【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部的控制系統(tǒng)、儀器儀表和過程控制系統(tǒng)的主要供應(yīng)商。 OPC 基金會(huì)的先驅(qū)(由 FisherRosemount, Rockwell 軟件公司、 Opto22, 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(gè)基本的、可運(yùn)行的 OPC 規(guī)范。 隨著 1997 年 2 月 Microsoft 公司推出 Windows95 支持的 DCOM 技術(shù)， 1997 年 9月新成立的 OPC Foundation 對(duì) OPC 規(guī)范進(jìn)行修改，增加了數(shù)據(jù)訪問等一些標(biāo)準(zhǔn)， OPC規(guī) 范 得 到 了 進(jìn) 一 步 的 完 善 。 OPC 是 基 于 Microsoft 公 司 的 Distributed interNetApplication (DNA)構(gòu)架和 Component Object Model(COM)技術(shù)的，根據(jù)易于擴(kuò)展性而設(shè)計(jì)的。 OPC 規(guī)范定義了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使得 COM 技術(shù)適用于過程控制和制造自動(dòng)化等應(yīng)用領(lǐng)域。 OPC 是以 OLE/COM 機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)。 OLE/COM 是一種 客戶 /服務(wù)器模式，具有一語(yǔ)言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。 OPC 規(guī)范了接口函數(shù)，小管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得用戶完全從底層的開發(fā)中脫離出來 [7]。 OPC 技術(shù)是 OPC 基金會(huì)組織制定的工業(yè)控制軟件互操作性規(guī)范，也是微軟為了中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 把 WINDOWS 應(yīng)用于控制系統(tǒng)和控制界共同推出的一項(xiàng)技術(shù)。它以微軟的COM/DCOM(組件模型和分布式組件模型 )技術(shù)為基礎(chǔ)，為工業(yè)控制軟州定義了一套標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象、接口和屬性，通過這些對(duì)象接口，應(yīng)用軟件之間能夠無縫地集成在一起，實(shí) 現(xiàn)了應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)交換方式的標(biāo)準(zhǔn)化，極大的提高了自動(dòng)化系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(yīng)用程序的最低級(jí)，即通過該接口將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集到DCS 或 SCADA 中來，又可用于應(yīng)用程序的中級(jí)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(jī)應(yīng)用程序中來，還可將 OPC 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)來采集數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè) OPC 服務(wù)器，允許客戶應(yīng)用程序從該服務(wù)器或網(wǎng)上運(yùn)行 OPC 服務(wù)器的其它節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上采集數(shù)據(jù)。總之， OPC 應(yīng)用不應(yīng)該局限于應(yīng)用程序與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各的接口，應(yīng)該認(rèn)為它是一種 Windows 應(yīng)用程序相互交換數(shù)據(jù)的通用規(guī)范。 三 、 OPC 技術(shù)的發(fā)展 OPC 基金會(huì) (OPC Foundation)是管理 OPC 標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際組織，其成員幾乎包括了世界上所有的控制系統(tǒng)、儀器儀表和過程控制系統(tǒng)的主要供應(yīng)商。 OPC 規(guī)范就是這些領(lǐng)先的自動(dòng)化軟硬件供應(yīng)商與微軟公司合作，制定的一套標(biāo)準(zhǔn)的 OLE/COM/DCOM 接口協(xié)議 [7]。 第一階段在 1996 年 8 月由 OPC Task Force(OPC Foundation 的前身 )發(fā)布了 OPC 版本。 隨著 1997 年 2 月 Microsoft 公司推出 Windows95 支持的 DCOM 技術(shù)， 1997 年 9月新成立的 OPC Foundation 對(duì) OPC 規(guī)范進(jìn)行了修改，發(fā)布了 OPC 規(guī)范 版，改名為數(shù)據(jù)存取規(guī)范 版 (Data Access Standard)。增加了數(shù)據(jù)訪問等一些標(biāo)準(zhǔn)， OPC規(guī)范得到了進(jìn)一步地完善。 1998 年推出 OPC 版本，修正了 版本的一些錯(cuò)誤，新增了幾個(gè)接口，調(diào)整了數(shù)據(jù)通信的方法，使程序更穩(wěn)定。 1998 年 12 月發(fā)布了報(bào)警事件規(guī)范 版。 1999 年 12 月升級(jí)到 版。 1998 年還發(fā)布了歷史 數(shù)據(jù)存取規(guī)范 版。 2021 年 1 月發(fā)布了批量過程規(guī)范 版。同年 10 月發(fā)布了安全性規(guī)范 版?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，作為其新技術(shù)之一的可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言 (extensible markup language, XML)非常適合于同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換， OPC 基金會(huì)專門成立了 XML工作組，正在努力制定將 OPC 數(shù)據(jù)向 Inter 上的應(yīng)用程序開放，從而增強(qiáng)與 OPC兼容應(yīng)用程序的電子商務(wù)功能的規(guī)范。 四 、 OPC 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 OPC 技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)具有多年的發(fā)展 歷史，已經(jīng)在過程控制和自動(dòng)化領(lǐng)域中進(jìn)行了大量的應(yīng)用。而最近，隨著 CE 等嵌入式系統(tǒng)的興起，一些大型的跨國(guó)公司正在開發(fā)可供嵌入式系統(tǒng)使用的 技術(shù)加入到 OPC 規(guī)范中去，使其適應(yīng) XML 技術(shù)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) OPC 又有了進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。當(dāng)前 OPC 在國(guó)外已不僅僅局限在過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)有使用 OPC 規(guī)范成功搭建微波通訊網(wǎng)絡(luò)的報(bào)導(dǎo)，這使 OPC 的應(yīng)用跨入了更廣闊的空間。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì) OPC 規(guī)范在過程控制領(lǐng)域也做了大量的推廣和研究，在電力、化工、水處理、造紙、智能建筑以及國(guó)防領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如電廠電力設(shè)各監(jiān)控、化工流程控制 、造紙工業(yè)制漿過程 DCS 控制、智能建筑弱電系統(tǒng)集成由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮了良好作用?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些公司加入到 OPC 基金會(huì)，成為其會(huì)員，開發(fā)出一些支持 OPC 技術(shù)的工控軟件，如北京亞控公司的“組態(tài)王” ,北京世紀(jì)長(zhǎng)秋公司的“世紀(jì)星”等投放市場(chǎng)后獲得了用戶的良好反應(yīng)。 OPC 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1) OPC 技術(shù)與 DDE 的比較： 在 OPC 技術(shù)出現(xiàn)以前， DDE(Dynamic Data Exchange)技術(shù)曾經(jīng)對(duì)過程控制作出巨大貢獻(xiàn)。但是 DDE 是基于 Windows 的消息傳遞而 建立的技術(shù)， DDE 技術(shù)與 OPC技術(shù)相比， DDE 技術(shù)存在以下問題： 數(shù)據(jù)的傳送速度較慢 沒有安全性管理機(jī)制 開發(fā)困難 功能缺乏柔軟性 可靠性也難以令人滿意 所以基于先進(jìn)的 COM技術(shù)的 OPC技術(shù)將逐漸取代現(xiàn)在在過程控制中廣泛使用的DDE 位置乃是順理成章的事情。隨著 OPC 技術(shù)的導(dǎo)入，和過去的 DDE 技術(shù)相比，在以下方面顯示出它的優(yōu)越性： 高速的數(shù)據(jù)傳送性能 基于分布式 COM 的安全性管理機(jī)制 開發(fā)成本的降低 實(shí)現(xiàn)具有高度柔軟性功能的系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的系統(tǒng) 通過上述比較 ，可以說明 OPC 技術(shù)更適應(yīng)當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域的需要 二 、 對(duì)以往的自動(dòng)化系統(tǒng)而言，大部分時(shí)間和金錢花在保證系統(tǒng)與設(shè)備之間共享信息 上。 OPC 減少了許多由于缺乏開放標(biāo)準(zhǔn)給系統(tǒng)集成帶來的問題，通過縮短開發(fā)周期和廣泛選擇供應(yīng)商產(chǎn)品，能大大節(jié)省用戶的時(shí)間和資金。 OPC 標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)增加凈利潤(rùn)的真正關(guān)鍵在于，它統(tǒng)一地實(shí)現(xiàn)了貫穿整個(gè)工業(yè)的實(shí)時(shí)信息共享。從開發(fā)角度而言，OPC 技術(shù)能夠節(jié)省開發(fā)時(shí)間，增強(qiáng)產(chǎn)品的可連接性和互操作性，同時(shí)可以使開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)更多的功能 [8]： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 節(jié)省時(shí)間 (減少了驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā) )， OPC 服務(wù)器只需開發(fā)一個(gè)版本的驅(qū)動(dòng)程序，使之能與所有的 OPC 客戶端程序通信。開發(fā)工作將集中在與數(shù)據(jù)源 (硬件設(shè)備、 數(shù)據(jù)庫(kù)等 )的通信上，而不用考慮與不同客戶的通信。 增強(qiáng)產(chǎn)品可連接性和互操作性，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了即插即用，硬件制造商將更容易地銷售他們的硬件 (一個(gè) OPC I/O 服務(wù)器將取代許多專用的驅(qū)動(dòng)程序，且能與不同的產(chǎn)品進(jìn)行通信 )。 使開發(fā)人員可以實(shí)現(xiàn)更多的新功能，開發(fā)商能將其精力投入到為其 SCADA、HMI 和 Batch 軟件增加新的功能上，而無需像過去那樣花費(fèi)大量人力物力 在專用驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和維護(hù)上。從應(yīng)用角度而言， OPC 技術(shù)的即插即用功能使得系統(tǒng)集成更加方便，能夠降低系統(tǒng)集成費(fèi)用，節(jié)省開發(fā)時(shí)間 。同時(shí)使客戶應(yīng)用程序具有連接性和互操作性，任何人都能在自動(dòng)化各層存取數(shù)據(jù) 。具有同步和異步的設(shè)備寫入方式，增加 /刪除項(xiàng)目無需關(guān)閉系統(tǒng)，升級(jí)組件更加方便高效。 OPC 兼容的組件大大降低了系統(tǒng)集成費(fèi)用，因?yàn)樗械能浖陀布M件遵守一個(gè)單一的、標(biāo)準(zhǔn)的接口。自動(dòng)化供應(yīng)商提供 OPC 服務(wù)器取代專用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器軟件，以前不同銷售商的軟、硬件之間的驅(qū)動(dòng)連接帶來的問題迎刃而解。應(yīng)用程序的開發(fā)周期也大 為縮短，從而為過程控制領(lǐng)域帶來應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)的利益。 即插即用使系統(tǒng)集成輕而易舉， DCS、 SCADA、 HMI、工廠生產(chǎn)計(jì)劃、維護(hù)以及其它生產(chǎn)制造可以利用 OPC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開放的信息交換。由于客戶機(jī)和服務(wù)器之間實(shí)現(xiàn)了互操作性，最終用戶能夠通過選取最適合安裝并能保證在一起有效工作的組件來獲得最大利益，不再像以往那樣受到應(yīng)用軟件選擇的限制。 客戶應(yīng)用程序的連接性和互操作性使客戶可以開發(fā)簡(jiǎn)單的 VB 程序與 OPC 服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，或者使用他們熟悉的客戶應(yīng)用程序來與 OPC 服務(wù)器交換數(shù)據(jù) 。OPC 標(biāo)準(zhǔn)提供了應(yīng)用程序必需的穩(wěn) 定性，并且鼓勵(lì)范圍更廣的軟件供應(yīng)商和服務(wù)提供商提供應(yīng)用程序。 OPC 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在企業(yè)的每一層都能存取與過程相關(guān)的數(shù)據(jù)，不再局限于工廠層的數(shù)據(jù)。通過 OPC 數(shù)據(jù)存取規(guī)范，工廠層數(shù)據(jù)可以向上流通到商業(yè)應(yīng)用層，決策者能更好地做出及時(shí)的、正確的決策以改進(jìn)工廠的經(jīng)營(yíng)效率。 簡(jiǎn)單易用自動(dòng)組態(tài)標(biāo)簽，只需少許的組態(tài)，就可以使用高效率的 OPC 組件。 增加 /刪除項(xiàng)目無需關(guān)閉系統(tǒng)，不需要關(guān)閉服務(wù)器就可增加和刪除項(xiàng)目，這明顯優(yōu)于許多專用驅(qū)動(dòng)專用驅(qū)動(dòng)。在增減項(xiàng)目之前必須關(guān)閉服務(wù)器軟件，而應(yīng)用 OPC標(biāo)準(zhǔn)后，根據(jù)數(shù) 據(jù)庫(kù)前端定義項(xiàng)目的一致性，客戶端應(yīng)用程序可以增加不同的項(xiàng)目，數(shù)據(jù)能立即傳回到 OPC 服務(wù)器。 同步和異步的設(shè)備寫入方式明顯優(yōu)于以往的應(yīng)用程序開發(fā)的 DDE 驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)需要寫入大量數(shù)據(jù)時(shí)選擇異步方式效率更高。 1 升級(jí)組件方便高效，采用 COM, DOOM 和 ActiveX 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是，當(dāng)服務(wù)器加入新功能時(shí)，當(dāng)前的 OPC 客戶機(jī)程序不會(huì)被淘汰。通過增加新的 COM 接中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 口，保留現(xiàn)有的、向下兼容的 COM 接口，能很容易地?cái)U(kuò)展 OPC 服務(wù)器，極大地方便了最終用戶。 課題的主要研究?jī)?nèi)容及意義 一 、 問題的提出 在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，存在著大量控制器和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字設(shè)備，這些設(shè)備來自不同的制造商，遵從不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，只能組成各自的控制系統(tǒng)，與特定的應(yīng)用軟件通信。雖然某些網(wǎng)絡(luò)之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但是不具有普遍性。傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)中，為使每個(gè)應(yīng)用程序與設(shè)各交換信息，必須為每個(gè)設(shè)備提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，由于設(shè)備多樣性和驅(qū)動(dòng)程序不兼容性，使應(yīng)用程序開發(fā)者必須花大量的精力開發(fā)各設(shè)備的驅(qū)動(dòng)接口，從而使開發(fā)時(shí)間費(fèi)用大大增加。設(shè)備不具有互操作性，使用中硬件的升級(jí)、變更和增加都可能引起驅(qū)動(dòng)程序的變 化，從而在維護(hù)過程中引起二次投資。由于每一個(gè)應(yīng)用程序有各自的驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)多個(gè)應(yīng)用程序讀取同一數(shù)據(jù)源，經(jīng)常發(fā)生沖突。設(shè)備廠商雖然可能提供驅(qū)動(dòng)程序，但與用戶開發(fā)的應(yīng)用軟件往往協(xié)議不一致，限制了客戶對(duì)軟件和硬件的選擇。為解決這個(gè)一直困擾工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的難題，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了大量的研究，提出了許多的解決方案。比較成功的是 OPC 基金會(huì)制定的 OPC 規(guī)范，根據(jù)該規(guī)范開發(fā)的 OPC 服務(wù)器，作為設(shè)各與應(yīng)用軟件之間通信的中間件，很好地解決了上述問題， OPC 正在逐漸成為過程控制的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在這方而的研究起步較晚，自 OPC 規(guī)范發(fā)布以來，才取得了較大的進(jìn)展，現(xiàn)已列入國(guó)家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目。與此同時(shí)，全國(guó)現(xiàn)在已有多家科研院校和控制系統(tǒng)公司對(duì)其研究，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制軟件 [9]。 二 、 主要研究?jī)?nèi)容 針對(duì)傳統(tǒng)控制過程中的不足和局限性，研究 OPC 技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)和通信機(jī)制，以及 OPC 客戶端開發(fā)的技術(shù)細(xì)節(jié)。并對(duì) OPC 的技術(shù)基礎(chǔ) COM 進(jìn)行了解，掌握一般基于 VB 的 OPC 客戶端的開發(fā)流程和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在客戶端的開發(fā)中，提出了 OPC Server 對(duì)象、 OPC Group 對(duì)象和 OPC Item對(duì)象 的結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)各對(duì)象實(shí)現(xiàn)接口函數(shù)，拆分出多個(gè)子功能模塊，實(shí)現(xiàn)同步讀寫、異步讀寫、訂閱采集等通信方式。 兼容 OPC 的異步通信操作，為滿足不同的應(yīng)用程序從各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，課題主要涉及如下內(nèi)容 ： ? OPC 規(guī)范的體系結(jié)構(gòu)和通信方式，包括 OPC 客戶端開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù) ? OPC 客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 三 、 研究的意義 當(dāng)前我國(guó)還有大量早期控制系統(tǒng)，它們使用設(shè)備供應(yīng)商的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信，其數(shù)據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 格式不規(guī)范，與現(xiàn)在主流應(yīng)用程序小能很好地兼容。為了有效地發(fā)揮這些原有設(shè)備的潛能，使其 能連接到當(dāng)前多客戶的應(yīng)用環(huán)境中，對(duì) OPC 規(guī)范的研究將非常具有現(xiàn)實(shí)意義。此外，對(duì)作為過程控制通信標(biāo)準(zhǔn)的 OPC 的研究，將促進(jìn)我國(guó)在工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展在國(guó)際化過程中，中國(guó)已經(jīng)成為“世界工廠”，各種先進(jìn)的管理和控制技術(shù)都在這個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)中運(yùn)用，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，跟上世界發(fā)展的潮流，掌握和發(fā)展控制領(lǐng)域具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，將對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防現(xiàn)代化產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。 四 、 論文的主要結(jié)構(gòu) 本論文課題主要 研究基于 OPC 規(guī)范的數(shù)據(jù)