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，可實現集成自整定、優化變電站控制等多種先進控制算法，且具有靈活的產品組態。采用OPC技術可使整個變電站自動控制系統完全基于現場總線技術，全面支持ProfibusDP、兼容基金會現場總線（Foundation Fieldbus，FF）和CAN（Control Area Network）總線，可以靈活的接入變電站現場的各種儀表、傳感器和執行機構，并可為變電站設備提供預知性維護信息[1]。OPC系統基于Internet技術，使用戶可以通過互聯網瀏覽整個變電站現場的情況，進行遠程設備維護和專家會診[2]。由于OPC系統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不同電壓等級變電站自動化的需求。 　　采用OPC技術開發的變電站自動控制系統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內部各種應用系統和應用程序中，易于連接電力企業資源規劃（Enterprise Resources Planning，ERP）及管理信息系統（Management Information System，MIS），易于實現電力企業管理控制一體化和集成設備管理系統（Device Management System，DMS），使處于電力市場環境下的整個電力企業各種信息系統完全整合，以滿足更多的決策需求，避免出現自動化孤島現象。信息系統的高度集成有利于電力企業在競爭日益激烈的電力市場環境中迅速作出決策，適應電力市場需求，快速調整電力商品供求關系，從而為企業帶來更大的效益。 1　現場總線 　　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展而出現的現場總線技術，給電力工業控制領域帶來了一場深刻的革命。現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、集中監控和全數字化?，F場總線技術具有以下特點： 　?。?）采用現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能夠對設備進行預知性檢修和更換。由于采用全數字化的串行通信，能夠做到功能完全分散，從而使變電站自動化系統的復雜性和成本大大降低。 　　（2）變電站內的各種儀表可通過現場總線與集控操作站連接，使控制器和I／O子系統大大減少。部分現場儀表也可以執行控制和計算，從而減少了電纜數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，也減輕了調度主站系統信息處理的負擔。 　?。?）變電站一般都具有很強的干擾源，由于采用全數字化的現場總線技術，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魯棒性更強。全數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與電網調度通信的可靠傳輸。 　?。?）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，從而擴大了可監控對象的范圍和領域，增加了系統的互操作性和互換性[3]。 　　（5）廣泛支持當今流行的現場總線標準，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可集成在系統中，可幫助電力企業減少停電時間?；诂F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 　　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（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展階段，即現場總線控制系統（Fieldbus Control System，FCS）時代。自動控制系統的發展過程以往的控制系統不是專為現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輕松集成各種現場設備，而不會有任何驅動程序上的困擾。OPC功能確保最大限度的集成變電站現場數據，從而為供電企業ERP提供更多的數據和信息，以支持企業的決策和管理。這種高度的數據共享，避免了以往自動控制系統容易出現的自動化孤島現象。 　　快速高效的服務器每秒可以交換幾千個以上的數據，系統在擁有數據共享靈活性的前提下保持了系統的高性能。OPC服務器可以為電力企業內部的各種信息系統訪問變電站自動控制系統中的各種實時數據和歷史數據提供環境，甚至可以在辦公軟件Word或Excel中引用現場數據，這使報告或報表的數據能更真實的反映電力生產實際；OPC客戶端可將各種提供OPC驅動程序的設備集成在系統中，任何支持OPC的設備和軟件都將成為系統的一個部分。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連接起來，使自動化專業工程師可以實時的了解電力生產現場每分每秒正在發生的情況。OPC完全基于TCP/IP協議，可以接入Internet/Intranet/Extranet，用戶既可以在中心站遠程操作和瀏覽現場的生產情況，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： 　?。?）隨時隨地的了解現場信息。OPC提供的實時數據和歷史趨勢將會幫助供電公司解決經營管理問題并做出各種合理的經營決策。 　?。?）通過合作與共享信息，減少所需資源，使電力企業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大修期間需要拆裝的儀表數量，從而減少停電時間，增加企業的經濟效益。 　?。?）供電公司內部所有與企業相關的管理人員都可以通過辦公室的網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場。 　　（4）如果偏遠變電站重要的生產設備出了故障，設備的供應商可以通過遠程診斷，提供及時和專業的指導，幫助用戶盡快消除故障問題，恢復生產，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]　　現在，信息正日益成為提高產品質量、最大限度地提高生產效率的關鍵所在。采用新一代變電站自動化系統，可以連接供電企業的ERP系統。企業的各個部門可以掌握更多的生產信息，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。在電力市場環境下，供電企業實現管理控制一體化尤為重要，它可以幫助企業在競爭中贏得主動，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： 　　（1）實時性。控制器CPU采用Pentium級芯片，基于ONX嵌入式實時操作系統，保證控制精確、實時、高效。 　?。?）可靠性。采用多種冗余結構（網絡、控制器、電源模件、I/O模件）系統安全、穩定、可靠。 　　（3）先進性。靈活的客戶/服務器架構，適合大規模系統的I/O、報警、報表、趨勢分析，Time服務器可分布式設置，既保證數據的一致性，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。 　　（4）經濟性。現場總線的系統設計，有效節約整體項目投資，降低運行維護成本。TCP/IP技術使網絡構成簡單且可使用Internet進行遠程瀏覽和訪問。 　　（5）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的人性化設計。 　?。?）延續性。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　網絡操作系統 　　新一代變電站自動化系統應采用Windows NT作為自己的網絡操作系統，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的發展趨勢。 　　6.2　分布式數據庫 　　在一個大規模系統中，用戶可分布處理大量數據以減輕單機負荷。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據互備。主要包括：①網絡冗余；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 　　實時多任務嵌入式操作系統可運行于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，真正多進程并行運算，支持多處理機，可定制系統內核，內核小而精（最小可到幾十KB），管理內存空間大。支持TCP/IP協議、支持Internet遠程訪問與調試，I/O現場控制站主控單元采用奔騰級CPU，環行Profibus DP現場總線拓撲結構，通信速度最大12Mbps，保證通信的實時性，I/O現場控制站操作系統采用支持多CPU并行處理技術和多任務的ONX操作系統，每一個現場I/O控制站均為雙冗余的主控單元。 　　6.5　現場I/O模件 　　現場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）：系統總點數為500點；模擬量輸入為300點；模擬量輸出為100點；數字量輸入/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/模件的規模，使系統的物理點更加分散，單個模件的故障不會影響其他設備。 　　采用現場總線將單個設備的功能減至最少，提高了系統的可靠性，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，保證對現場儀表的供電，用戶也可以選擇UPS對系統供電?，F場總線保證數據的有效性和高層次的完整性，而這些功能在以往為4～20mA而設計的系統中是根本無法做到的。 　　每個I/O模件均內置有微處理器，可自動進行系統自檢、輸出回讀、通信等檢驗，出現故障時自動進行報警提示，用戶可以做到快速發現和維修。所有I/O模件均可帶電插拔，使單個模件出現的故障可以快速得到解決，把他對系統的影響減少到了最小。更換單個故障模件時，無須改動原有系統的接線，減少了更換I/O模件時的工作量。 [b]7　軟件系統 [/b]　　軟件包括：控制器軟件，負責系統控制站控制程序的生成與維護；現場控制器運行軟件，負責系統控制站控制程序的運行；人機界面軟件，負責系統的在線監視、操作、控制、調試、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試，有效提高工程效率，減少錯誤率及降低危險性等優點：①脫離控制器組態和仿真調試；②可設置斷點、監視變量；③單步執行、單循環執行；④跳入執行、調出執行；⑤查看調用棧、顯示流控制；⑥強制輸出。 　　支持數據的在線增量無擾下裝，數據庫下裝支持增量下裝和全部下裝2種方式。支持數據回讀功能，可從控制器中讀取當前工程的全部數據，包括所有參數。ConMaker開發資源管理器，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、類型轉換函數、緊急事件函數、連續控制函數、文件操作函數、定時器／計數器／觸發器函數。 　　7.2　功能強大的開發語言 　　采用符合IECl l31-3標準的編程語言，Excel可導入或導出Facview數據庫，加快工程組態進度，防止出錯。5種控制編程語言相互引用，進行控制算法（及內部計算）的組態，即設備組態、數據庫組態、控制方案組態、圖形組態、報表組態。系統應具有靈活的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用自定義函數塊。 　　7.3　支持Active X控件 　　系統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、靜態數據、動態數據合并為一體，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。集中參數組態，批量界面組態，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用。 　　7.4　報表和統計 　　支持Excel格式、RTF格式、TXT（普通ASCII文本）、DBF（數據庫文件）等多種形式的報表。系統提供來自于各種工業現場實踐的統計功能，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展而出現的現場總線技術，給電力工業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完全基于現場總線技術，并可為變電站設備提供預知性維護信息。OPC系統基于Internet技術，可進行遠程設備維護和專家會診。OPC系統還具有很好的開放性，易于實現電力企業管理控制一體化和集成設備管理系統，使處于電力市場環境下的整個電力企業各種信息系統完全整合，以滿足更多的決策需求，避免出現自動化孤島現象。 [b]9　參考文獻 [/b]　　1　杜學強.企業管理控制一體化與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.現場總線技術及其應用.北京：清華大學出版社，1999