熱處理，根據(jù)消耗能源的不同分為氣爐和電爐，我公司的爐窯設(shè)備以氣爐為主。需采集的數(shù)據(jù)包括燃氣儀表、爐壓儀表和溫度儀表。燃氣儀表記錄爐窯設(shè)備的耗氣量，爐壓儀表記錄爐窯設(shè)備的爐內(nèi)壓力，溫度儀表記錄爐內(nèi)的實時溫度。通過儀表數(shù)據(jù)的采集，監(jiān)控爐窯設(shè)備的運行狀態(tài)以及是否按照工藝要求執(zhí)行。

(1)建立類別模型

（2）以家庭為圓心拓展服務(wù)功能，培養(yǎng)了一支專業(yè)素養(yǎng)高、業(yè)務(wù)能力強的婚姻家庭社會工作人才隊伍。社工深入社區(qū)家庭，了解婚姻家庭基本情況、服務(wù)需求，并根據(jù)實際情況開展服務(wù)工作。如針對困境家庭開展持續(xù)跟蹤指導(dǎo)服務(wù)；針對家暴受害婦女鏈接婦聯(lián)、司法救助等服務(wù)；針對自閉癥兒童、精神障礙患者進行心理輔導(dǎo)、危機干預(yù)等措施；為單親媽媽申請低保、救助金，提供志愿服務(wù)等。通過多項服務(wù)內(nèi)容及措施，為有需求的困境家庭提供便利、解決難題。

爐窯設(shè)備數(shù)據(jù)采集對象包括燃氣儀表、爐壓儀表和溫度儀表，三類儀表均屬于感知型設(shè)備，通過傳感器進行數(shù)據(jù)讀取，不具有控制操作，統(tǒng)一抽象為一種對象節(jié)點類別，命名為SensorType，見表1。

表1 對象節(jié)點類別

先確定對象節(jié)點類別，然后建立對象的變量和方法，SensorType為感知型節(jié)點類別，不具備操控性動作，因此只需要建立變量，不需要建立方法。變量類別包括編號、名稱、型號、讀數(shù)間隔、讀數(shù)、計量單位、爐窯編號，具體類型定義見表2。爐窯設(shè)備的對象類型定義如圖1所示。

圖1 對象類型定義

表2 對象變量的定義

(2)實例化信息模型

對象類型定義完成后，需進行實例化，才能在OPC UA服務(wù)器構(gòu)建地址空間，并給客戶端暴露實例化的信息模型，能夠?qū)δＰ椭卸x的節(jié)點進行訪問和管理。爐窯設(shè)備的傳感器類型包括三個實例對象，分別是燃氣、爐壓和溫度傳感器。以同一臺爐窯(設(shè)備編號為2#)的三個傳感器為對象進行實例化，編號分別為G-1，P-1和T-1，考慮到實際生產(chǎn)周期，一次熱處理過程可能會持續(xù)幾個小時甚至幾天，數(shù)據(jù)采集周期不宜過于頻繁，燃氣傳感器采集周期為5 min，爐壓傳感器采集周期為60 s，溫度傳感器采集周期為30 s，因此傳感器類型實例化后如圖2所示。

圖2 傳感器類型實例化

2.2 基于XML對模型進行描述

爐窯設(shè)備信息模型建立完成后，使用XML對模型進行描述。XML是一種通用的可擴展標(biāo)記語言，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)記、識別、傳輸與共享，使用XML對爐窯設(shè)備的傳感器模型進行描述。

傳感器對象類別的XML文件，如圖3所示。

圖3 傳感器對象類別的XML文件

通過XML文件可以看出傳感器對象的基本信息，BrowseName為SensorType，并包含7個下屬節(jié)點，內(nèi)部定義標(biāo)識分別為6001到6007。

以讀數(shù)和爐窯編號為例，變量類別XML文件見圖4。

圖4 變量類別XML文件

可以看出，變量讀數(shù)的內(nèi)部定義標(biāo)識為6005，變量爐窯編號的標(biāo)識為6007。

通過XML，可以清晰定義出OPC UA中各種節(jié)點類別的信息及引用和繼承關(guān)系，便于在不同環(huán)境、不同語言下對同一模型的識別和解析。

3 基于KEPServerEX6和KepOPC模擬建模和

訪問

經(jīng)過對爐窯設(shè)備建模的研究，形成了設(shè)備的信息模型，通過OPC服務(wù)器和客戶端軟件進行模擬采集數(shù)據(jù)，并進行連接訪問。服務(wù)器端采用KEPServerEX6進行信息模型建立及模擬數(shù)據(jù)采集，客戶端采用KepOPC進行連接訪問。運行效果如圖5。

圖5 信息模型建立及模擬數(shù)據(jù)采集運行效果圖

在服務(wù)器端，以simulator作為驅(qū)動，建立爐窯設(shè)備信息模型，并以函數(shù)作為采集數(shù)據(jù)的生成器，進行數(shù)據(jù)采集?？蛻舳诉B接到服務(wù)器地址，獲取地址空間節(jié)點類型，添加到標(biāo)簽列表，進行數(shù)據(jù)的讀取與展示。

4 結(jié)語

基于OPC UA技術(shù)，以爐窯設(shè)備為對象，對要采集的燃氣儀表、爐壓儀表和溫度儀表進行信息模型建立研究，并以O(shè)PC UA服務(wù)器端和客戶端軟件進行模擬建模、連接訪問和數(shù)據(jù)展示，探索了設(shè)備信息建模的方法和搭建企業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺的可行性，下一步，將基于商業(yè)服務(wù)器端軟件搭建OPC UA服務(wù)器，與公司實際各種生產(chǎn)設(shè)備(PLC、傳感器、HMI等)連接，采集數(shù)據(jù)，并開發(fā)客戶端應(yīng)用程序，與現(xiàn)有MES等業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成，進行數(shù)據(jù)的展示與控制，實現(xiàn)信息系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通及遠程控制。