【正文】 Release Fx Queryinterface Addref Release Fx 指針 方法調(diào)用開始 方法調(diào)用結(jié)束 等待處理 調(diào)用處理 空閑 空閑 OPC 應(yīng)用程序 OPC 服務(wù)器 時(shí)間 時(shí)間 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 異步數(shù)據(jù)訪問 圖 33 異步數(shù)據(jù)訪問過程 異步數(shù)據(jù)訪問過程 如 圖 33 所示， OPC 服務(wù)器接收 到 OPC 客戶端要求后，檢查了參數(shù)中的項(xiàng)的服務(wù)器句柄是否有效，然后將方法返回， OPC 應(yīng)用程序進(jìn)行處理。根據(jù) OPC 數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)，不同的數(shù)據(jù)讀取方式所需要的數(shù)據(jù)源有兩種：從服務(wù)器數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取；二是從硬件設(shè)備直接讀取。小批量 的數(shù)據(jù)訪問使用這個(gè)方法比較便捷，對于大批量的數(shù)據(jù)，就很占用 OPC 客戶端的時(shí)間。 OPC 服務(wù)器數(shù)據(jù)訪問方式 OPC 數(shù)據(jù)訪問有兩種方式：同步訪問和異步訪問，下面分別介紹。圖 31 是接口的二進(jìn)制內(nèi)存結(jié)構(gòu) ： 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 31 COM 接口二進(jìn)制內(nèi)存結(jié)構(gòu) COM 規(guī)范用 128 位全局唯一標(biāo)識(shí)符 GUID 來標(biāo)識(shí) COM 對象和 COM 接口，標(biāo)識(shí)的 COM 對象為 CLSID， 標(biāo)識(shí)的 COM 接口為 IID?？蛻舫绦蛴弥赶蚪涌跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針來調(diào)用接口函數(shù)，接 口指針又指向另一個(gè)指針，這個(gè)指針指向虛函數(shù)表 ，虛函數(shù)表里面 一項(xiàng)由 4 個(gè)字節(jié)長的函數(shù)指針組成，每一個(gè)接口的 vtable 是確定的， COM 接口 vtable 的前三個(gè)指針是 QueryInterface、 AddRef、 Release 函數(shù)實(shí)現(xiàn)的地址，函數(shù)指針和對象的具體實(shí)現(xiàn)連接?？蛻舳撕?COM 組件程序交換數(shù)據(jù)的實(shí)體是 COM 對象，它無需在乎組件模塊的名稱和位置，但要知道和自己交互的 COM對象 是 哪個(gè)，客戶程序通過一個(gè) COM對象的全局標(biāo)識(shí)符來創(chuàng)建和初始化對象，并不直接訪問 COM 組件。 COM 組件在 windows 平臺(tái)上可以是DLL 文件或者 EXE 文件，組件為 COM 對象提供了活動(dòng)空間，一個(gè)組件程序可以包含多個(gè) COM 對象， COM 對象用接口的方式提供服務(wù)，一個(gè) COM 對象可以擁有多個(gè) COM 接口。接口是用于部件對象間作用的二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)接口都包含了一系列函數(shù)，這些函數(shù)規(guī)定實(shí)現(xiàn)接口的對象和用戶使用這些對象所遵循的協(xié)議，包含接口名、函數(shù)名、參數(shù)名及其類型。其定 義了 COM 對象與客戶如何通過二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行交互的標(biāo)準(zhǔn)。 COM 的體系結(jié)構(gòu)有 COM 的核心、統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、智能命名和持久存儲(chǔ)。它可以隨時(shí)為系統(tǒng)升級，只需將原系統(tǒng)中的組件用新的更換掉。 OPC 規(guī)范包含以下幾個(gè)方面： Modbus TCP 應(yīng)用數(shù)據(jù)單元 MBAP 報(bào)文頭 功能碼 數(shù)據(jù) 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 （ 1） OPC 數(shù)據(jù)存取規(guī)范即數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)； （ 2） OPC 報(bào)警與事件規(guī)范即報(bào)警和事件的標(biāo)準(zhǔn)； （ 3） OPC 歷史數(shù)據(jù)存取規(guī)范即歷史數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)； （ 4） OPC 批處理規(guī)范即批處理的標(biāo)準(zhǔn)； （ 5） OPC 安全規(guī)范即安全性的標(biāo)準(zhǔn) ； （ 6） OPC 數(shù)據(jù)交換 規(guī)范即服務(wù)器間數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)； （ 7） OPC_XML 規(guī)范即過程數(shù)據(jù)的 XML 標(biāo)準(zhǔn)。 OPC 技術(shù)規(guī)范 OPC 基金會(huì)制定了各種 OPC 規(guī)范，并且不斷地進(jìn)行升級和更新以便于適應(yīng)日益變化發(fā)展的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。與此同時(shí)歐洲也成立了自己的 OPC 基金會(huì)?，F(xiàn)在的 OPC 基金會(huì)的理事會(huì)是由FisherRosement， Honeywell， Interllution， Rockwell， Software， National Instrument 以及歐洲代表的Siemens 和遠(yuǎn)東代表的東芝組成的。 圖 22 Modbus 報(bào)文格式 3 OPC 技術(shù)規(guī)范 OPC 技術(shù)歷史 早期的 OPC 規(guī)范是由 5 家工業(yè)軟件制造商組成的 OPC 小組在 1995 年開發(fā)的，在 1996 年 8 月完成了 OPC 數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)版本 。例外響應(yīng)包括不合法的函數(shù)，不合法的數(shù)據(jù)值，不合法的數(shù)據(jù)地址，不合法的響應(yīng)長度，從機(jī)設(shè)備忙，無用的確認(rèn)，存儲(chǔ)奇偶錯(cuò)誤，網(wǎng)關(guān)路徑難以獲得，網(wǎng)關(guān)目標(biāo)設(shè)備不能響應(yīng)等。 讀線圈（功能 01） 讀離散量輸入（功能 02） 讀輸入寄存器（功能 04） 寫線圈（功能 05） Modbus客戶機(jī)串行鏈路 客戶機(jī)TCP 網(wǎng)關(guān) Modbus客戶機(jī)TCP Modbus服務(wù)器TCP Modbus服務(wù)器TCP Modbus客戶機(jī)TCP 客戶機(jī)TCP 網(wǎng)關(guān) Modbus 客戶機(jī)串行鏈路 Modbus 客戶機(jī)串行鏈路 Modbus 串行鏈路 Modbus TCP 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 寫單個(gè)寄存器（功能 06） 讀異常狀態(tài)（功能 07） 2 級是一組常規(guī)應(yīng)用于 人機(jī)接口程序 和監(jiān)控程序中的數(shù)據(jù)傳輸功能。 0 級是所有服務(wù)器和客戶端都必須實(shí)現(xiàn) 的最小功能集。 Modbus 通信結(jié)構(gòu)如圖 21: 圖 21 Modbus 通信結(jié)構(gòu)圖 Modbus 兼容分類 Modbus 采用兼容分類來避免與已有的系統(tǒng)發(fā)生沖突，它定義了 0 級和 1 級類，表示已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用的交易模式，達(dá)到兼容舊系統(tǒng)的目的。 Modbus 的數(shù)據(jù)模型主要基于以下四個(gè)表： 輸入開關(guān)量 單個(gè)位，由 I/O 系統(tǒng)提供 ?? 只讀； 輸出開關(guān)量 單個(gè)位，通過應(yīng)用程序可變 ?? 讀寫； 輸入寄存器 16 位量，由 I/O 體統(tǒng)提供 ?? 只讀； 輸出寄存器 16 位量，通過應(yīng)用程序可變 ?? 讀寫。 在 Modbus 變量中可 通過明確的“變成路徑”性能獲得，這種性能要求雙方按照通信協(xié)議直到連接終止 。 Modbus 通信協(xié)議有兩種模式分別為 ASCⅡ 和 RTU，數(shù)據(jù)量小的常用 ASCⅡ模式，通信數(shù)據(jù)量大而且是二進(jìn)制時(shí)候用 RTU 規(guī)約。主站 發(fā)送報(bào)文后，所有從站都會(huì)接收到報(bào)文，但只有主站發(fā)送的報(bào)文中包含 尋址的從站才能執(zhí)行報(bào)文操作，接著將操作結(jié)果返回給主站，如果主站發(fā)送了錯(cuò)誤報(bào)文，從站會(huì)發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告返回給主站。 Modbus 通信協(xié)議 Modbus 是電子控制器應(yīng)用上的通用語言，通過此協(xié)議控制器之 間、控制器通過網(wǎng)絡(luò)和其他控制器之間可以通信。 Modbus 技術(shù)歷 史 Modbus 是由 Modicon 公司在 1978 年發(fā)明的，它拉開了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的序幕，是一個(gè)跨時(shí)代、里程碑式 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，他是第一個(gè)真正永業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，全球有超過 800 萬個(gè)安裝的節(jié)點(diǎn)，可見其普及的程度相當(dāng)高，已經(jīng)成為事實(shí)上的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。 各章節(jié)主要內(nèi)容如下： 第一章：介紹選題背景和意義以及 OPC 的發(fā)展現(xiàn)狀； 第二章： Modbus 通信協(xié)議的技術(shù)歷史和基本內(nèi)容； 第三章： OPC 服務(wù)器的技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)訪問方式； 第四章：詳細(xì)論述基于 Modbus 的 OPC 服務(wù)器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)； 第五章：服務(wù)器的 實(shí)驗(yàn) 測試。接著分析了 OPC 的發(fā)展現(xiàn)狀、 COM 技術(shù)、接口技術(shù)，討論了 OPC 服務(wù)器的同步數(shù)據(jù)訪問和異步數(shù)據(jù)訪問方式，在此基礎(chǔ)上對基于 Modbus 的 OPC 服務(wù)器的開發(fā)進(jìn)行了深入的研究。 本課題 主要研究內(nèi)容 本課題 主要研究的是 Modbus 通信協(xié)議和 OPC 服務(wù)器的相關(guān)內(nèi)容。由于歐美的 OPC服務(wù)器價(jià)格比較昂貴，國內(nèi)也只有極少數(shù)的大型自動(dòng)化工程購買并應(yīng)用了 OPC產(chǎn)品 [12~13]。 同時(shí)由控制設(shè)備廠商和控制軟件供應(yīng)商提供的 OPC產(chǎn)品也日益增加，目前已有 600種以上的 OPC服務(wù)器產(chǎn)品和 OPC應(yīng)用程序產(chǎn)品出現(xiàn)在由 OPC基金會(huì)發(fā)行的 OPC產(chǎn)品目錄上，促成 OPC成為工業(yè)控制過程國際標(biāo)準(zhǔn)的地位 。不管過程中采用什么軟件或設(shè)備， OPC為它們提供了公共的接口和以下多種訪問機(jī)制： （ 1） 客戶端和服務(wù)器位于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上； （ 2） 客戶端和服務(wù)器位于不同的計(jì)算機(jī)上； （ 3） 單個(gè)客戶端和多個(gè)服務(wù)器通信； （ 4） 多個(gè)客戶端和單個(gè)服務(wù)器通信； （ 5） 多個(gè)客戶端和多個(gè)服務(wù)器通信 [11]。 OPC規(guī)范以O(shè)LE/DCOM為基礎(chǔ)，而 OLE/DCOM支持 TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以可以將各個(gè)子系統(tǒng)分開，分布于網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上。 OPC建立在 OLE規(guī)范之上，它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種公用的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，具有語言無關(guān)性、代碼重用性和易于集成性等優(yōu)點(diǎn) [10]。它的本質(zhì)是采用了 Microsoft公司的 OLE/COM和 DCOM技術(shù)，它包括自動(dòng)化應(yīng)用中使用的有一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn) [9]。因此， OPC 技術(shù)在幾年內(nèi)飛速發(fā)展并 得到國際自動(dòng)化領(lǐng)域廠商的廣泛支持，各種 OPC 相關(guān)的產(chǎn)品也研發(fā)了出來，而設(shè)計(jì)一款基于 Modbus 通信協(xié)議的 OPC 服務(wù)器這個(gè)課題也就應(yīng)運(yùn)而生。 OPC 采用客戶機(jī) 服務(wù)器結(jié)構(gòu)，基于 COM 和 DCOM 技術(shù)為軟硬件開發(fā)商提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的接口。但是在 OPC 出現(xiàn)之前，工業(yè)領(lǐng)域中用到的很多現(xiàn)場設(shè)備都存在上層軟件和下層硬件不一致性的問題 [4~5]，對于不同廠商開發(fā)的不同設(shè)備都必須開發(fā)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序如圖 11，這 樣 造成了極大的資源浪費(fèi)和設(shè)備運(yùn) 用的局限性。智能儀表和智能傳感器一般是用在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，這種儀表和傳感器內(nèi)部嵌入的有通信模塊和控制模塊，可以完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通 信 功能。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決 的問題，還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。 Intelligent instrument 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 緒論 課題的選題背景及意義 計(jì)算機(jī)在當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中發(fā)揮著日益不可替代的作用，工業(yè)控制領(lǐng)域中各種智能儀表都提供了和計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議 [1~3]。 OPC server。 OPC transmission for three methods synchronous access, asynchronous access, subscribe to realize the key technology in the process of server。具體論述了 OPC 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)； OPC 傳輸?shù)娜N方法 同步訪問 、 異步訪問、訂閱實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)；以及 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。隨著 Modbus 技術(shù)和OPC 技術(shù)的發(fā)展，以及它們在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮的作用日益增加， 研究 基于 Modbus 的 OPC 數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器成為了一個(gè)重要課題。 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （申請學(xué)士學(xué)位） 論文題目 基于 Modbus 通 信協(xié)議的智能 儀表 OPC 服務(wù)器的開發(fā) 作者姓名 程 龍 所學(xué)專業(yè)名稱 自 動(dòng) 化 指 導(dǎo) 教 師 汪 先 兵 20xx 年 5 月 20 日 學(xué) 生： （簽字） 學(xué) 號(hào)： 20xx210263 論文答辯日期： 20xx 年 5 月 26 日 指 導(dǎo) 教 師 ： （簽字） 目 錄 摘要 .....................................................................................................................................