數(shù)據(jù)采集服務器設(shè)計

1、數(shù)據(jù)采集服務器設(shè)計計算機應用computerapplications自動化技術(shù)與應用20l0年第29卷第5期數(shù)據(jù)采集服務器設(shè)計李金波.陳慶文(黑龍江省科學院自動化研究所,黑龍江哈爾濱150090)摘要:本義利用olc技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集服務器的沒計.評介紹數(shù)據(jù)采集服務器實現(xiàn)方法,閘述_f】otc設(shè)汁系統(tǒng)的點.簡述ri/odii的肝發(fā).小文的數(shù)據(jù)采集駑對電能表沒計的.關(guān)鍵詞:opc;服籌器;電能表中圈分類d:tp274.2文獻標碼:bl殳章編號:1003724l(2010)05003905designmentandimplementationofpowermeterdataacquisitionse

2、rverlijin-bo,chenqingwen.(heilongjiangacodemyofsciences,haerbin150090china)abstract:opcservertechnologyfordataacquisitioninthedesign,andintroducedthemethodofdatacollectionserverontheopcdesignwiththeadvantageofthesystem,outlinesthei0dlldevelopment.inthispaper,thedataacquisitionserverforenergymeterdes

3、ign.keywords:opc;servers;energymeter1引言數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件通過i/o驅(qū)動程序從現(xiàn)場i/o設(shè)備獲得實時數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行必要的處理后,一方面以圖形方式直觀地顯示在計算機屏幕上,另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給i/o設(shè)備,對執(zhí)行機構(gòu)實施控制或調(diào)整控制參數(shù).但是,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件存在一個嚴重的制約因素,即現(xiàn)場設(shè)備與應用軟件之間難以實現(xiàn)開放的,無縫隙的連接.即針對同一個硬件設(shè)備,每個應用軟件都要根據(jù)自己的需求開發(fā)一套硬件驅(qū)動程序.這不僅加大了開發(fā)和維護費用,而且?guī)砹嗽L問沖突問題.opc技術(shù)將各個硬件設(shè)備驅(qū)動程序和通信程序封裝成獨立的opc服務器,上

4、層應用軟件可以不關(guān)心硬件的性能特點,而通過標準的opc接口訪問opc服務器.這樣不僅解決了上述問題,而且實現(xiàn)了軟件的”即插即用”.opc相當于一塊軟件”主板”,它能夠直接與現(xiàn)場收稿日期:20100329的plc,工業(yè)網(wǎng)絡,數(shù)據(jù)采集和windowsce設(shè)備連接,快速有效地獲取現(xiàn)場實時數(shù)據(jù).pc機內(nèi)的各種監(jiān)視,控制和管理等應用軟件則像是插在opc主板上的軟件”芯片”,”芯片”可通過opc獲得現(xiàn)場實時數(shù)據(jù),“芯片”之間也可按照opc協(xié)議進行通信,從而實現(xiàn)軟件的”即插即用”.本文以針對一種電能表的數(shù)據(jù)采集服務器為編程實例,詳細介紹數(shù)據(jù)采集服務器的基本結(jié)構(gòu)以及如何實現(xiàn)opc服務器.電能表采用了(多功能電

5、能表通信規(guī)約)(dl/t6451997).多功能電能表通信規(guī)約適用于本地系統(tǒng)中的電能表費率裝置與手持單元(也稱抄表器,用于現(xiàn)場抄表或編程)或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備進行點對點的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式;標準中規(guī)定了它們之間的物理連接(物理層),通信鏈路(數(shù)據(jù)鏈路層)及應用技術(shù)(應用層)規(guī)范.數(shù)據(jù)終端設(shè)備經(jīng)數(shù)據(jù)信道(如無線電臺,市話網(wǎng)絡等)與遠方主站的數(shù)據(jù)通信協(xié)議不屬于dl/t645自動化技術(shù)與應用20l0年第29卷第5期i-l-n機應用computerapplicationsl997的范疇.dl/t6451997中的主站指手持單元或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備.它具有選擇費率裝置(與電能表連接或與電能表組裝在一起

6、的數(shù)據(jù)采集與處理單元)并與它進行信息交換的功能.2傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的劣勢傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為使每一個應用程序與設(shè)備交換信息,必須為每個設(shè)備提供相應的驅(qū)動程序,在數(shù)據(jù)源與客戶程序之間分別建立一對一的驅(qū)動連接,如圖1以電能表為例.圖1傳統(tǒng)的應用軟件與數(shù)據(jù)源接口方式由于設(shè)備多樣性和驅(qū)動程序不兼容性,這種方式存在以下缺陷:(1)應用程序開發(fā)者必須花費大量精力開發(fā)各種設(shè)備的驅(qū)動接口,計算機硬件廠家要為不同的應用軟件編寫不同的驅(qū)動程序,這種程序可復用程度低,不符合軟件工程的發(fā)展趨勢,典型的高級語言軟件開發(fā)過程約有2530%的時間用于編寫這類接口,使開發(fā)時間和費用大大增加;(2)設(shè)備不具有互操作性,使用中硬

7、件的升級,變更和增加都可能造成驅(qū)動程序的變化,從而在維護過程中引起二次投資;(3)由于每一驅(qū)動軟件有各自的驅(qū)動程序,當多個應用軟件讀取同一數(shù)據(jù)源時,經(jīng)常發(fā)生沖突;(4)設(shè)備廠商雖然可能提供驅(qū)動程序,但與用戶開發(fā)應用軟件往往不一致,限制了用戶對軟件和設(shè)備的自由選擇.可見,在現(xiàn)場設(shè)備與應用軟件之間提供標準的接口,實現(xiàn)開放的,無縫隙的連接,是順利推進企業(yè)管控一體化的關(guān)鍵.為此,在微軟的倡導下,世界范圍內(nèi)處于主導地位的硬件和軟件開發(fā)商組成了opc基金會組織(opcfondation),制定硬件和應用軟件之間的接口標準一opc規(guī)范.3采用opc規(guī)范設(shè)計服務器的益處1)采用標準的windows體系接口,硬

8、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ole/dcom為技術(shù)基礎(chǔ)2,而ole/dcom支持tcp/ip等網(wǎng)絡協(xié)議,因此可以將各個子系統(tǒng)從物理上分開,分布于網(wǎng)絡的不同節(jié)點上.3)opc按照面向?qū)ο蟮脑瓌t,將一個應用程序(opc服務器)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實現(xiàn)了遠程調(diào)用,使得應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)的應用范圍更廣.5)采用op

9、c規(guī)范,便于系統(tǒng)的組態(tài),將系統(tǒng)復雜性大大簡化,可以大大縮短軟件開發(fā)周期,提高軟件運行的可靠性和穩(wěn)定性,便于系統(tǒng)的升級與維護.圖2基于opc應用軟件與數(shù)據(jù)源接口方式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,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性,易于實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的接口.圖2為基于0pc技術(shù)的應用軟件與智能電能表進行數(shù)據(jù)交換的處理過程,它比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢.4數(shù)據(jù)采集服務器設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集服務器的設(shè)計以opcserver為核心【引,它介于各種硬件設(shè)備與上位過程控制系統(tǒng)之間,將采用不同的通訊規(guī)約和通訊方式的各種監(jiān)控設(shè)備信息轉(zhuǎn)換成自動化技術(shù)與應用2010年第2

10、9卷第5期符合opc接口規(guī)范的信息,提供給客戶端(監(jiān)控軟件);同時客戶端下發(fā)的各種控制命令等信息通過數(shù)據(jù)采集服務器提供給相應設(shè)備.opc服務器由server對象,group對象,item對象和針對不同現(xiàn)場設(shè)備的編寫的i/0dll組成.server,對象,group對象都是標準的com對象,opc客戶端通過它們提供的接口來訪問現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù),使opc客戶端與0pc服務器實現(xiàn)無縫連接成為可能.server對象是0pc客戶端與0pc服務器端交互的首要對象,opc客戶端通過server對象來組織管理group對象,group對象是用來組織管理item對象的.item對象描述了服務器與現(xiàn)場設(shè)備的連接,是

11、對應的現(xiàn)場設(shè)備的屬性在服務器中的代表,它包含有數(shù)據(jù)項的值,值的質(zhì)量標志和時間標簽(讀取數(shù)據(jù)的時間).i/odll實現(xiàn)從具體的現(xiàn)場設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)的功能,因為不同廠商設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方式和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡的通信協(xié)議不同,需要為不同硬件設(shè)備和通信協(xié)議編寫不同的i/odll.數(shù)據(jù)采集服務器的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示.圖3數(shù)據(jù)采集服務器的整體結(jié)構(gòu)5數(shù)據(jù)采集服務器的設(shè)計與實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集服務器中0pcserver的開發(fā)主要應用com技術(shù)4】,但直接采用com技術(shù)開發(fā)的難度比較大,且周期長.為了減少了開發(fā)的難度,本軟件0pc服務器部分應用第三方拓林的開發(fā)包開發(fā),通過加載kosrdk.dll動態(tài)連接庫實現(xiàn)不同設(shè)備到opc的轉(zhuǎn)

12、換.opcserver是透過一組一組的接口提供服務的.在實際的架構(gòu)上,opcserver共分為三層:如圖4,分別是opcserver,opcgroup,opcitem.其中每一個opcltem對應到一個實際的硬件裝置上的某一個channel或port;每一個opcgroup則包含了許多的opcitem,同時并定義這些opcltem更新的時間,方式,以及提供讀取opcltem值的接口;而每一個opcserver則包含若干個opcgroup,同時提供操作這些opcgroup的接口.圖4opcserver/opcgroup/opcltem間的關(guān)系圖本文以拓林的開發(fā)包開發(fā)工具為例總結(jié)出以下開發(fā)步驟:(

13、1)安裝opcproxy動態(tài)鏈接庫文件.進行opcserver編程開發(fā)首先需要從opc基金會官方網(wǎng)站下載并安裝opcproxy/stub動態(tài)鏈接庫文件,包括opcproxy.dll,opccomn_ps.dll,opcae_ps.dll,opchdaps.dll四個文件.獲得這些文件后,將它們拷貝到系統(tǒng)目錄(system32)下,然后在命令行格式下按照以下方法對這些文件進行注冊:regsvr32opcproxy.dll,regsvr32opccomnps.di1regsvr32opcaeps.dll,regsvr32opchda_ps.dll此外,還要檢查系統(tǒng)中是否存在actxprxy.dil

14、l文件,如果沒有,則需要從microsoft官方網(wǎng)站下載aprxdist.zip文件進行安裝.(2)編程環(huán)境設(shè)置.用opc數(shù)據(jù)服務器快速開發(fā)工具進行opc數(shù)據(jù)服務器的開發(fā)主要利用開發(fā)工具所提供的動態(tài)鏈接庫進行opc數(shù)據(jù)服務器的編程開發(fā)工作,在visualc+編程環(huán)境中將用到wtopcsvr.dll,wtopcsvr.1ib,wtopcsvrapi.h三個文件.對于動態(tài)鏈接庫文wtopcsvr.dll,需要將其拷貝到要開發(fā)的opcserver程序所在目錄;對于輸出定義文件wtopcsvr.dll,需要在編程環(huán)境的連接設(shè)置中加人此文件:對于頭文件wtopcsvrapi.h,則需要用到開發(fā)工具api

15、函數(shù)的源程序都應包含此文件.(3)獲得clsid.自動化技術(shù)與應用2010年第29卷第5期計算機應用computerapplications每個opc服務器均有一個全球唯一的guid類型的標識,如下:staticconstguidclsidsvr=0x73f90f71,0x9154,ox43d9,0x86,0x45oxf9,0x49,0x61,0x6,0x7c,0x80;(4)系統(tǒng)設(shè)置和初始化.服務器名稱和描述設(shè)置opc服務器的名稱和描述,用于系統(tǒng)的注冊和標識.mstrsvrname=“test.opc.serverver1.01”./nameofopcserverm_strsvrdesc=“

16、test.opc.server”./descriptionofopcserver服務器初始化調(diào)用kosinit()對服務器進行初始化.kos_init(clsid_svr,100);/knightopcserverinitialization函數(shù)第一個參數(shù)為服務器的classid,第二個參數(shù)數(shù)據(jù)掃描頻率.設(shè)置回調(diào)函數(shù)1.客戶端寫函數(shù)kossetclientwriteproc(&clientwriteproc,;/settingwritecallbackprocedure2.客戶端關(guān)閉kossetclientshutd0wnproc(&clientshutdownproc);/s

17、ettingclientshutdowncallbackprocedure注冊與反注冊注冊:bret=k0sregister(clsidsvr,mstrsvrname,mstrsvrdesc,strfile);反注冊:bret=kosunregiste(clsidsvr,mstrsvrname);(5)添加opc點.服務器的初始化工作完成后,需要添加opc點到opcserverdll中,opc客戶端才能夠檢索和使用opc點.(6)更新opc點.在上一步中,opc點已經(jīng)被添加到opcservedll中,這樣,opc客戶端程序就可以瀏覽到opc點;同時,也可以讀取到opc點的值(包括數(shù)據(jù)類型,數(shù)據(jù)

18、值,質(zhì)量,時間戳等).程序?qū)脑O(shè)備采集上來的數(shù)據(jù)不斷更新到opcserverdll中,使得客戶端程序可同步更新.(7)關(guān)閉opc服務器.關(guān)閉opc服務器之前,需要完成如下工作:如果有客戶端連接,發(fā)出斷開連接請求;釋放用new等操作符申請的內(nèi)存;調(diào)用kosremoveltem0從opc服務器中刪除已添加的opc點.調(diào)用kosunit()完成opc服務器的退出.6電能表i0dll開發(fā)圖5接收功能實現(xiàn)流程圖計算機應用computerapplications自動化技術(shù)與應用2010年第29卷第5期.旰婚|l度瓤l聾崩掠跚皿|r菇電.哂技礁s1.ii結(jié)覃持l圖6正常應答幀開始1|綻翻l本帆地址(a0-a5工艘鯽c1h=控制碼【表示異常鷹菩幀)i傲撼螭長度0lhl錯誤侍息宇職rl檀齄碼csl幀緒柬牟魯l砸圖7異常應答幀由于不同廠商的設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方式和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡采用的協(xié)議不同,廠商提供的用于數(shù)據(jù)采集的api函數(shù)也不同,因此在opc服務中,通過編寫不同的i/odll,使得服務器能從連接