探究基于OPC 技术的煤化工企业生产调度系统的设计与实现

近些年在工业生产监控和数据采集系统中广泛利用 OPC 技术，统一数据访问结构，可以无缝集成不同厂商设备和系统，优化工业控制系统的使用性能。在煤化工企业生产调度系统中利用 OPC 技术，可以实时采集生产数据，向上层管理系统中上传采集的数据，实现数据分析和展示，制定科学的生产调度决策。因此煤矿企业需要加大力度研究 OPC 技术，优化设计生产调度系统，提高整体生产效率和安全性。

一、基于OPC 技术的煤化工企业生产调度系统的设计

（一）系统架构设计

1. 总体架构

基于 OPC 技术的生产调度系统包括数据采集层和数据处理层以及应用层三个部分。数据采集层负责采集生产数据，同时利用 OPC 服务器传输数据[1]。数据处理层负责清洗和分析和存储采集的数据，为数据运算和逻辑判断等工作奠定基础。应用层的功能包括实时监控和工艺流程图展示等功能，辅助用户智能化管理生产调度工作，提高生产调度任务完成效率。

2. 各组成部分的功能

基于 OPC 技术的生产调度系统的核心组件为 OPC 服务器，可以和现场设备通信，并且可以转化采集的实时数据为标准格式，为其他系统利用提供便利。关键功能包括数据发布和历史数据查询以及报警管理等。利用 OPC 接口连接OPC 客户端和服务器，完成数据读取和写入，发挥出远程监控和控制功能。此外利用客户端实现数据可视化，还可以自动化生成报表，制定科学的生产调度决策。二者利用OPC UA 协议无缝集成，提高数据采集和处理和以及处理的效率，满足煤化工企业生产调度需求。

（二）数据库设计

1. 数据需求分析

生产调度系统数据需求较多，主要包括生产实时数据和历史数据以及设备状态数据等。生产实时数据包括温度和压力以及流量等参数，需要高频的采集和存储这些数据，增强实时监控和调度决策功能。在长期趋势分析和性能评估过程中需要利用历史数据，以时间序列为基础存储数据，提高后续数据查询和分析的便利性 [2]。设备状态数据负责对设备运行状态和故障信息以及维护记录等进行记录，有利于提高设备管理水平。此外系统还需要对用户权限和操作日志等管理数据进行存储，保障系统运行的安全性和可追溯性。

2. 数据库结构设计

为了满足数据需求，在数据库结构设计过程中需要高效存储和访问数据。首先根据数据类型划分为实时数据表和历史数据表以及设备状态表等，不同数据表包含不同的时间戳和工艺参数值以及设备 ID 等。其次构建索引优化数据查询效率，尤其在大规模历史数据处理过程中，需要提高索引设计的合理性，优化系统性能。此外利用规范化设计方法，可以控制数据冗余，保障数据完整性。在选择数据库管理系统的过程中，需要保证系统的兼容性和拓展性，为系统功能设计和数据量增长需求等给予满足。

二、基于OPC 技术的生产调度系统的实现

（一）开发技术和工具

开发基于 oPC 技术的煤化工企业生产调度系统，需要合理选择技术和工具，保障系统运行的稳定性。在系统开发过程中可以利用 C# 编程语言，可以实现各种复杂的业务逻辑。同时系统开发基于 .NET 平台，可以提供较多的类库和框架，落实多线程处理和网络通信以及数据库操作等功能，保障系统运行的稳定性。此外在 OPC 服务器交互中利用 OPC.NET API，简化接口开发，优化系统兼容效果。在设计用户界面的过程中利用WPF 技术，突出图形化展示效果，方便生产调度人员实时监控。

（二）关键技术实现

1.OPC 接口实现

开发基于 OPC 技术的生产调度系统，需要实现 OPC 接口。建立客户端和大服务器通信的过程中，可以利用 TCP/IP 协议连接网络，可以优化数据传输效果。OPC 客户端利用服务器对分布式控制系统中的数据进行访问。客户端利用gSoap开发工具，和OPC XML-DA服务器通信，转化采集的数据为统计XML格式，再利用 HTTP 协议向客户端传输数据。在数据读写操作中，利用 OPC 接口，可以高速读取和写入数据 [3]。此外为了保障数据的安全性，在系统中利用事务管理机制，在数据写入阶段落实校验工作，技术处理错误数据，规避数据丢失和错误等问题。

2. 数据处理和展示

基于 OPC 技术的生产调度系统可以处理和分析采集的生产数据，系统利用数据分析预处理实时数据，保证数据质量。在处理数据之后，利用多种方式向用户直观地展示数据。例如可以利用实时工艺流程图，可以向用户直观地展示出生产现场运行状态，辅助生产管理人员确定装置运行情况和工艺参数的改变。此外利用能源消耗分析功能，可以对水电气等消耗量数据进行计算，并且利用平衡分析图进行这哪是，方便管理人员监控能源。为了优化用户体验感，系统可以自动化生成报表，用户可以根据自身需求对报表内容和格式灵活地配置，为管理人员制定决策奠定基础。

（三）技术难题和解决措施

实现基于 OPC 的生产调度系统的过程中，存在数据兼容性问题和系统稳定性挑战等。首先煤化工企业在日常生产过程中涉及较多的设备，不同厂商的DCS 和 PLC 系统具有不同的数据格式和通信协议，因此增加数据采集难度。为了处理这一问题，需要统一系统数据标准。其次要保证系统稳定性，因为在长期使用过程中硬件设备可能会出现老化等问题，因此需要在系统中利用冗余控制方式，同时部署备用服务器，可以对关键数据定期备份。

结束语：

本文分析了基于 OPC 技术的煤化工企业生产调度系统的设计与实现工作，进一步提高煤化工企业生产调度效率，避免发生安全问题，合理控制煤化工企业的运营投资，实现可持续发展目标。

参考文献：

[1] 崔江 .OPC 技术在燃气电站集散控制系统通信中的应用 [J]. 自动化应用 ,2024,65(23):44-47.

[2] 窦典 , 张金姣 , 付伟华 , 等 . 基于 OPC 技术的虚拟 PLC 实验平台搭建研究 [J]. 黄冈职业技术学院学报 ,2023,25(02):100-104.

[3] 曹鲲 , 吴滨滨 .OPC 技术在水泥厂智能控制中的应用 [J]. 水泥工程 ,2023,(02):58-59.