OPC技術(shù)應(yīng)用簡析

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發(fā)布時間：2007-4-25　　來源：國際工業(yè)自動化網(wǎng)　　瀏覽次數(shù)：13179

1．OPC技術(shù)的產(chǎn)生

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制軟件取得了長足的進(jìn)步,。然而,，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和過程復(fù)雜程度的提高，工業(yè)控制軟件設(shè)計面臨著巨大的挑戰(zhàn),，那就是要集成數(shù)量和種類不斷增多的現(xiàn)場信息,。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，智能設(shè)備之間及智能設(shè)備與控制系統(tǒng)軟件之間的信息共享是通過驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)的,，不同廠家的設(shè)備又使用不同的驅(qū)動程序,，迫使工業(yè)控制軟件中包含了越來越多的底層通信模塊。另外，由于相對特定應(yīng)用的驅(qū)動程序一般不支持硬件特點(diǎn)的變化,，這樣使得工業(yè)控制軟硬件的升級和維護(hù)極其不便,。還有，在同一時刻,，兩個客戶應(yīng)用一般不能對同一個設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫,，因?yàn)樗鼈儞碛胁煌摹⑾嗷オ?dú)立的驅(qū)動程序,，同時對同一個設(shè)備進(jìn)行操作,，可能會引起存取沖突，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,。OPC技術(shù)的出現(xiàn)則很好的解決了這些問題,。

OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control的縮寫，它是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用,。OPC以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ),，采用客戶/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),，這個標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機(jī)之間交換自動化實(shí)時數(shù)據(jù)的方法,。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開發(fā)商將取代軟件開發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序,，而軟件開發(fā)者可免除開發(fā)驅(qū)動程序的工作,，充分發(fā)揮自己的特長，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開發(fā)上,。這樣不但可避免開發(fā)的重復(fù)性,，也提高了系統(tǒng)的開放性和可互操作性。 

2．OPC規(guī)范概述

OPC是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，它是由一些世界上著名的自動化系統(tǒng)和硬件,、軟件公司和Microsoft（微軟）緊密合作而建立的,。OPC包括一整套接口,、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，提供給用戶用于過程控制和工業(yè)自動化應(yīng)用,。Microsoft的OLE/COM技術(shù)定義了各種不同的軟件部件如何交互使用和分享數(shù)據(jù),，從而使得OPC能夠提供通用的接口用于各種過程控制設(shè)備之間的通訊，不論過程中采用什么軟件和設(shè)備,。其發(fā)展動態(tài)如表1所列,。

表1　OPC標(biāo)準(zhǔn)

復(fù)雜數(shù)據(jù)規(guī)范OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)由兩部分組成，OPC服務(wù)器和OPC客戶應(yīng)用部分,。OPC服務(wù)器完成的工作就是收集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息,，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用。OPC客戶端則通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口接收數(shù)據(jù)信息。在具體的實(shí)現(xiàn)過程中,，用戶可以根據(jù)自己的需要挑選相應(yīng)的規(guī)范來使用,。

其中數(shù)據(jù)訪問規(guī)范提供給用戶訪問實(shí)時過程數(shù)據(jù)的方法；報警和事件規(guī)范提供了一種由服務(wù)器程序?qū)F(xiàn)場的事件或報警通知客戶程序的機(jī)制,；歷史數(shù)據(jù)存取規(guī)范用來提供用戶得到存儲在過程數(shù)據(jù)存檔文件,、數(shù)據(jù)庫或遠(yuǎn)程終端設(shè)備中的歷史數(shù)據(jù)以及來分析這些歷史過程數(shù)據(jù)的方法。其他規(guī)范不在此一一介紹,。

3．采用OPC規(guī)范設(shè)計系統(tǒng)的益處

1）采用標(biāo)準(zhǔn)的Windows體系接口,，硬件制造商為其設(shè)備提供的接口程序的數(shù)量減少到一個，軟件制造商也僅需要開發(fā)一套通訊接口程序,。即有利于軟硬件開發(fā)商,，更有利于最終用戶。

2）OPC規(guī)范以O(shè)LE/DCOM為技術(shù)基礎(chǔ),，而OLE/DCOM支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，因此可以將各個子系統(tǒng)從物理上分開，分布于網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上,。

3）OPC按照面向?qū)ο蟮脑瓌t,，將一個應(yīng)用程序（OPC服務(wù)器）作為一個對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面,，客戶以統(tǒng)一的方式去調(diào)用這個方法,，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,。

4）OPC實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)用,，使得應(yīng)用程序的分布與系統(tǒng)硬件的分布無關(guān)，便于系統(tǒng)硬件配置,，使得系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣,。

5）采用OPC規(guī)范，便于系統(tǒng)的組態(tài),，將系統(tǒng)復(fù)雜性大大簡化,，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性,，便于系統(tǒng)的升級與維護(hù),。

6）OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在,，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問,，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性，易于實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的接口,。

4．OPC技術(shù)的應(yīng)用

由于OPC技術(shù)的采用,，使得可以以更簡單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),、更長的壽命、更低的價格解決工業(yè)控制成為可能,。同時現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)的連接也更加簡單,、靈活、方便,。因此OPC技術(shù)在國內(nèi)的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,，主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

1）數(shù)據(jù)采集技術(shù)。OPC技術(shù)通常在數(shù)據(jù)采集軟件中廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在眾多硬件廠商提供的產(chǎn)品均帶有標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口,，OPC實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序和工業(yè)控制設(shè)備之間高效、靈活的數(shù)據(jù)讀寫,，可以編制符合標(biāo)準(zhǔn)OPC接口的客戶端應(yīng)用軟件完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù),。

2）歷史數(shù)據(jù)訪問。OPC提供了讀取存儲在過程數(shù)據(jù)存檔文件,、數(shù)據(jù)庫或遠(yuǎn)程終端設(shè)備中的歷史數(shù)據(jù)以及對其操作,、編輯的方法。

3）報警和事件處理,。OPC提供了OPC服務(wù)器發(fā)生異常時,，以及OPC服務(wù)器設(shè)定事件到來時向OPC客戶發(fā)送通知的一種機(jī)制，通過使用OPC技術(shù),，能夠更好的捕捉控制過程中的各種報警和事件并給予相應(yīng)的處理,。

4）數(shù)據(jù)冗余技術(shù)。工控軟件開發(fā)中,，冗余技術(shù)是一項(xiàng)最為重要的技術(shù),，它是系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的保障。OPC技術(shù)的使用可以更加方便的實(shí)現(xiàn)軟件冗余,，而且具有較好的開放性和可互操作性,。

5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問。借助Microsoft的DCOM（分散式組件對象模型）技術(shù),，OPC實(shí)現(xiàn)了高性能的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問能力,，從而使得工業(yè)控制軟件之間的數(shù)據(jù)交換更加方便。

5．OPC技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用中的作用

OPC技術(shù)對工業(yè)控制系統(tǒng)的影響及應(yīng)用是基礎(chǔ)性和革命性的,，簡單地說,，它的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

首先,，OPC解決了設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)中的異構(gòu)問題,。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶需求的不斷提高,，以DCS（集散控制系統(tǒng)）為主體的工業(yè)控制系統(tǒng)功能日趨強(qiáng)大,，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,，規(guī)模也越來越大，一套工業(yè)控制系統(tǒng)往往選用了幾家甚至十幾家不同公司的控制設(shè)備或系統(tǒng)集成一個大的系統(tǒng),，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),，開發(fā)商必須對系統(tǒng)的每一種設(shè)備都編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，而且,，當(dāng)硬件設(shè)備升級,、修改時，驅(qū)動程序也必須跟隨修改,。同時,，一個系統(tǒng)中如果運(yùn)行不同公司的控制軟件，也存在著互沖突的風(fēng)險,。

有了OPC后,，由于有了統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，硬件廠商只需提供一套符合OPC技術(shù)的程序,，軟件開發(fā)人員也只需編寫一個接口,，而用戶可以方便地進(jìn)行設(shè)備的選型和功能的擴(kuò)充，只要它們提供了OPC支持,，所有的數(shù)據(jù)交換都通過OPC接口進(jìn)行,，而不論連接的控制系統(tǒng)或設(shè)備是哪個具體廠商提供。

其次,，OPC解決了現(xiàn)場總線系統(tǒng)中異構(gòu)網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)交換的問題?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)仍然存在多種總線并存的局面，因此系統(tǒng)集成和異構(gòu)控制網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)交換面臨許多困難,。有了OPC作為異構(gòu)網(wǎng)段集成的中間件,，只要每個總線段提供各自的OPC服務(wù)器，任一OPC客戶端軟件都可以通過一致的OPC接口訪問這些OPC服務(wù)器,，從而獲取各個總線段的數(shù)據(jù),， 并可以很好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)總線段之間的數(shù)據(jù)交互。而且,，當(dāng)其中某個總線的協(xié)議版本做了升級,，也只需對相對應(yīng)總線的程序作升級修改。

第三,，OPC可作為訪問專有數(shù)據(jù)庫的中間件,。實(shí)際應(yīng)用中，許多控制軟件都采用專有的實(shí)時數(shù)據(jù)庫或歷史數(shù)據(jù)庫,，這些數(shù)據(jù)庫由控制軟件的開發(fā)商自主開發(fā),。對這類數(shù)據(jù)庫的訪問不像訪問通用數(shù)據(jù)庫那么容易，只能通過調(diào)用開發(fā)商提供的API函數(shù)或其它特殊的方式,。然而不同開發(fā)商提供的API函數(shù)是不一樣的,，這就帶來和硬件驅(qū)動器開發(fā)類似的問題：要訪問不同監(jiān)控軟件的專有數(shù)據(jù)庫,，必須編寫不同的代碼，這樣顯然十分繁瑣,。采用OPC則能有效解決這個問題,，只要專有數(shù)據(jù)庫的開發(fā)商在提供數(shù)據(jù)庫的同時也能提供一個訪問該數(shù)據(jù)庫的OPC服務(wù)器，那么當(dāng)用戶要訪問時只需按照OPC規(guī)范的要求編寫OPC客戶端程序而無需了解該專有數(shù)據(jù)庫特定的接口要求,。

第四,，OPC便于集成不同的數(shù)據(jù)，為控制系統(tǒng)向管理系統(tǒng)升級提供了方便,。當(dāng)前控制系統(tǒng)的趨勢之一就是網(wǎng)絡(luò)化,，控制系統(tǒng)內(nèi)部采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間也網(wǎng)絡(luò)連接,，組成更大的系統(tǒng),，而且，整個控制系統(tǒng)與企業(yè)的管理系統(tǒng)也網(wǎng)絡(luò)連接,，控制系統(tǒng)只是整個企業(yè)網(wǎng)的一個子網(wǎng),。在實(shí)現(xiàn)這樣的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)過程中，OPC也能夠發(fā)揮重要作用,。在企業(yè)的信息集成,，包括現(xiàn)場設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)之間、監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間,、監(jiān)控系統(tǒng)與企業(yè)管理系統(tǒng)之間以及監(jiān)控系統(tǒng)與Internet之間的信息集成,，OPC作為連接件，按一套標(biāo)準(zhǔn)的COM對象,、方法和屬性,，提供了方便的信息流通和交換。無論是管理系統(tǒng)還是控制系統(tǒng),，無論是PLC（可編程控制器）還是DCS,，或者是FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)），都可以通過OPC快速可靠的彼此交換信息,。換句話說,，OPC是整個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，所以,，OPC提升了控制系統(tǒng)的功能,，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的功能，提高了企業(yè)管理的水平,。

最后,，OPC使控制軟件能夠與硬件分別設(shè)計、生產(chǎn)和發(fā)展,，并有利于獨(dú)立的第三方軟件供應(yīng)商產(chǎn)生與發(fā)展,，從而形成新的社會分工，有更多的競爭機(jī)制,，為社會提供更多更好的產(chǎn)品,。

6．結(jié)束語

OPC作為一項(xiàng)逐漸成型的技術(shù)已得到國內(nèi)外廠商的高度重視，許多公司都在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了對OPC的支持,。由于統(tǒng)一了數(shù)據(jù)訪問的接口,，使控制系統(tǒng)進(jìn)一步走向開放，實(shí)現(xiàn)信息的集成和共享,，用戶能夠得到更多的方便,。OPC技術(shù)改變了原有的控制系統(tǒng)模式，給國內(nèi)系統(tǒng)生產(chǎn)廠商提出了一個發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn),，符合OPC規(guī)范的軟,、硬件也已被廣泛應(yīng)用，給工業(yè)自動化領(lǐng)域帶來了勃勃生機(jī),。