基于OPCXML_DA技术的远程监控系统的设计

文章编号:1671󰀁7848(2007)02󰀁0182󰀁04

控制工程

ControlEngineeringofChinaMar.2007Vol.14,No.2

基于OPCXML󰀁DA技术的远程监控系统的设计

薛福珍,王海明

(中国科学技术大学自动化系,安徽合肥󰀁230027)

摘󰀁󰀁󰀁要:针对目前OPC(ObjectLinkingandEmbeddingforProcessControl)组态软件大多只限于

本地的监视和控制的情况,通过采用基于Web服务的OPCXML󰀁DA新技术,设计了远程监控系统,使得远程用户可以使用浏览器或定制的客户端通过互联网或局域网实现对现场的远程监控。由于采用了标准的OPC接口和Web服务调用接口,方便了系统的扩展和升级。该系统已在变电站监控系统中成功地应用,结果证明,它满足了用户对远程监视和控制的需求。关󰀁键󰀁词:Web服务;OPCXML󰀁DA;远程监控;Web控制器中图分类号:TP319󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

DesignofRemoteMonitoringSystemBasedonOPCXML󰀁DATechnology

XUEFu󰀁zhen,WANGHai󰀁ming

(DepartmentofAutomation,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230027,China)

Abstract:Totheproblemthat,atpresent,OPCconfigurationsoftwaresaremostlylimitedtolocalmonitoring,amethodofimplementationofremotemonitoringsystembasedonOPCXML󰀁DAtechnologyispresented.RemoteuserscanuseIEorcustom󰀁builtclienttowatchandcontrolthelocalstatusthroughtheInternetorIntranet.BecauseofusingOPCstandardinterfaceandwebserviceinterface,thesystemcanbeeasilyex󰀁pandedandupgraded.Thissystemisusedformonitoringsysteminthetransformersubstation.Thepracticalresultsshowthatitsatisfiesuser󰀁sneedforremotecontrol.

Keywords:webservice;OPCXML󰀁DA;remotecontrol;webcontroller

1󰀁引󰀁言

实现基于网络的设备远程监控,是目前计算机网络应用领域中的一个热点问题。Web服务的出现为利用已存在的EAI(企业应用集成)投资带来了希望。Web服务可以将后端应用和数据改造成一种简单、可重用和长生命周期的服务。通过Web服务技术实现网络之间的连接和数据交换,实现对设备的远程监控,具有很好的应用前景。

OPCXML󰀁DA是OPC基金会为适应Web服务应用浪潮而制定的一种工控领域通讯规范,具有接口规范、简单易用等优点。目前,OPC组态软件大多只限于本地的监视和控制。本文则是基于该技术实现了远程监控系统的设计,使得远程用户可以使用浏览器或定制的客户端通过互联网或局域网远程监控现场的数据及状况。

部门中,OPC规范已被定为工业标准,得到了过程控制设备制造商和工业控制软件开发商的支持。

OPCXML󰀁DA规范把OPC的数据访问描述成Web服务的形式。基于XML󰀁DA的接口将会简化企业级各平台间OPC数据的共享和交换,并将之提升到一个更广泛的平台范围。

Web服务是大量依靠XML的技术,因XML技术已被大部分流行的编程语言所支持。可把Web服务想象为通过因特网或企业内部网连接调用其方法的组件,或想象为通过Web提供其接口的组件。Web服务建立在对开放标准XML广泛接受的基础上,使用XML序列化其客户端收发的数据。即使客户端和Web服务主机用不同的操作系统,或应用程序用不同的程序语言开发,只要客户端程序可解析XML,则可用Web服务返回的数据。

3󰀁系统整体说明

该系统具有两层网络体系结构,下层是企业内部局域网网络系统,上层是基于Internet互联网的浏览器󰀁服务器(Browser󰀁Server)模式网络系统,两层

2󰀁OPCXML󰀁DA技术介绍

OPC可无缝连接各种工控数据源(PLC,DCS等)

和上层应用软件(MIS,ERP等)。在工控领域的生产

󰀁󰀁收稿日期:2006󰀁02󰀁20;󰀁收修定稿日期:2006󰀁03󰀁28

作者简介:薛福珍(1949󰀁),女,上海人,副教授,研究生,主要从事工业数据通信技术等方面的教学与科研工作。

第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁薛福珍等:基于OPCXML󰀁DA技术的远程监控系统的设计󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁183󰀁󰀁󰀁󰀁网络通过Web服务器进行连接。系统可让远程用户在Internet上对现场进行远程监测和控制。OPC服务器在生产现场直接与底层设备相连,可安装在Web服务器上,也可安装在单独的计算机上。OPC服务器通过COM󰀁DCOM机制与Web服务器连接。Web服务器是生产现场的一台计算机,也是系统的核心。它是一台普通的PC机或工控机,配有网卡或Modem,具有广域网IP地址,装有微软Windows2000以上的操作系统,并提供Web服务的IIS组件,从而在该机上实现WebServer功能。用户只需使用标准的IE浏览器,在Internet上就可直接对其访问。系统网络化工作方式,如图1所示。

2)Web服务器结构󰀁根据Web服务器功能,各个模块之间的关系结构,如图2所示。

图2󰀁Web服务器结构框图Fig󰀁2Webserverconfiguration

图1󰀁系统网络体系结构Fig󰀁1Systemnetworkstructurescheme

Web服务器通过OPC服务器和现场设备通讯,把采集的现场数据存储在数据库中,同时将实时数据在网络上以Web的方式发布。Web服务器和生产现场的局域网络连接在一起,局域网用户能方便地浏览数据,远程用户则通过Internet网络访问Web服务器。

图中,OPCXML󰀁DAWeb组件模块是根据OPCXML󰀁DA规范开发的将OPCDA服务器数据以Web服务方式对外提供的中间件,该组件模块完成现场各OPCDA服务器的代理,并通过COM󰀁DCOM连接方式与OPCDA服务器通信。Web控制器为系统的控制核心,负责协调系统各模块的功能。服务调用接口通过提供Web服务调用的方式给客户端提供了一种编程调用接口。数据发布和设置界面模块分别负责服务器数据在客户端浏览器上的数据呈现及数据定制。

3)OPCXML󰀁DAWeb组件󰀁OPCXML󰀁DAWeb组件是本文开发的一种数据访问中间件,它把OPCDA服务器和OPCXML󰀁DA客户端无缝连接起来,相当于将当前的OPCCOM服务器用XML中间件加一层包装(wrapper),使XML客户端认为它连接的服务器就是XMLDA服务器;同时,对OPCDA服务器完成了代理与路由的功能。中间件使得XML󰀁DA客户端可直接经由OPCDA服务器访问现场设备,它提供了从现有OPCCOM服务器逐渐升级到新的XML󰀁DAWeb服务器的一种过渡方式,并以一种较小的代价实现了现有OPCDA系统的升级。

在本文系统中,OPCXML󰀁DAWeb组件负责与现场的各个OPCDA服务器通信,并起到代理的作用;同时,又对Web控制器提供了原始的Web服务接口。各种数据经过该组件后被格式化为XML文本。该组件采用XML格式的配置文件为OPC󰀁XMLCOM组件提供连接设备的组态信息,可以灵活地扩展系统的监控参数,方便地解析和显示,满足了不同系统的配置要求。这样,根据XML配置文件的内容初始化OPC󰀁XMLCOM组件后,就可以方便地对0PC服务器进行读写操作了。其组件结构,如图3所示。

4󰀁Web服务器设计

1)Web服务器功能󰀁Web服务器作为系统数据存储和发布的核心部分,其功能主要包括:

󰀁连接和管理多个OPC服务器󰀁在生产现场,OPC服务器可能分布在不同的计算机上,Web服务器不但具有与各OPC服务器通讯的功能,且具有OPC代理服务器的功能,便于集中管理。󰀁数据库数据存储󰀁Web服务器把通过OPC服务器采集的现场数据存储在数据库中。󰀁用户权限设定󰀁提供用户管理功能,设置用户不同的访问级别,实现数据访问安全化。访问暂设三个级别,A为超级管理员权限,具有管理管理员、设置密码、浏览数据和控制设备的功能;B为管理员权限,具有设置密码、浏览数据和控制设备的功能;C为客户权限,只具有浏览部分数据的功能。󰀁Web数据发布󰀁数据采集后能通过网络发布,远程用户根据各自的权限通过浏览器可以浏览现场实时数据,对数据库作历史数据查询以及进行远程控制。图3󰀁OPCXML󰀁DAWeb组件Fig󰀁3OPCXML󰀁DAwebcomponent

4)Web控制器设计󰀁Web控制器负责协调各󰀁󰀁󰀁184󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁控󰀁制󰀁工󰀁程󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第14卷组件的工作,主要包括从OPCXML󰀁DAWeb组件收发实时数据,并将数据存入历史数据库;响应客户端各种数据请求,并将结果以Web页面形式显示出来;传递客户端程序Web服务调用到OPCXML󰀁DAWeb组件。控制器处理的各种请求及响应信息均以XML格式表示。WebServer提供远程用户访问的服务器机制,客户端不需要安装任何软件就可以直接在Web页面中浏览和设定现场设备的运行参数,从而实现了便捷和灵活的远程监控。

如对于不同OPCDA服务器的配置,采用XML格式文件保存,示例如下。

󰀁󰀁7070<󰀁port>󰀁󰀁0<󰀁log>

󰀁󰀁1<󰀁keep󰀁alive>󰀁󰀁1<󰀁ignoretimeout>󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁FactorySoft󰀁Sample󰀁1<󰀁name>󰀁󰀁󰀁

{0A7C43E0󰀁433E󰀁11D0󰀁9F78󰀁

󰀁󰀁󰀁00609724420C}<󰀁clsid>󰀁󰀁󰀁<󰀁computer>󰀁󰀁󰀁0<󰀁readonly>󰀁󰀁󰀁0<󰀁autoload>󰀁󰀁󰀁1<󰀁active>󰀁󰀁<󰀁server>󰀁<󰀁serverlist><󰀁options>

图4󰀁变电站远程监控客户端画面

Fig󰀁4Clientinterfaceforremotemonitoringsystemof

thetransformersubstation

6)应用实例󰀁自主研发的ECON变电站自动化系统,利用先进的计算机技术、自动化技术和通信技术,实现对变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制和微机保护,并完成客户端监控、与上级调度通信等综合性的自动化功能。

原系统采用C󰀁S结构,其OPCDA服务器负责底层数据的采集、存储,客户端则通过COM技术实现与服务器的局域网内通信。由于COM技术的局限性,系统不能实现远程监控。采用本文的OPCXML󰀁DA技术对原服务器进行了包装,使其成为一个标准Web服务器。由于采用了XML标准的数据发布格式,客户端通过浏览器实现了互联网域的远程监控,增强了系统的扩展性、开放性。客户端画面示例,如图4所示。

全部参数可以按照用户的需要或定制方式在Web页上进行显示和配置。

5)Web服务器工作方式及系统应用󰀁Web服务器包含Web画面、ASP程序、VBScript脚本程序等。Web页通过OPCXML󰀁DA组件接口和OPCDA服务器通讯,根据XML配置文件采集数据,并返回一个上面所设计的XML格式的数据采集文件,经过解析后将需要显示的数据值等参数在Web页面上显示出来,同时通过ODBC接口将数据存入历史数据库。Web页面向用户提供浏览历史数据和报警记录查询的功能。

远程用户连接时需要验证登录用户的身份,以确保系统的安全。B类用户拥有全部权限,而C类用户只有部分权限。用户登录后会通过HTTP协议自动将服务器上的通信脚本程序下载到本机,从而建立与远程服务器通讯的数据交互机制,完成用户的各种请求和服务器数据的传输,实现远程监控。远程用户也可以根据需要编写特定的XMLWeb客户端,通过客户端对服务器各项Web服务的调用实现基于SOAP协议的远程通信。5󰀁结󰀁语

基于OPCXML󰀁DA技术的Web远程监控系统提供了一种基于Web服务的解决方案。由于该系统采用了符合工业标准的OPC接口和Web服务调用接口,方便了系统的扩展和升级。如何进一步提高系统的效率和可靠性,有待于继续深人研究。参考文献(References):

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