基于SPS成品油管道仿真培训系统研究

徐庆春任泽

（1中国石化销售有限公司华南分公司，广东广州510620）

（2中国石油大学，北京102249）

基于SPS成品油管道仿真培训系统研究

徐庆春1任泽2

（1中国石化销售有限公司华南分公司，广东广州510620）

（2中国石油大学，北京102249）

根据SPS作为后台计算程序，力控作为前台界面开发成品油管道的仿真培训系统，讨论其数据交互的模式。SPS开放了API和OPC等接口，力控同时也开放了API、OPC和DDE等接口，当需要实现数据交互时可以适当的选择进行对接，讲解了API-API、API-DDE、API-OPC和OPC-OPC四种对接模式，同时也对4种模式的具体实现操作和优劣对比进行了叙述。

成品油管道SPS数据交互

1　引言

近年来随着计算机技术与应用的飞速发展，使得PC机作为上位机在工业控制领域占主导地位，Windows下的控制软件或培训软件的应用也越来越广泛，力控组态软件具有组态方便、很强的监控功能和动画效果等特点。但是力控组态软件没有完善的计算功能，而SPS（Stoner Pipeline Simulator）是Stoner公司开发的够实现长输管道的离线实时模拟的水力计算软件，是世界公认的用于长距离输油（气）管道设计、计算以及全线自动化控制模拟的高精度软件。利用SPS作为后台计算程序，力控作为前台界面开发组态，实现这2个软件之间的数据交互，对真实的管道现场的实际运行过程进行模拟，同时把数据展现在员工熟悉的组态界面上，让员工在虚拟的电子管道上进行操作，以便实现培训的作用［1，2］。

虽然力控和SPS都为用户提供了多种接口，但实现实时数据交互还是比较复杂，特别是当需要实现一些特殊功能而力控和SPS并没有对实现此功能的函数进行封装时，就需要操作人员编写大量的代码程序实现其应用。

2　交互模式介绍

本文分别介绍了API-API、API-DDE、API-OPC和OPC-OPC四种数据交互对接模式，同时也对这4种模式的优劣进行对比。

2.1API-API

应用程序接口（Application Programming Interface，API）是一组定义、程序及协议的集合，通过API接口实现计算机软件之间的相互通信。

API-API对接模式原理是根据SPS和力控开放的API接口在VC平台中编写一个控制台应用程序，实现2个软件的数据和命令传输。力控公司提供了DbCommOCX提供面向对象的编程方式。通过DbCommOCX可以访问本地或远程力控实时数据库DB，对DB的实时数据进行读写，并对历史数据进行查询［3］。当DB数据发生变化时，通过事件主动通知DbCommOCX应用程序，同时SPS开放了cim interface、dr★interface和rtu★interface等多个API函数接口，通过编写API函数把SPS计算出的数据存入力控实时数据库DB中，并读取力控API的一些命令指令，实时改变模拟设备状态，如图1所示。

图1　API-API交互模式

具体实现步骤为，在VC平台DbCommOCX项目中添加SPS“saiInterface.h”头文件。编写SPSAPI函数，连接SPS程序，通过drgetv（）和drGetTimePlot（）等函数获取所需的点数据并实时传递到自定义变量中，再编写力控API函数，连接力控程序，通过SetData（）函数改变力控变量实时值为自定义变量。再把变量与界面系统相应位置相连接，完成数值交互。把力控界面命令与变量相连接（开阀为1，关阀为0）通过GetData（）导出实时值，经过判断语句，使用cdrptc（）、cim（）函数对SPS发布命令，完成命令交互。

API-API对接模式的优势在于使用软件原始的API函数，自己可控和修改范围较广。劣势在于数据交互可靠性和稳定性依赖于用户二次开发编程逻辑，对编程水平要求比较高。

2.2API-DDE

DDE是一种动态数据交换机制。使用DDE通讯需要2个Windows应用程序，其中一个作为服务器处理信息，另外一个作为客户机从服务器获得信息。客户机应用程序向当前所激活的服务器应用程序发送一条消息请求信息，服务器应用程序根据该信息作出应答，从而实现2个程序之间的数据交换。

API-DDE对接模式原理为利用SPS和力控已经开放对接的第三方软件Excel为中间桥梁，实现SPS和力控的数据交互。力控系统和Excel都支持DDE接口，在连接时使力控作为DDE客户端，Excel作为DDE服务器实现动态数据交换［4］。SPS提供了spsDataServer2内置的自动化服务，在安装SPS时，spsDataServer2.dll文件被注册到注册表中，使支持COM插件的程序（如VB、Excel、Internet Explorer）可以引用此插件，与SPS连接，如图2所示。

图2　API-DDE交互模式

具体实现方法为，打开力控IoManager，在导航器中选择DDE设备，配置设备定义参数，选择目标Excel文件，再把模拟I/O点通过DDE连接到Excel相应单元格内，如图3所示。再在Excel中COM加载项中添加spsDataServer2.dll文件，在插件中编写GetValue（）、GetDistancePlot（）等低级API函数实时输出所需数据，在与之前连接到力控的相应单元格对应完成数值交互。通过SendCommand（）低级API函数完成命令交互。

图3　力控DbManager界面

API-DDE对接模式的优势在于这种方法十分简单，不需要编写太多的程序。劣势在于在交互数据暴露在外面，安全性和稳定性较差；进行数据交互时要打开Excel文件，使程序链接看起来很不自然；DDE接口数据传输能力相对较差，传输的质量和速度都要受到一些影响。

2.3API-OPC

用于过程控制的OLE（OPC）是一个工业接口标准，基于微软的OLE（现在的Active X）、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［5，6］。

API-OPC对接模式原理为根据SPSAPI接口和OPC协议，利用C++语言编写带有OPC接口的应用程序，再通过OPC与力控进行连接，实现2个软件的数据和命令传输。力控系统支持OPC接口，在连接时使力控作为OPC客户端，将编写的OPC服务器当做一个I/O设备，实现数据交互，如图4所示。

图4　API-OPC交互模式

具体实现方法为，在VC平台用ATL组建创建一个Exe进程外服务器载入，下载并载入OPC服务器开发工具包。完成OPCServer COM对象的创建，用OPCServerlist来维护OPC服务器链表。完成OPCGroup COM对象的创建，用GroupList来维护OPC组链表。完成对Tag的添加、删除、刷新、读操作和写操作等功能并实现数据的同步和异步访问方式。通过SPSAPI函数把所需数据实时输出到特定变量中，再完成特定项与变量的链接。完成OPC服务器开发的后续工作，通过力控OPC客户端进行链接。

API-OPC对接模式的优势在于利用OPC传输协议，技术比较成熟，传输速度较快。劣势在于OPC服务器开发难度很大，完成数据交互存在难度，可靠性和稳定性依赖于用户二次开发编程逻辑。

2.4OPC-OPC

OPC-OPC对接模式原理为SPS提供了OpcToSps-OPC客户端和StOPC-OPC服务器供用户使用，可以方便地与力控OPC服务器和OPC客户端相互连接。这种模式的优势在于实现数值传输非常简单方便，但是由于SPSOPC系统不提供命令传输函数，所以不能对力控界面上的操作进行传输，4种交互模式对比如表1所示。

表1　4种交互模式的对比

5　结束语

基于力控与SPS开发管道仿真培训系统，可以有效的提高工人素质，保障生产安全。用户可以根据自己的需求，选择上述的交互模式进行数据交互。本文对上述4种交互模式进行了研究，并对其传输稳定性、传输速度、实现交互的难易程度和可实现的功能进行了对比。

［1］赵雨桐.基于SPS软件的原油管道动态仿真应用与探讨［J］.中国管理信息化，2014，17（16）：36-38.

［2］欧阳忠滨，吴长春，艾慕阳.输油管道仿真技术及其应用［J］.油气储运，2004，23（8）：1-5，60.

［3］王平，李大庆，王颋，等.OPC服务器开发工具包软件的设计与实现［J］.计算机工程，2009，35（22）：275-277.

［4］陈丹丹，钱美，夏立，等.OPC服务器开发的几种方法［J］.微计算机信息，2006，22（16）：28-29，54.

［5］李宏宇.OPC技术在工控组态软件中的研究及应用［D］.大连：大连理工大学，2005，15-17.

［6］孙瑞琦.基于OPC的工业以太网组态软件的接口设计与实现［D］.北京：华北电力大学，2012，32-33

Multi-product Pipeline Simulation Training System based on SPS

XU Qing-chun1，REN Ze2
（1 Southern China Sub-company of Sinopec Chemical Commercial Holding Company Limited，
Guanzhou Guandong 510620，China）
（2 China University Of Petroleum Beijing，Beijing 102249，China）

This paper discusses a data interactive mode by taking SPS as background process and force control as a multi-product pipeline simulation training system.The SPS opens API and OPC interfaces，and the force control opens the API，OPC and DDE interfaces.The system can be appropriately selected for docking when it needs to implement the data interaction.The paper introduces such 4 docking mode as API-API，API-DDE，API-OPC and OPC-OPC，and describes the typical implement operation and the comparison of advantages and disadvantages of these four modes.

multi-product pipeline；SPS；data interaction

TP319

A

1008-1739（2015）19-58-3

定稿日期：2015-09-12