【正文】 ......................................................................... 20 工程背景及工藝 ......................................................................................................... 20 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 IV 頁 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC 設計二級控制系統(tǒng) 工程背景 ......................................................................................................... 20 工程工藝 ......................................................................................................... 21 OPC 服務器與現(xiàn)場設備的連接 ................................................................................ 22 OPC 服務器與客戶端的連接 .................................................................................... 23 OPC 服務器客戶端程序的主線程 ............................................................................ 28 總 結 ........................................................................................................................................ 29 致 謝 ........................................................................................................................................ 30 參考文獻 .................................................................................................................................. 31 附 錄 A （ OPC——the standard for real time munication） ........................................ 32 附 錄 B （ OPC——實時通信標準） .................................................................................. 36 附 錄 C .................................................................................................................................... 39 附 錄 D .................................................................................................................................... 52 附 錄 E .................................................................................................................................... 60 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC 設計二級控制系統(tǒng) 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC設計二級控制系統(tǒng) 1 緒 論 研究背景 現(xiàn)在，工業(yè)自動化系統(tǒng)的應 用已經(jīng)非常普及， DCS（ Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）得到了廣泛應用，現(xiàn)場總線技術正在逐步完善、成熟起來。但是目前工業(yè)自動化系統(tǒng)絕大多數(shù)是封閉的系統(tǒng)，缺乏統(tǒng)一、標準的開放式接口。不同廠家的產品如果要集成在一起，必須為它們開發(fā)專用的接口。隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)功能要求越來越復雜，完全用一個廠家的產品來構成整個系統(tǒng)是很困難的。不同廠家的產品之間接口的復雜性限制了用戶的選擇，不能根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇最佳的系統(tǒng)集成方案。同時，軟件在自動化領域內使用的重要性與日俱增。無論項目是否涉及到 操作、可視化、數(shù)據(jù)存檔或控制，向純粹的、基于 PC 的軟件解決方案的發(fā)展趨勢是不可阻擋的。這些軟件解決方案不再是開發(fā)單個的模塊，而是由專用的軟件組件組成。采用可重復使用的軟件組件以及利用這些軟件組件所具有的柔性構成整個系統(tǒng)，成為發(fā)展的必然趨勢，因而通信接口不兼容的問題急需解決。 OPC（ OLE for Process Control，用于過程控制的 OLE）技術的出現(xiàn)提供了解決方法。當現(xiàn)場設備、應用軟件都具備標準的 OPC 接口時，便可集成來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，使運行在不用平臺上、用不同語言編寫的各種應用軟件順利集成 。 OPC 的基礎知識 OPC 產生的背景 傳統(tǒng)的 SCADA(監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) )開發(fā)中出現(xiàn)的一個主要問題是軟件的重復開發(fā)，軟件不能夠重用，資源不能共享，造成大量人力與物力資源的浪費。隨著計算機軟件的發(fā)展，這種情況有所改觀，高級語言中庫函數(shù)的采用，實現(xiàn)了一定程度上資源的共享，尤其是面向對象的方法的應用，使得我們可以利用面向對象的繼承等方法大量重用源代碼。但這些重用只是對源代碼級的重用而不是對可執(zhí)行文件級的重用，對每一類庫都要重新編譯，所以并沒有真正實現(xiàn)資源共享，并且對某個模塊中某個類庫的修改 將 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC 設計二級控制系統(tǒng) “ 觸一發(fā)而動全身 ” ，引起所有引用該類庫的模塊的修改，因此非常難以實現(xiàn)某個模塊的升級。同時，為一種語言開發(fā)的類庫以及函數(shù)庫都不能夠為其他語言所用，也大大限制了軟件的重用。一般實時監(jiān)控系統(tǒng)為分布式的結構，實現(xiàn)了人機接口、通信、數(shù)據(jù)處理等功能在網(wǎng)絡上的分布，同時將一個系統(tǒng)劃分為各個子系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的復雜程度，改善了系統(tǒng)性能，便于整個系統(tǒng)的開發(fā)，減少了開發(fā)周期與維護費用。但由于系統(tǒng)各個計算機的通信協(xié)議依賴于某個廠家，沒有形成統(tǒng)一的標準，不同廠家之間的軟件與硬件的集成難于實現(xiàn)。因此也沒有真正實現(xiàn)不同廠家的軟件共享 。從更廣泛的意義上看，新的過程控制信息體系的各層都有著各自的要求，他們都要求信息的一致性。 現(xiàn)場控制層：智能現(xiàn)場設備的出現(xiàn)，可以提供過去不能提供的大量豐富的有關此現(xiàn)場設備的信息。所有這些信息必須以一致的方式提供給客戶應用程序。 過程管理層： DCS（集散控制系統(tǒng)）和 SCADA 必須以統(tǒng)一的方式為操作員和工程師等決策者提供數(shù)據(jù)。 經(jīng)營決策層：對生產過程信息的綜合，有助于企業(yè)最優(yōu)生產，節(jié)省財政開支。而向客戶應用程序以統(tǒng)一的方式提供信息，可最小化企業(yè)在信息綜合上的精力。 為了有效地完成信息集成，關鍵是制訂一種集中于數(shù) 據(jù)訪問而不是數(shù)據(jù)類型的開放的、有效的通信標準。定義 OPC 的目的就是為應用程序訪問工廠前臺提供共同的方法，允許兼容的應用程序無縫的訪問生產環(huán)境中的數(shù)據(jù)。 在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，智能設備之間及智能設備與控制系統(tǒng)軟件之間的信息共享是通過驅動程序來實現(xiàn)的。任何一種 HMI（ Human Machine Interface，人機接口）等上位監(jiān)控軟件或其它應用軟件（如趨勢圖軟件、數(shù)據(jù)報表與分析等）在使用某種硬件設備時都需要開發(fā)專用的驅動程序，如圖 [1]。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC 設計二級控制系統(tǒng) 圖 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結構 為了解決上述問題，硬件制造商 們一直試圖開發(fā)出一種可以被任何客戶使用的超級“ I/O 驅動 ” 程序。但是由于客戶協(xié)議的不一致，這項工作至今沒有取得成功， OPC 和現(xiàn)場總線標準的制定正好為上述問題的解決開辟了新的道路。 采用 OPC 標準后，針對硬件的驅動程序不再由軟件開發(fā)商開發(fā)，而是由硬件開發(fā)商根據(jù)硬件的特征提供統(tǒng)一的 OPC 接口程序。由于硬件開發(fā)商對自己的硬件特征了如指掌，從而能夠最大限度地挖掘硬件的潛力，提高驅動程序的性能。 基于 OPC 標準的數(shù)據(jù)訪問方式如圖 。采用 OPC 標準后，由硬件開發(fā)商提供統(tǒng)一的 OPC 接口程序，從而避免了開發(fā)重復性， 使開發(fā)費用大大降低。 OPC 規(guī)范采用客戶 /服務器模型，其實質是在硬件供應商和軟件供應商之間建立一套 “ 游戲規(guī)則 ” ，只要遵循這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的。硬件供應商無需考慮應用程序的多種需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質和操作過程。這樣可以靈活而有效地在應用和過程控制設備之間讀寫數(shù)據(jù)。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC 設計二級控制系統(tǒng) 圖 采用 OPC 后控制系統(tǒng)結構 OPC 的 歷史 OPC (OLE for Process Control——用于過程控制的 OLE)是一個工業(yè)標準，它是許多世界領先的自動化和軟、硬件公司與微軟公司合作的結晶。這個標準定義了應用Microsoft 操作系統(tǒng)在基于 PC 的客戶機之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法。管理該標準的組織是 OPC 基金會。該基金會的會員單位在世界范圍內超過 220個，包括了世界上幾乎全部的控制系統(tǒng)、儀器儀表和過程控制系統(tǒng)的主要供應商。 OPC 基金會的先驅 (由 FisherRosemount、 Rockwell 軟件公司、 Opto 2 Intellution 和 IntuitiveTechnology 公司組成的 “ 特別工作組 ”) 在經(jīng) 過一年工作后，開發(fā)出一個基本的、可運行的 OPC 規(guī)范。 隨著 1997年 2月 Microsoft 公司推出 Windows95支持的 DCOM 技術， 1997年 9月新成立的 OPC Foundation 對 OPC 規(guī)范進行修改，增加了數(shù)據(jù)訪問等一些標準， OPC 規(guī)范得到了進一步的完善。 OPC 是基于 Microsoft 公司的 DistributedinterNetApplication(DNA)構架和 Component Object Model(COM)技術的，根據(jù)易于擴展性而設計的。 OPC 規(guī)范定義了一個工業(yè)標準接口，這個標準使得 COM 技術適用于過程控制和制造自動化等應用領域。 OPC 是以 OLE/COM 機制作為應用程序的通訊標準。 OLE/COM 是一種客戶 /服務器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。 OPC 規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從底層的開發(fā)中脫離出來 [2]。 OPC 技術是 OPC 基金會組織制定的工業(yè)控制軟件互操作性規(guī)范，也是微軟為了把WINDOWS 應用于控制系統(tǒng)和控制界共同推出的一項技術。它以微軟的 COM/DCOM( 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 冷軋清洗線控制系統(tǒng)設計 —— 用 C++和 OPC 設計二級控制系統(tǒng) 組件 對象 模型和分布式 組件 對象 模型 )技術為基礎，為工業(yè)控制軟件定義了一套標準的對象、接口和屬性，通過這些對象接口，應用軟件之間能夠無縫地集成在一起，實現(xiàn)了應用程序之間數(shù)據(jù)交換方式的標準化，極大的提高了自動化系統(tǒng)，現(xiàn)場設備系統(tǒng)，商業(yè)辦公系統(tǒng)之間的互操作性。 OPC 接口既可以用于應用程序的最低級，即通過該接口將現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集到 DCS或 SCADA中來，又可用于應用程序的中級環(huán)節(jié)，即通過該接口將數(shù)據(jù)從 DCS 或 SCADA系統(tǒng)采集到上位機應用程序中來，還可將 OPC 應用于網(wǎng)絡計算機來采集數(shù)據(jù)，設計一個 OPC 服務器，允許客戶應用程序從該服務器 或網(wǎng)上運行 OPC 服務器的其它節(jié)點計算機上采集數(shù)據(jù)?？傊?OPC 應用不應該局限于應用程序與現(xiàn)場設備的接口，應該認