摘? 要： 介紹了國內CEMS應用的現狀以及開發專用監控軟件的必要性。實踐表明，利用OPC技術開發監控軟件不僅可以保證系統的穩定性和可靠性，還能提高系統的開放性和兼容性，在監控軟件開發領域具有良好的前景。
??? 關鍵詞： OPC；CEMS；監控軟件；環保
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?? 煙氣在線連續排放監測系統(CEMS)在我國熱電廠有廣泛的應用。CEMS作為環保監測的重要手段通常需要為其他通訊軟件提供被監測的數據。CEMS是一個集成的系統，集成了不同廠家的設備，從而要求其監控軟件的底層數據連接有一定的兼容性和開放性。本文探討了一種使用OPC技術開發CEMS監控軟件的方法，可以解決上述問題。
1?CEMS概述及其在國內應用現狀
??? CEMS由采樣系統、測試系統、數據采集與處理系統組成，能完成采集并處理數據、生成報表、控制操作、監測數據上傳等功能。一般的CEMS中數據采集與處理系統主要由PLC、工控機及相應的軟件組成，能自動監測SO2、NO、CO、CO2及其他的有關參數，如煙氣溫度、濕度、煙氣流量、壓力及含氧量等數據。
??? 隨著近年來國家對環保工作的重視，CEMS作為一種環境監測的重要手段，在我國得到了迅速普及和推廣，尤其在電廠等企業得到越來越多的應用。但是得到環保部門認可的CEMS卻很少。這是因為：早期的CEMS與外部連接的數據傳輸接口上缺少統一的標準， 各地CEMS廠家在CEMS數據標準和設計結構上采用不同的形式， 使各自分散的數據資源彼此隔離， 無法進行信息交換和業務協同，極大地影響了CEMS的系統建設和維護效率。
2?CEMS監控軟件的設計
??? CEMS監控軟件不僅要直觀、動態地顯示整個測量過程和測量結果，還必須為上級環保部門的數據通訊軟件提供數據。雖然市面上有許多現成的通用組態軟件，如：組態王、WINCC、MCGS等，但是用來開發監控軟件很難完全符合CEMS的數據傳輸要求。例如：有些地方環保部門的數據通訊軟件以DLL、UDP等方式提供接口，而通用組態軟件在底層的數據連接一般只是提供常用的接口。因此，自行開發具備通用數據接口的CEMS監控軟件是十分必要的。
??? 在針對CEMS設計監控軟件時，需要充分了解現場所應用的CEMS 整體工作原理及其監測流程。從表面上看，CEMS的監控系統主要是從PLC 中采集數據或寫入數據，十分簡單。但是，由于CEMS 系統的特殊性，監控軟件還得完成一些其他的工作。如稀釋采樣CEMS 系統中，其采樣管線中的每個探頭都依靠PLC程序或本身的電磁閥進行各種控制動作，如：采樣、反吹、校準、維護等等。而且各個分析儀器的反吹和校準的請求各不相同，所以必須準確無誤地區分開各個進程。只有當各采樣探頭處于正常采樣時，它的數值才有效，才能進報表。另外，為了保證系統的準確度，還需要校準報表，知道每次校準時的各監測量的零點漂移和全幅漂移等。
??? 由于CEMS是一個集成系統，因此在流量監測儀，氧氣檢測儀，紅外檢測儀和控制PLC上通常會選用不同廠家的產品。CEMS要把不同的制造商的部件集成在一起需要為每個部件專門開發驅動或服務程序， 還需要把這些由制造商提供的驅動或服務程序與應用程序聯系起來。因此，實現通用的數據接口將成為CEMS監控軟件開發中的一個關鍵問題。
3? OPC技術在監控軟件設計中的應用
3.1? OPC技術
OPC提供了解決此類問題的方案。
OPC(OLE for Process Control，用于過程控制的OLE)是一種工業過程控制的標準，這個標準定義了應用Microsoft操作系統在基于PC的服務器和客戶機之間交換實時數據的方法。OPC是基于Microsoft 公司的DNA(Distributed Internet Application)構架和COM(Component Object Model)技術，根據易于擴展性而設計的。它的目標是開發出一個開放的、靈活的、即插即用的工業標準，使用戶對解決方案擁有更大的選擇余地，同時減少了硬件和軟件供應商的開發和維護費用。這個標準使得COM和DCOM技術適用于過程控制和制造自動化等應用領域[1]。OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準， OLE/COM是一種客戶/服務器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優點。OPC規范了接口函數，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性。
3.2? OPC Data Access規范
??? CEMS監控軟件在數據的底層連接上采用了OPC技術，就可以增強系統的兼容性和開放性。可以使用OPC服務器直接為上級環保部門的通信軟件提供數據。而當監控系統接入其他廠家的設備時，只要該廠家的產品同樣兼容OPC規范即可，不需要廠家提供獨立的驅動，在監測軟件上也不需要做任何變動，體現了OPC數據存取規范的優越性。
??? OPC 數據存取(Data Access)規范是提供給用戶訪問實時過程數據的方法。在OPC數據訪問規范中， 一個OPC 的數據存取服務器中包括幾類對象：服務器(OPC Server)、組(OPC Group)和項(OPC Item)。OPC服務器對象維護有關服務器的信息并作為OPC 組對象的包容器， 而OPC組對象維護有關其自身的信息，提供包容OPC項的機制， 并管理OPC項。OPC組有2種類型：公共組(Public)和局部組(Local or Private)。公共組可以為多個客戶程序共享，而局部組只為某一個客戶程序所有。在每個組里， 客戶程序可以定義多個OPC項，OPC項代表了與服務器里數據源的連接。從定制接口(Custom Interface)角度來看， 一個OPC項不能被OPC客戶程序作為一個對象來進行操作，因此，在OPC項中沒有定義外部接口。所有對OPC項的操作都是利用OPC項的包容器(OPC組)或OPC項的定義來進行的。每個OPC 項包含：值(Value)、品質(Quality)和時間標簽(Time Stamp)。值(Value)的類型是VARIANT，品質的類型是SHORT[2]。
3.3? OPC客戶端子程序設計
??? 監控軟件的OPC客戶端子程序的一般實現步驟：首先在客戶端注冊OPC服務器，并連接OPC服務器端。在連接服務器成功后，創建一個OPC數據組。查詢數據庫的系統參數表，得到CEMS的具體監測點的信息，根據這些信息在OPC數據組中創建相對應的OPC數據項。這時候將OPC客戶端句柄數組和OPC服務器端句柄數組等信息向OPC服務器提交連接請求，設置OPC數據組的狀態為ACTIVE，即可以使用OPC數據組的DATACHANGE事件返回請求查詢的值，程序流程如圖1所示。
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??? 以具體的廠商提供的OPC服務器為例，SIEMENS公司為其S7200系列PLC提供了SIMATIC PC ACCESS OPC SERVER。在安裝注冊該服務器后，可以在軟件中通過引用SOPCDAAUTO.dll來使用。在連接之后依次創建OPC GROUP和OPC ITEMS，通過對OPC ITEMS寫OPC CLIENTHANDLER(客戶端句柄)信息，如：'MicroWin： 2：192.168.0.2：1000：1000，Q0.0，BOOL，RW，0.00，0.00'即可通過PPI電纜或者以太網通信實現對PLC中Q0.0寄存器值的訪問。以上客戶端句柄包含的訪問信息有：PPI電纜通信地址為2；以太網IP地址為192.168.0.2；客戶端TSAP(通信連接地址)為1000；服務器端TSAP為1000等。隨后程序等待下次服務器返回，期間可響應客戶的操作斷開同OPC服務器的連接并關閉連接程序。
??? 在得到OPC數據組DATACHANGE事件的返回值后，數據采集以及存儲子程序將根據OPC CLIENTHANDLER和QUALITY 2個數組元素相對應的數組來判斷數據的傳輸質量。如，傳輸質量為BAD或者GOOD或者UNKOWN等。接下來就可以根據OPC CLIENTHANDLER和VALUE 2個數組為CEMS的各個監測點返回測得值。具體結合CEMS中各個監測點的工作狀態，按照CEMS標準的規定進行數據的篩選和有效的存儲。
3.4? OPC客戶端程序在CEMS監控軟件中的應用
3.4.1? 根據硬件配置服務器
??? 對于DLL服務器來說，這些行為是通過調用輸出函數Dll Register Server和Dll Unregister Server來實現的。這2個函數都不帶參數，返回1個HRESULT顯示結果。2個可能返回的錯誤代碼是SELFREGECLASS和SELFREGETYPELIB，分別表示CLSID和類型庫信息的注冊或刪除的失敗(這2個代碼定義在OLECTL.H頭文件中)。
??? 如果服務器以EXE模塊的形式出現，對服務器進行注冊就要使用命令行參數/Reg Server或-Reg Server(區分大小寫)。如果要注銷服務器，必須帶命令行參數/Unreg Server或-Unreg Server運行EXE模塊。自注冊EXE模塊檢測到命令行參數后，引發相當于DLL服務器的Dll Register Server和Dll Unregister Server函數的行為。
3.4.2? 數據存儲
??? 數據存儲工作的流程是：從OPC接口接收各監測的數據，通過其數據處理程序根據預設的開關量返回值的組合判斷確定CEMS是否處于正常可信的數據采集工作狀態，并將采集的數據在臨時內存存儲(累加或者計算滑動平均值)。根據國家CEMS標準的數據存儲的特點，數據存儲程序采用系統時間跳變觸發的方法，即只在系統分鐘跳變、小時跳變等關鍵時間點上進行這些數據存儲操作，系統時間跳變是以判斷系統時間是否進入了下一個計時單位(如分鐘、小時、日等)來驅動程序進行數據存儲的操作。
3.4.3? 監控顯示界面
??? 監控軟件顯示界面使用SHOCKETWAVE FLASH控件，以ADOBE FLASH PLAYER為編譯器，利用SHOCKWAVE FLASH控件的FLASHVARS屬性，將現場變量采集點的信息從數據庫傳遞給界面動畫顯示SWF文件，再使用DUPLICATEMOVIECLIP命令生成相應的控件并設置其坐標等其他屬性，同時將OPC服務器返回的數據或數據庫歸檔的數據通過FLASHVARS屬性傳遞到界面動畫顯示SWF文件中，更新相應的控件顯示，所述界面動畫顯示SWF文件可為SHOCKETWAVE FLASH控件的內部組件或外部用戶自定義顯示文件。
??? 通過使用OPC技術開發CEMS監控軟件的底層數據連接，可以提高CEMS的系統兼容性，避免了需要根據不同廠家的硬件使用情況編寫定制軟件的問題，同時也便于向其他軟件提供標準化的數據，簡化了配置硬件的操作。通過引用廠商提供的OPC服務器接口，并設置所需要的OPC變量，就可以根據這些變量信息在圖形化的顯示界面中引用OPC，選擇狀態變量實現存儲和控制策略。據此開發的監控軟件已經在數家電廠正式使用，承擔了數據存儲和通信傳輸的重要工作。實際檢驗來看，具有相當可行性。
參考文獻
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