能源控制系统的集成

申健

摘 要介绍了OPC技术的基本概念以及基于OPC技术进行工控系统集成的基本原理。同时本着对系统的安全性、数据的有效性，合理规划出工控集成系统的网络设计。

【关键词】OPC 系统集成 网络规划

随着互联网技术的飞速房展，“大数据”、“物联网”成了时下的火热名词，而在能源控制系统领域，各能源控制系统集成则是实现“物联网”、“大数据”的基础。同时对于能源运行保障单位而言，系统集成则将对系统优化运行起到决定性作用。例如，目前国内大部分工业园区、楼宇物业等单位，作为能源生产侧的锅炉房监控系统、制冷监控系统与能源消耗侧的楼宇监控系统是分离开来的，这样的部署在消耗了人力的同时，又使每个独立的控制系统成为了信息孤岛，若将锅炉房监控系统、制冷监控系统与楼宇监控系统进行集成，则可实现能源从生产到输配再到消耗的全链条式管理与调控，若在此基础上植入能源消耗模型，则可实现更为智能化的调节与控制。

1 OPC技术的应用

系统集成的基本操作是采集各子系统的数据，系统间进行数据通信成为最先需要解决的问题。能源控制系统大多采用过程控制，集成系统所采集的数据需具备实时性，这样系统集成才具有指导生产与调控的意义。由于各能源子系统的建设时间、建设单位等不尽相同，所以系统集成需要统一集成系统与各子系统之间的通讯协议。这其中应用较广也是技术较为成熟的是OPC通讯协议。OPC全称OLE for Process Control，即用于过程控制的OLE技术，它是一个工业标准，有OPC基金会管理该标准，该基金会会员已超过200家，涵盖了世界上主流的自动控制系统、仪器仪表及过程控制公司。OPC技术是作为连接监控软件与现场控制设备的桥梁而诞生的。监控系统软件OPC客户端，现场控制设备作为OPC服务器，使得控制软件与现场设备直接通信，不再拘泥于死板的接口程序中，使得一套控系统的开放性与灵活性大大的提高。但是随着自动控制系统建设的规范性、合理性逐渐增强，目前大多数自控系统的软硬件都属于一家单位建设居多，所以OPC技术作为软件与硬件“翻译”的角色正在淡化。

与此同时，OPC技术规范定义的是OPC服务器程序和客户机程序进行通讯的接口或通讯的方法。

OPC服务器一般由设备供应商或者由独立的软件供应商提供，符合OPC技术规范。

OPC服务器数据的使用者（客户端）引用访问接口去开发OPC自动化接口的客户应用程序。

由此可见，在系统集成中，集成系统可开发OPC客户端集成数据，各子系统可配置OPC服务器提供数据。

2 网络规划

目前自控系统一般分为现场设备层、过程控制层和企业管理层，而系统集成则是在企业管理层上实现的，也就是说在各子系统配置OPC服务器后，各子系统需要组建网络来实现系统间通信。

集成系统是一套依托于网络进行能源系统信息和相关办公信息集成的信息管理系统，具有较高的数据安全和稳定要求。现场将通过光纤网络联接相关子系统进行数据传递。同时各子系统之间不能进行通讯。

集成系统是以B/S结构方式向用户通过OA办公网络进行服务提供。同时，还可能利用公共网络向移动端或者外部网络提供数据支持，因此，在核心出涵盖服务器集群，以及办公网络和公共网络的对接。

建成一个具有高可靠性和安全性的能源网络，提供面向特定人员的WWW服务、FTP服务、数据库服务等，实现数据的共享。

3 网络链路敷设

为了确保网络的安全性与可靠性，建议采用混合链接法。示例如图2所示。

通过将光纤内每个芯链接独立子站的交换机，利用开始的两芯与结束的两芯形成两个环路，使得网络中核心交换机与每个子站交换机都是直连，同时两个环网保障网络安全性。提高了数据交换效率，降低了网络节点个数同时提高网络的安全性，当出现断点时，可以利用环形网络逐级交换数据，确保光纤在有1个断点时可以继续保障系统的运行。

4 网络拓扑

网络宜采用树形结构，树形拓扑的可折叠性非常适用于构建网络主干。由于树形拓扑具有非常好的可扩展性，并可通过更换网络设备使网络性能迅速得以升级。同时环网中的冗余链接，由网络设备“生成树”进行协商设定断口，当线路出行故障时，自动链接汇聚间的交换机确保网络正常。

核心网络链接服务器集群、汇聚交换机以及路由器，在本网络中只允许进行数据传递，禁止实现应用传送，确保网络的安全性。

数据采集子站的功效是進行网络隔离和数据的汇聚确保本系统的网络和各子自控系统的安全。该设备可以是服务器也可以是网络设备来进行代替。

所有网络设备，必须支持管理功能，支持生成树协议、VLAN划分。核心交换机必须是三层交换机。

5 网络逻辑设计

根据需求，本网络中，只允许各数据采集子站与数据服务器进行通信，不允许各子系统之间通讯，也不允许直接进行应用访问，因此需要以下涉及。

5.1 VLAN划分

每一个子系统系统涉及单独的VLAN，分别设置子系统的VLAN，确保每个子系统不在同一个局域网中，同时，设置管理VLAN，便于网络管理员对于网络运行情况的监控。

5.2 IP划分

本系统中主要是进行数据采集，并不会有大量终端设备接入，因此C类网址既可以满足需求，但是由于个子自控系统经常默认以C类网址进行自控网内的标识，因此，建议采用自私又B类网址进行IP规划。子网则以172.16.0.0/24进行划分，既可以保证接入机器数又可以保证子网数量。

5.3 访问控制列表（ACL）

核心交换机承担个子网网关的作用，在设置相应的路由同时，要进行访问列表控制，只允许服务器集群的VLAN子网访问各个数据采集子网，禁止相关子网的访问链接。

6 结语

本文对OPC技术进行了简要介绍，探讨了基于OPC客户端与OPC服务器技术进行能源工业控制系统集成的基本技术。同时还对系统集成后的网络进行了规划建议。可以看出基于OPC技术进行系统集成后，对网络进行合理规划，是未来解决信息孤岛，实现大数据分析的主流趋势。

参考文献

[1]黄维通.Visual C++面向对象与可视化程序设计[M].北京：清华大学出版社，1997.

[2]潘爱民.COM原理与应用[M].北京：清华大学出版社，1999（11）.

[3]尤国华.网络规划与设计[M].北京：清华大学出版社，2016.

作者单位

北京首都机场动力能源有限公司 北京市 100621