OPCUA技术在港口自动化控制系统中的应用.pdf
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1、Port Operation2023.No.3(Serial No.270)OPC UA技术在港口自动化控制系统中的应用林荣龙上海振华重工(集团)股份有限公司摘要:针对自动化码头操作系统与现场设备之间的实时信息交互问题,介绍了OPC UA技术的特点及规范内容,分析了OPC UA技术在项目应用中数据访问服务、流程分析和故障分析等方面遇到的主要难点,给出一种基于OPCUA的应用集成方案及其实施要点。关键词:OPCUA;港口自动化;PLC;信息交互Application of OPC UA Technology in Port Automation Control SystemLin Ronglon
2、gShanghai Zhenhua Heavy Industries Co.,Ltd.Abstract:Aiming at the problem of real-time information interaction between TOS of automated terminal and fieldequipment,the characteristics and specification contents of OPC UA technology are introduced,the main difficultiesencountered in data access servi
3、ce,process analysis and fault analysis in the project application of OPC UA technology areanalyzed,and an application integration scheme based on OPC UA and its implementation points are given.Key words:OPC UA;port automation;PLC;information interaction1引言随着全球工业生产技术迅速发展,生产现场与企业层级间大量生产数据需要进行快速准确的采集,以
4、便更好的分析、评估和应用现场实时数据 。通过对实时数据的研究,企业层级决策系统可对现场生产实行更加高效的管理。自动化码头的 TOS(Terminal Operation System,码头操作系统)是码头运营的核心,重点需要解决TOS系统与现场设备之间的实时信息交互问题。首先要理清 TOS 与 ECS(Equipment Control System,设备控制系统)两者的架构和接口问题,继而增强生产管理计划与现场控制之间的协同能力,实现码头管理层到现场单机PLC及远控室操作台PLC,以及人机界面和各自动化软件的高效安全连接。基于OPC UA技术的数据采集平台是一个高度集成、开放和共享的数据服务
5、平台。OPCUA是规范的实施数据中间件开发的框架,具备功能完整性、易用性、可扩展性、跨平台、支持多种开发语言的特点 2 。为了确保码头自动化流程数据采集高效执行,数据交互服务需要满足统一的标准。采用OPCUA技术可以在不同的工控系统、监控系统、管理系统之间建立统一的标准接口,解决不同厂商开发造成的接口异构问题,规范自动化码头生产的控制流程。542OPC UA技术2.1OPCUA通信技术规范概述OPC UA 的前身 OPC(OLE for Process Control),即用于过程控制的OLE(O b j e c t Li n k i n g a n d Emb e d-ding,面向对象的链
6、接和嵌入),在控制级别很好地解决了硬件设备间的通信标准问题。但OPC仅支持Windows操作系统,且传统OPC技术不够灵活、平台局限,因此研发出了OPC UA(OPC统一架构)标准 3 。OPC UA技术规范即信息与数据交换的统一标准,有效实现了工业自动化过程中软件与设备间的数据交互。由于OPC UA标准能拥有完善的互操作性、安全性和通讯可靠性,因此非常适用于跨层级的数据交互。工业以太网允许同时进行OPCUA通信和实时通信,满足对时间要求严格的驱动数据、PLC数据、流程控制数据等的传送要求。2.2客户端和服务器模型架构OPCUA技术内容主要包括两部分:OPCUA客户端与服务器,其中OPC服务器
7、负责数据信息收集和整理,并通过OPCUA标准接口将数据信息发布在服务器通讯栈中;OPC客户端创建会话过程后,在标准接口发送请求和接受传输的数据,实现客户港口装卸2 0 2 3 年第3 期(总第2 7 0 期)端与服务器之间的交换信息服务。许与其他服务器和客户之间的互动。采用OPCUA客户端API与通信栈交互,由通3OPCUA技术在码头自动化系统应用与实现信栈与OPCUA服务器的通信栈之间进行信息传递,服务器响应对应的请求,并将结构按相反的方向传递回客户端 4。其应用结构见图1。OPCUA客户端代码头实现端OPCUAServerAPIOPCUA通信栈OPCUA通信栈OPCUAClinetAPI地
8、址空间(Node)监控Node(订阅)OPCUA服务器代码实现端图1 OPCUA客户端通信结构2.3基于OPCUA的应用集成框架OPC UA具有很好的可集成性,可以实现现场控制器、操作控制软件和管理软件系统之间统一的信息交换。OPC UA不仅可进行数据传递,而且还可传递与数据有关的信息,其中数据类型、变量名、数据方法等可实现对数据进行解析访问。基于OPC UA系统结构,系统间可有多个客户端和服务器的联合互动,每个服务器可同时和多个客户端交互,每个客户端也可以同时访问多个服务器。应用程序可能会结合服务器和客户端组件,允码头操作码头操作系统任务跳台等远程控制西门子PLC系统OPCUA客户端中控设备
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