基于工业以太网及OPC通讯技术在FOXBROIASeriesDCS系统与西门子PLC通讯上的应用——垃圾焚烧发电厂过程控制一体化网络的建立

基于工业以太网及OPC通讯技术在FOXBROIASeriesDCS系统与西门子PLC通讯上的应用——垃圾焚烧发电厂过程控制一体化网络的建立

王润

深圳市能源环保有限公司广东深圳518000

摘要：垃圾焚烧发电厂除DCS控制系统外，现场独立的控制系统相对较多，尤其是烟气处理相关系统，实现他们的相互协调配合，达到最优化的运行方式势在必行。本文介绍了基于OPC的一体化控制网络建立方式，可以实现在DCS系统集中监控，集中协调各个系统运行方式的目的，以优化运行方案，达到节能减排的效果。

关键词：DCS系统；OPC；PLC；工业以太网

一、概述

1、OPC通讯概述

OPC（OLEforProcessControl）是一个嵌入式过程控制标准，基于微软的OLE（现在的ActiveX）、COM（部件对象模型）和DCOM（分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。

2、垃圾焚烧发电厂控制系统特点

DCS（DistributedControlSystem），一般指分散控制系统，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。目前在垃圾焚烧发电行业得到了广泛的应用。本文所说的DCS系统为FOXBRO公司的IAseries系统。

在垃圾焚烧发电行业，除DCS控制系统外，还配置有很多独立的控制系统，主要采用西门子S7-300/400系列PLC进行独立控制，独立运行。主要包括有垃圾焚烧炉控制系统，垃圾储存投放控制系统、烟气处理相关控制系统（主要包括SNCR脱硝控制系统、半干法脱酸控制系统、干法脱酸控制系统、布袋除尘控制系统、湿法脱酸控制系统、SCR脱硝控制系统等）。

随着垃圾焚烧行业不断的发展壮大，自动化要求越来越高，各个系统之间交换数据的需求也越来越高，尤其是烟气处理系统。实现各个独立烟气处理系统的相互通讯，可以使各个系统之间协同配合，寻找最优的控制方案，在有效控制烟气排放指标的同时，可以优化各个系统的运行方式，达到最大化节能减排的效果。

二、建立OPC通讯网络

1、网络结构及硬件配置

网络结构如下图所示：

图2.1一体化通讯网络结构图

硬件配置如表2.1所示：

表2.1站点配置表

2、组建以太网络

在电子间控制柜内架设以太网主交换机，利用网线或光纤，将现场PLC控制系统的以太网网络通讯接口连接至主交换机，同时将OPC服务器主机连接至主交换机，建立各个系统的物理连接。

为交换机连接的各个设备分配IP地址和子网掩码，要求在同一个网段内。

3、组态OPC服务器PC站点

在OPC服务器主机上打开SIMATICNET站组态编辑器，选中编辑器中的1号插槽，点击“ADD”按钮，插入“OPCServer”组件。用同样的方法，在3号插槽对应于普通网卡的“IEGeneral”组件。

插入“IEGeneral”后，弹出其属性对话框，可以查看IP地址和子网掩码等参数，与计算机“本地连接”网卡参数一致，要求与所连接主交换机在同一个网段内。点击“NetworkProperties”（网络属性）按钮，打开计算机的“网络连接”对话框，可以查看和修改本地网卡参数。

点击站编辑器中“StationName”按钮，将PC站命名为OPC1，点击“OK”后，完成PC站的硬件组态。

4、在STEP7中组态PC站和各PLC控制站

打开SIMATIC管理器，新建项目1，将各PLC站点程序全部上传至SIMATIC管理器项目1下，右键点击项目1图标，执行快捷菜单中的命令“插入新对象”→“SIMATICPC站点”，插入一个PC站。PC站的名称必须与SIMATICNET站编辑器中命名的站的名称一致，将其改为“OPC1”。

打开PC站硬件组态窗口（HWConfig），在1号插槽和3号插槽分别插入“\SIMATICPCStation\UserApplication\OPCServer”和“\SIMATICPCStation\CPIndustrial\IEGeneral”。

双击第三插槽IEGeneral图标，打开属性对话框，点击属性按钮，打开以太网接口属性对话框。点击“新建”按钮，新建一条以太网，设置IP地址和子网掩码与计算机“本地连接”参数一致。

完成PC站组件设置后，点击保存和编译按钮，保存组态信息。

5、下载程序至PLC站点，组建OPC通讯网络

打开已编译好的项目1程序，在STEP7软件SIMATIC管理器，打开组态网络窗口，可以看到各PLC站点和PC站已连接到同一条以太网上。

用鼠标选中PC站中的OPC服务器“OPC1”，右键，选中“插入新连接”，打开“插入新连接”对话框，类型选择S7连接，依次将各PLC站点添加为OPC1的连接伙伴，建立各PLC站点与OPC服务器的连接。

最后点击保存和编译按钮，保存组态结果。

完成上述组态任务后，将组态信息下载至各PLC站和PC站：右键点击OPC服务器或CPU，选择“下载”→“所选站点”，可以分别将组态信息下载至各站点（如果选择“下载”→“所选站点和伙伴站点”，将会一次性将组态信息下载至各个站点）。

下载完成后，打开SIMATICNET站组态编辑器窗口，检查组件状态。OPC服务器插槽的Conn列出现连接图标说明连接被激活。

点击SIMATICNET站组态编辑器窗口“ImportStation”按钮，在弹出的对话框中，选择OPC工程下的OPC1.XDB文件，导入OPC工程数据表。

以上工作完成后，OPC服务器所连接PLC站点就已经与OPC服务器建立了通讯连接，此时，就可以利用OPC服务器实时读写各个PLC站点的数据了。可以利用SIMATICNET下的测试软件OPCScout读写PLC的数据点，测试数据通讯状态是否正常。

三、DCS系统与OPC服务器通讯的实现

1、DCS系统工程师站建立连接

将DCS系统支持OPC通讯的FBM232卡件通过网线连接至主交换机，通过DCS工程师站配置FBM232卡件IP地址和子网掩码，要求与主交换机连接的设备在相同网段，将其作为OPCclient（客户端），实时读写OPC服务器的数据，从而实现PLC与DCS的OPC通讯。

设置完成后，在DCS系统内就可以组态相应的变量，实时读写各PLC系统内的数据地址，实现DCS系统对各个PLC系统的监控功能，进行集中控制，统一管理。

2、DCOM配置

由于OPC（OLEforProcessControl）是建立在Microsoft的COM（ComponentModel）基础上的，并且OPC的远程通讯依赖于Microsoft的DCOM（DistributeCOM），安全方面则依赖于Microsoft的Windows安全设置，要实现通过网络相互通信，OPCServer（OPC服务端）所在的操作系统，需要设置相应的DCOM安全属性，下面使用Windows7系统简单介绍配置过程。

2.1创建用户并赋予访问权限

检查确认OPC服务器当前用户的权限为Users用户组级别或更高，如Administrator管理员级别。要想使用DCOM权限，需要将当前用户加入“DistributeCOMUsers”用户组。

2.2修改操作系统Firewall（防火墙）关于DCOM和OPC的规则

也可以直接将系统防火墙关闭，省去本章节的配置内容。

由于DCOM使用操作系统的135端口，所以要想不同计算机上面的OPC服务器和OPC客户端通讯正常，要修改防火墙规则，允许135端口的连接。

打开防火墙管理控制台，如果“COM+Networkaccess”或“DCOM”规则不在防火墙的预定义规则列表中，可自己手动添加两个“PORT”（端口）规则：

TCP135

UDP135

此外，需要手动添加OPC服务器程序的规则。同样也需要添加OPCEnum系统服务程序规则，因为远程的OPC客户端计算机就是通过它获得这台计算机上面的OPC服务器名称列表的。

2.3配置DCOM安全

为通过网络正常访问OPC服务器，需要配置DCOM的访问和激活安全属性。

2.3.1配置“我的电脑”安全设置

启动“组件服务”，进入“组件服务管理器”。在“组件服务”管理器的左侧树形菜单，选择“组件服务\计算机\我的电脑”，打开“我的电脑属性”，选择“默认属性”标签页，确认几个属性的设置内容或状态：

在此计算机上启用分布式COM，此属性处于“选中”状态，默认分布式COM通信属性栏目下，“默认身份验证级别”选择的项目是：“连接”，“默认模拟级别”选择的项目是“标识”。

选择“我的电脑属性”，“默认协议”标签页，确认DCOM协议属性内容是：面向连接的TCP/IP。

选择“我的电脑属性”属性页面的“COM安全”标签页，选择“访问权限”栏目的“编辑默认值”和“编辑限制”，分别添加表3.1所列的用户，并设置用户的访问权限。

表3.1用户列表1

表3.2用户列表2

配置完成后，点击“我的电脑属性”属性页面的“确定”按钮，由于涉及到系统安全属性的修改，此时操作系统弹出警告消息，点击“是”按钮，保存刚才做出的所有修改，退出“我的电脑属性”属性页面。

2.3.2配置OPCENUM的安全设置

在“组件服务”左侧树形菜单，选择“组件服务\计算机\我的电脑\DCOM配置”，在列表中选择opcenum项目，在右键菜单选择“属性”项目。

在弹出的“OPCENUM属性”属性框的“常规”标签页，确认“身份验证级别”属性，设置项目是：无。

在“OPCENUM属性”框，选择“安全”标签页，选择“启动和激活权限”栏目，选择“自定义”选项，并点击“编辑”按钮，添加表3.2所列的组或用户。

在“安全”标签页，选择“访问权限”栏目，选择“自定义”选项，并点击“编辑”按钮。在弹出的“访问权限”属性设置对话框，添加表3.1所列的组或用户。

在“OPCENUM属性”框，选择“标识”标签页，确认“选择运行此应用程序的用户账户”属性，设置项目是：系统账户（仅用于服务）。

确认后点击“确定”按钮保存所作的修改。

2.3.3OPC服务器的安全设置

OPC服务器的安全设置可参照OPCEnum的设置过程，只是在“标识”属性页面有些不同。OPC服务器的安全设置在“标识”属性页“选择运行此应用程序的用户账户”属性设置为：交互式用户。

2.4配置本地安全策略

启动“本地安全策略”管理器，修改“安全设置\本地策略\安全选项”下的“网络访问：将Everyone权限应用于匿名用户”设置，将规则启用。

至此，服务器DCOM配置完毕，DCS系统可以以OPC客户端的身份，通过自己的通讯卡，直接读写OPC服务器的数据，从而完成与西门子PLC的通讯功能，实现DCS系统与各个独立控制系统的通讯。

四、结语

通过建立DCS系统与各个独立PLC控制系统的OPC通讯网络，实现了各个系统之间的数据通讯功能。利用此功能，可以在DCS系统统一对全厂各个系统进行逻辑控制，协同配合，从而优化控制方案，寻求最优的运行方式，在实现集中监控的同时，有利于提升整体的运行效率。

参考文献：

[1]廖常初，S7-300/400PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2]廖常初，祖正容，西门子工业通讯网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009.