【導(dǎo)讀】究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；互、實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)開放性的中間件技術(shù)。程序?qū)崿F(xiàn)了OPC服務(wù)器連接、組建立、項(xiàng)添加、項(xiàng)值讀寫等功能。論文最后使用測試服務(wù)器對OPC客戶端程序進(jìn)行了測試。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、快速交換。

　　

【正文】 e r組 （ O P C G r o u p ）O P C S e r v e r項(xiàng) （ O P C I t e m s )服 務(wù) 器 O P C I t e m ( s )組 集 合 （ O P C G r o u p s ）項(xiàng) 集 合 （ O P C I t e m s )瀏 覽 器 （ O P C B r o w s e r ) 圖 OPC數(shù)據(jù)訪問對象分層結(jié)構(gòu) 即一個(gè) OPC服務(wù)器對象（ OPCServer），一個(gè)作為子對象的 OPC組集合對（ OPCGroups）。在這個(gè) OPC組集合對象里可以添加多個(gè)的 OPC組對象（ OPCGroup）。各個(gè) OPC組對象都具有一個(gè)作為子對象的 OPC標(biāo)簽集合對象（ OPCItems）。在這個(gè) OPC標(biāo)簽集合對象里可以添加多個(gè)的 OPC標(biāo)簽對象（ OPCItem）。 OPC瀏覽器。這四個(gè)對象的關(guān)系是包含的層次關(guān)系，所以應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)也是按 這種層次的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，提供層次的數(shù)據(jù)訪問的。即一個(gè) OPC服務(wù)器對象具有一個(gè)作為子對象的 OPC組集合對象，在這個(gè)對象里可以添加多個(gè)的 OPC組對象。每個(gè) OPC組對象都具有一個(gè)作為子對象的 OPC標(biāo)簽集合對象，在這個(gè) OPC標(biāo)簽集合對象里可以添加多個(gè)的 OPC標(biāo)簽對象。OPC服務(wù)器經(jīng)常對應(yīng)于某種特定的控制設(shè)備。例如：某種 DCS控制系統(tǒng)或者某種 PLC控制裝置。 OPC組是可以進(jìn)行某種數(shù)據(jù)訪問目的的多個(gè) OPC標(biāo)簽的集合，有了 OPC組，OPC應(yīng)用程序可以以同時(shí)需要的數(shù)據(jù)為一批進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。標(biāo)簽對象是 OPC對象里最基本的對象， 是 OPC服務(wù)器可以識別的數(shù)據(jù)定義，通常相當(dāng)于位號的單一變量， 并和中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 數(shù)據(jù)源相連接。 OPC數(shù)據(jù)訪問的方式有同步、異步、訂閱方式三種。 OPC應(yīng)用程序首先生成 OPC服務(wù)器支持的 OPC對象，然后使用 OPC對象支持的屬性和方法，對其進(jìn)行操作。這種結(jié)構(gòu)使得應(yīng)用程序可以像使用自己支持的數(shù)據(jù)和功能一樣，去使用服務(wù)器對象支持的數(shù)據(jù)和功能。具體來說，設(shè)計(jì)一個(gè) OPC客戶端應(yīng)用程序的具體方法及思路便是，先連接一個(gè)特定的 OPC服務(wù)器，然后再建立 OPC組，最后添加 OPC標(biāo)簽。 綜上所述，可以用一個(gè)表來表達(dá) OPC數(shù)據(jù)訪問對象模型。如表 ： 表 OPC數(shù)據(jù)訪問對象模型 名稱 對象名 說明 OPC 服務(wù)器 OPCServer OPC 服務(wù)器對象在使用其它 OPC 對象前必須生成。 OPC服務(wù)器自動(dòng)含有一個(gè) OPC 組集合對象，并可在其基礎(chǔ)上生成一個(gè) OPC 瀏覽器對象 OPC 組集合 OPCGroups OPC 服務(wù)器中添加的所有 OPC 組集合 OPC 組 OPCGroup OPC 組對象是用于組的狀態(tài)管理以及利用項(xiàng)集合為單位的數(shù)據(jù)訪問。 OPC 標(biāo)簽集合 OPCItems 在對應(yīng) OPC 組中添加的所有的 OPC 標(biāo)簽的集合 OPC 標(biāo)簽 OPCItem 含有 OPC 標(biāo)簽的定義，現(xiàn)有值、狀態(tài)以及最后更新時(shí)間等信息的對象。 OPC 瀏覽器 OPCBrowser 用于瀏覽 OPC 服務(wù)器的名稱空間的對象。 OPC 服務(wù)器的層次結(jié)構(gòu) OPC服務(wù)器的層次結(jié)構(gòu)如圖 。最頂層為接口層，該層定義了 OPC的數(shù)據(jù)訪問接口，它為客戶程序與服務(wù)器之間提供了交互方式以及約束。接口一旦定下來就不能再任意更改。第二層為 OPC模型層，它提供了客戶訪問服務(wù)器的對象模型。第三層為數(shù)據(jù)連接與耦合層，用于耦合 OPC模型與服務(wù)器資源。 OPC模型通過該層對服務(wù)器資源進(jìn)行定位與連接。第四 層為設(shè)備管理與調(diào)度層，用來管理設(shè)備的配置與運(yùn)行，最底層的是協(xié)議層，負(fù)責(zé)協(xié)議解釋。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 O P C / C O M 接 口O P C 對 象 模 型數(shù) 據(jù) 的 連 接 與 耦 合設(shè) 備 的 配 置 與 配 合協(xié) 議 的 解 釋 圖 OPC服務(wù)器的層次結(jié)構(gòu) OPC 客戶端 關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn) OPC 服務(wù)器有多種類型，常用的有 :數(shù)據(jù)存取、報(bào)警與事件、歷史數(shù)據(jù)存取、批量過程。 本文只討論最基礎(chǔ)最常用的功能。 OPC 客戶端端口的實(shí)現(xiàn) 按照 OPC 數(shù)據(jù)存取 2． 0 規(guī)范，如圖 所示，客戶端需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)接口IOPCShutdown、 IOPCDataCaUbaek[14]。 I O P C S h u t d o w nI O P C D a t a c h a n g e組 對 象客 戶 端服 務(wù) 器 對 象 圖 客戶端接口示意圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 OPC 規(guī)范規(guī)定了 COM 接口，而不是其實(shí)現(xiàn)。它規(guī)定了正是客戶程序所期望使用的接口的行為。與所有 COM 工具一樣， OPC 的體系結(jié)構(gòu)是客戶一服務(wù)器模式， OPC服務(wù)器組件提供 OPC 對象接口，并管理這些接口。 OPC 服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)有許多獨(dú)特的思想。其中主要的一點(diǎn)是數(shù)據(jù)可以在非共享的通信鏈路上物理設(shè)各或數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因而， OPC 服務(wù)器既可以在本地也可以在遠(yuǎn)程機(jī)器上以 EXE 程序運(yùn)行，進(jìn)行從物理設(shè)各或數(shù)據(jù)庫中高效的采集數(shù)據(jù)。 OPC 客戶程序通 過自定義接口或自動(dòng)化接口與 OPC 服務(wù)器通信。 OPC 服務(wù)器必須提供 OPC 自定義接口， OPC 自動(dòng)化接口則可選。在某些情形下， OPC 基金會(huì)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化接口包。任何客戶一服務(wù)器開發(fā)商都可以使用這個(gè) DLL 程序封裝的包。 OPC 客戶端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲得 應(yīng)用程序作為 OPC接口中的 Client方，硬件驅(qū)動(dòng)程序作為 OPC接口中的 Server方。每一個(gè) OPC Client應(yīng)用程序都可以接若干個(gè) OPC Server，每一個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)程序可以為若干個(gè)應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù) [14]。 客戶操作數(shù)據(jù)項(xiàng)的一般步驟為： 通過服務(wù)器對象接口枚舉服務(wù)器端定義的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)。 將要操作的數(shù)據(jù)項(xiàng)加入客戶定義的組對象中。 通過組對象對數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行讀寫等操作。 一般來說，有三種方法從 OPC服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)： 使用同步接口 IOPCSyncIO，簡單而有效，適合于只讀取少量數(shù)據(jù)的客戶程序。 使用接口 IOPCCallback的“訂閱 (Subscribe)”功能 OnDataChange，每當(dāng)數(shù)據(jù)有變化，服務(wù)器自動(dòng)通知客戶。這種方法稍復(fù)雜但效率很高，而且可以被 IOPCAsyncIO2：：Refresh2觸發(fā)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí) ，使用連接點(diǎn)技術(shù)，在服務(wù)器方聲明一個(gè)接口，由客戶端實(shí)這個(gè)接口。服務(wù)器方內(nèi)部調(diào)用這個(gè)接口的方法．從而可以向客戶發(fā)送事件消息，客戶接收事件并可進(jìn)行處理。 使用異步接口 IOPCASyncIO2，可以直接與物理設(shè)備通訊，速度慢數(shù)據(jù) 精確度十分高。建議一般情況下不 使用該方法。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)描述了 OPC 技術(shù)訪問規(guī)范，根據(jù) OPC 基金會(huì)提供的 OPC 規(guī)范對 OPC的體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場合及 OPC 數(shù)據(jù)訪問接口和 OPC 對象等內(nèi)容作出了 說明，并研究了客戶端關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。為下一章 OPC 客戶端應(yīng)用程序的具體設(shè)計(jì)奠定了理論 基礎(chǔ)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 3 OPC 客戶端程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 明確了 OPC 的應(yīng)用背景和技術(shù)基礎(chǔ)之后， OPC 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)模式是本章討論的重點(diǎn)。本章從軟件開發(fā)的角度給出了任務(wù)總述、任務(wù)分解、實(shí)現(xiàn)框架和開發(fā)方式，這些都是后續(xù)章節(jié)敘述的綱要。 OPC客戶程序可以用多種開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)，如： VB、 VC++，本文采用 VB作為開發(fā)工具。利用 VB開發(fā)的 OPC應(yīng)用程序的系統(tǒng)主要由 OPC服務(wù)器、 OPC代理 占位DLL、 OPC自動(dòng)化包裝 DLL、 OPC應(yīng)用程序幾個(gè)軟件組件構(gòu)成。其中， OPC服務(wù)器，OPC代理 占位 DLL以及 OPC包裝 DLL是由 OPC服務(wù)器供應(yīng)商 (控制設(shè)備制造商或獨(dú)立軟件供應(yīng)商 )提供的， OPC應(yīng)用程序是對由 OPC服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)源進(jìn)行訪問，為實(shí)現(xiàn)用戶的特定目的而開發(fā)的應(yīng)用程序。 所以 ，需要下載 OPC foundation提供的幾個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫。 、 ，通用接口； 、 ，代理一占位，用于遠(yuǎn)程連接通信； ； 用于枚舉本地機(jī)以及遠(yuǎn)程機(jī)上所有 的 OPC Server,運(yùn)行 opcenum/regserver即可?？截愡@些文件到系統(tǒng)盤的 Winnt目錄下，然后在運(yùn)行里執(zhí)行 REGSVR32命令，來安裝相應(yīng)的代理 DLL文件。以上動(dòng)態(tài)鏈接庫并不是所有的都必須安裝，需要根據(jù)開發(fā)的服務(wù)器功能的需要決定。 本章主要是對 OPC客戶應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)主要是指客戶程序中 OPC接口部分的設(shè)計(jì)?？蛻舫绦虮旧砜梢酝瓿珊芏鄰?fù)雜的數(shù)據(jù)處理與顯示功能，但需要通過 OPC接口部分訪問 OPC服務(wù)器，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。開發(fā) OPC、Data、 Access、 Client之前， 要弄清服務(wù)器的大體情況，比如需要訪問的服務(wù)器是否提供自動(dòng)化接口、服務(wù)器的 OPC的版本等，到目前為止， OPC有 1． 0和 2． 0兩個(gè)版本，兩個(gè)版本的接口定義不同， 2． 0版是對 1． 0的改進(jìn)，但不兼容（參見第二章）。 最后，客戶端的開發(fā)是以服務(wù)器已經(jīng)存在為前提的。本文選取了 KEPware 公司提供的 OPC 服務(wù)器，安裝之后，可以在注冊表里找到該 OPC 服務(wù)器的注冊信息，找到ProgID。 KEPware 安裝后得到的 ProgID 為 ，在注冊表的HKEY CLASSES ROOT 下的 CLSID 里可以找到相應(yīng)的信息。根據(jù) ProgID 可以在注冊表里找到組件相應(yīng)的 CLSID，而該字符串才是客戶端創(chuàng)建 OPC 服務(wù)器對象所需要的[15]。 設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù) 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) ： ? 創(chuàng)建服務(wù)器對象。 ? 建立與服務(wù)器的連接。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 ? 瀏覽 OPC 服務(wù)器的功能?？蛻舫绦蛐枰?jiǎng)?chuàng)建 O P C 基金會(huì)提供的 O P C 服務(wù)器瀏覽器對象 (OPCServerList)再通過該對象的 IOPCServerList 接口獲得 OPC 服務(wù)器名稱的列表；可以通過枚舉注冊表中包含“ OPC”子鍵的程序名來瀏覽符合 OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范的服務(wù)器。 ? 通過 OPC 接口讀寫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 ? 斷開連接 利用 VB 開發(fā) OPC 客戶端程序的思想步驟 一、 自動(dòng)化接口的 O P C 服務(wù)器的客戶端訪問過程（通用的客戶端程序開發(fā)） VB 程序剛開始運(yùn)行時(shí)就已經(jīng)自動(dòng)初始化 COM 庫，用 New 關(guān)鍵詞生成 OPC 服務(wù)器對象，獲得 OPC 服務(wù)器對象初始接口的指針，通過接口指針就可以調(diào)用該接口的方法。在 VB 中，如果要調(diào)用其它接口，可以通過執(zhí)行一個(gè) Set 操作實(shí)現(xiàn)。當(dāng)不再使用接口指針時(shí)，引用在其作用域外會(huì)自動(dòng)釋放，也可以顯式地把它設(shè)置為“ Nothing”。程序結(jié)束時(shí)， VB 可以自動(dòng)取消 COM初始化。也就是說用 VB 編寫 OPC 客戶端程序時(shí)，一定要先建立一個(gè)服務(wù)器對象，然后才能根據(jù) OPC 服務(wù)器的 ProgID 來連接OPC 服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)從客戶端啟動(dòng) OPC 服務(wù)器，最后實(shí)現(xiàn)添加組、添加項(xiàng)等操作。讀寫數(shù)據(jù)時(shí)， OPC 服務(wù)器提供了同步和異步兩種方法。同步的方式中，客戶端必須等待返回的結(jié)果，效率很低，此種方式一般在故障診斷時(shí)使用。異步的方式使客戶端可以在訪問數(shù)據(jù)后繼續(xù)下一步操作，在結(jié)果返回時(shí)， OPC 服務(wù)器會(huì)通過 IOPCDataCallback通知客戶端，這種方式的訪問效率較高，但客戶端必須實(shí)現(xiàn) IOPCDataCallback 接口。在 OPC 自動(dòng)化接口中，是通過 OPCGroup 事件來實(shí)現(xiàn)異步讀取數(shù)據(jù)的。規(guī)范定義的OPCGroup 事件包含如下 4 個(gè)事件 [15]： Datachange 事件，該事件在服務(wù)器方數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)由服務(wù)器方激發(fā)； AsyncReadplete 事件，該事件在異步讀操作完成時(shí)由服務(wù)器方激發(fā)； AsyncWriteplete 事件，該事件在異步寫操作完成后由服務(wù)器方激發(fā)； AsyncCancelplete 事件，該事件在取消操作 (取消某一個(gè)異步讀或?qū)懖僮?)時(shí)由服務(wù)器方激 發(fā)。 其中 Datachange 事件是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訂閱的主要事件，客戶端在 OPC 服務(wù)器IConnectionPointContainer 中注冊客戶端接收器，當(dāng)滿足一定的條件時(shí)， OPC 服務(wù)器通過 IOPCDataCallback 返回結(jié)果，激發(fā)相應(yīng)的事件來通知客戶端程序做相應(yīng)的處理。 當(dāng)通信完畢，客戶端需要退出訪問時(shí)，必須斷開與 OPC 服務(wù)器的連接，釋放所有的內(nèi)存和接口。如果 OPC 服務(wù)器程序自行退出，可以通過激發(fā)客戶程序的OPCServer 對象事件 ServerShutDown 來通知 OPC 客戶端程序。 OPC 服務(wù)器與客戶端建 立連接和斷開的過程如圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 創(chuàng) 建 O P C 服 務(wù)器 對 象連 接 O P C 服 務(wù)器 對 象添 加 O P C 組 集合 和 組 對 象在 O P C 組 中 添加 O P C 項(xiàng)更 新 O P C 數(shù) 據(jù)斷 開 O P C 服 務(wù)器 連 接結(jié) 束 運(yùn) 行 ？