引言
企业能源管控系统是借助于完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能源数据，经过处理、分析并结合对生产工艺过程评估，实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案，确保能源系统平衡调整的科学性、及时性和合理性，从而提高能源利用水平，实现生产工序用能的优化分配及供应，保证生产及动力工艺系统的稳定性和经济性，并最终实现提高整体能源利用效率的目的。目前，企业能源管理技术的发展已从单纯设备监控转向过程和系统综合监控，并继续向管控一体化方向发展。
1 OPC技术概述
OPC（Object Linking and Embedding for Process Control, 用于过程控制的对象连接与嵌入）技术，是把Windows应用于各种工业控制系统而推出的工业标准，它基于组件对象模型与分布式组件对象模型技术实现，包括了一系列的接口、属性以及方法标准集。OPC技术的规范种类很多，应用广泛的有OPC 数据存取（即OPC DA）、OPC 统一架构（即OPC UA）、OPC批量数据存取以及OPC安全性等，针对不同的问题，OPC提供相对应的规范来解决。OPC规范及内容如表1所示。
表1 OPC规范及内容
目前，OPC技术主要应用于工业现场的自动化控制系统，如SCADA、HMI系统。这些接口可以从下层的生产现场的硬件设备获取数据，为上层的监控管理软件提供各类实时数据、历史数据和事件服务，解决自动化控制系统的自由通信问题。
OPC通信采用客户端/服务器模型，因此，对于OPC的开发包括服务器和客户端两种程序，现场实时数据在客户机与服务器之间交换传输。基于OPC通信的监控站可以完全脱离下层接口硬件，监控系统被设计成为一个OPC客户端方式运行。基于OPC通信技术的远端监控系统数据采集功能实现图如图1所示。由于底层设备类型、型号都不可能完全相同，导致现场设备层与数据缓存层、远端监控层之间的互通信问题无法有效解决，支持跨平台的OPC技术为此提供了可能。工作人员通过远端监控界面远程掌握现场设备的实时运行状态和运行数据，在出现异常情况时可以随时下发指令给现场设备，这主要由OPC客户端实现。
图1 基于OPC通信的数据采集实现图
2 基于OPC通信的能源管控系统设计
本文中开发的能源管控系统是利用监控组态软件SCADA实现的。SCADA可以在大多数的操作系统中运行，如早期的UNIX、DOS，以及当前流行的Windows和Linux等操作系统。
OPC定义了应用于Windows操作系统中的PC机客户端之间交换生产现场实时数据的方法，能够实现不同型号的硬件产品与软件产品之间的交互操作，因此，基于OPC通信标准的SCADA系统是真正开放的过程控制系统。
采用基于OPC技术的SCADA系统构建的实时管控系统，充分利用SCADA软件对OPC的支持，通过一致接口进行数据访问。
某钢铁企业设计基于OPC技术的能源管控系统硬件结构如图2所示。
图2 某钢铁企业能源管控系统硬件结构图
除了系统的基础设施之外，能源管控系统硬件架构可以分为三个层次：数据采集层、数据传输层和数据应用层。数据采集层：由数据采集系统构成，是能源管控系统的数据源，通过PLC系统、PC系统等构成数据采集子站，通过工业以太网将所有的实时数据集成到由SCADA系统构建的I/O服务器上。数据传输层：由核心层、汇聚层、接入层三层网络构成，提供了能源数据传输的通道。数据应用层：能源管控功能的实现基础是由服务器群构成的数据中心，以及能源大厅中、各个现场工作站，工作人员通过监控界面远程掌握现场设备的实时运行状态和运行数据，在出现异常情况时可以随时下发指令。
能源监控系统功能包括全厂能源流的实时监视、介质管网的分区域、分厂计量监视、动力站所的远程监控、能源调度、潮流分析等功能。
3 系统的应用
系统的应用测试分步骤进行，首先是现场硬件与OPC服务器端的通信测试，然后是OPC服务器端与OPC客户端的通信测试，最后进行系统整体测试。
3.1 OPC的配置
系统应用前必须要对OPC进行配置：
（1）分别在OPC服务器端和客户端上添加相同的账户名和密码，一定要确保相同。因为服务器端和客户端的相互访问是通过Windows 验证的，在远程访问时需要有着相同的账户和密码。另外，如果要想使新创建的用户有使用DCOM的权限，需要将用户加入“Distribute COM Users”用户组。
（3）在服务器端与客户端分别配置组建服务。确认“此计算机上启用分布式COM”处于选中状态、“默认身份验证级别”选择连接状态、“默认模拟级别”选择标识状态，并确认DCOM协议属性内容是“面向连接的TCP/IP”。
在COM 安全标签页面的“访问权限”和“启动和激活权限”中的四个按钮，详细配置用户如下表2所示。
表2 COM 安全标签的设置
（4）启动“本地安全策略”管理器，将“网络访问：将Everyone权限应用于匿名访问匿名用户”安全选项启用，将“网络访问：本地账户的共享和安全模型”设置为“经典”。
3.2系统的实现
基于OPC通信技术的SCADA系统功能主要包括：能源流监视，能源设备监视和能源设备的远程操作。
实时监控功能是调度监控的一个基本功能。对煤气系统、氧氮氩系统、蒸汽系统、工业水等能源介质管网的的运行监视在SCADA中，主要分为三级监视，一级画面为全厂级的介质能源流总图，二级画面为区域级的介质画面，三级为站所工艺图。
一级画面体现某种介质的总体生产运行状况，监视对象是介质发生源的产量、放散、至二级厂总管的流量、压力等关键数据，相关工作人员可从该画面中实时掌握能源介质的生产运行状况。二级画面体现某种介质在各区域内的生产运行情况，监视对象是区域内各重点用户设备的运行状态、使用流量、压力等数据以及管网上重要的阀门状态。三级画面为站所的工艺监视图，系统监视站所内工艺管道的压力、流量、温度、阀门状态、开度等数据。能源管控系统人机交互界面如图3所示。
图3 能源管控系统人机交互界面
4 结束语
本文以某钢铁企业能源管控系统为研究背景，深入研究了OPC通信技术在SCADA系统中的应用，设计并开发了基于OPC通信的能源管控系统，实现了上位监控软件与现场各种硬件设备的实时数据交换与互操作。该套能源管控系统一方面连续检测和控制生产现场各种生产、公用设备的正常运行；另一方面又对各种意外事故进行实时监测，一旦出现意外问题，第一时间由客户端传送给工程人员并经过系统逻辑自动地处理控制，大大降低了生产现场的安全隐患。
[作者简介]
章博（1981—），女，高级工程师，硕士研究生，从事自动化控制系统的研发工作。
张弘弢（1981—），男，高级工程师，本科，从事自动化控制系统的研发工作。