OPC技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、OPC技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、工業(yè)控制等方面的新技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由早期的集中式監(jiān)控向全分布式的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件也從早期面向功能的系統(tǒng)，隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)、分布式對(duì)象計(jì)算、多層次Client/Server技術(shù)的成熟，發(fā)展為面向具體現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為特征的面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 同時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類在不斷的增加，由于不同廠家所提供的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊機(jī)制并不相同，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件需要開(kāi)發(fā)的設(shè)備通信驅(qū)動(dòng)程序也就越來(lái)越多，而基于COM/DCOM技術(shù)的OPC技術(shù)，提供了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商只要遵循OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就可以實(shí)現(xiàn)軟

2、硬件的互操作性。 1OPC簡(jiǎn)介 11OPC的概念及技術(shù)優(yōu)勢(shì) OPC（OLEforProcessControl）是為過(guò)程控制設(shè)計(jì)的OLE技術(shù)，由一些世界上占領(lǐng)先地位的自動(dòng)化系統(tǒng)和硬件、軟件公司與微軟（Microsoft）緊密合作而建立的，OPC基金會(huì)負(fù)責(zé)OPC規(guī)范的制定和發(fā)布。OPC提出了一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，采用CLIENT/SERVER模式，針對(duì)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序由硬件廠商或?qū)ｉT(mén)的公司完成，提供具有統(tǒng)一OPC接口的SERVER程序，軟件廠商按照OPC標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)SERVER程序，即可實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信。 與傳統(tǒng)的方式相比，OPC技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)： a.硬件廠商熟悉自己的硬件設(shè)備，因而設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序性能

3、更可靠、效率更高。 b.軟件廠商可以減少?gòu)?fù)雜的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)周期，只需一套遵循OPC標(biāo)準(zhǔn)的程序就可以實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信，并可以把人力、物力資源投入到系統(tǒng)功能的完善中。 c.可以實(shí)現(xiàn)軟硬件的互操作性。 OPC把軟硬件廠商區(qū)分開(kāi)來(lái)，使得雙方的工作效率有了很大的提高，因此 OPC技術(shù)得到了廣大軟硬件廠商的支持，并迅速發(fā)展。國(guó)家電力公司電力自動(dòng)化研究院自動(dòng)控制所開(kāi)發(fā)的EC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件對(duì)提供OPCServer的設(shè)備全面支持。 12OPC技術(shù)的本質(zhì)COM/DCOM 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也普遍的采用了分布式結(jié)構(gòu)，因而系統(tǒng)的異構(gòu)性是一個(gè)非常顯著的特點(diǎn)。OPC技術(shù)本質(zhì)是采

4、用了Microsoft的COM/DCOM（組件對(duì)象模型/分布式組件對(duì)象模型）技術(shù)，COM主要是為了實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用和互操作，并且為基于WINDOWS的程序提供了統(tǒng)一的、可擴(kuò)充的、面向?qū)ο蟮耐ㄓ崊f(xié)議，DCOM是COM技術(shù)在分布式計(jì)算領(lǐng)域的擴(kuò)展，使COM支持在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)甚至Internet上不同計(jì)算機(jī)的對(duì)象之間的通訊。 13OPC規(guī)范 基于COM/DCOM技術(shù)的OPC采用客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，為各廠家提供了一個(gè)公用的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各個(gè)硬件設(shè)備廠家為其設(shè)備提供一個(gè)符合OPC規(guī)范接口的服務(wù)器，其他應(yīng)用程序通過(guò)OPC接口對(duì)OPC服務(wù)器的訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的讀寫(xiě)，由此軟件開(kāi)發(fā)者只需要開(kāi)發(fā)一套OPCCLI

5、ENT程序，而不需要了解各硬件設(shè)備的通訊協(xié)議，也不需要為市場(chǎng)上幾百種的硬件設(shè)備寫(xiě)專門(mén)的驅(qū)動(dòng)程 序。 OPC規(guī)范主要包括OPC服務(wù)器（SERVER）和OPC應(yīng)用程序（CLIENT）兩部分。其中一個(gè)OPCCLIENT可以連接一個(gè)或多個(gè)OPC服務(wù)器，而多個(gè)OPCCLIENT也可以同時(shí)連接一個(gè)OPC服務(wù)器。 2OPC服務(wù)器組成 OPC服務(wù)器由3類對(duì)象組成：服務(wù)器（SERVER）、組（GROUP）、和數(shù)據(jù)項(xiàng)（ITEM）。 服務(wù)器對(duì)象保存服務(wù)器和服務(wù)器作為OPC組對(duì)象容器的所有信息。 OPC組對(duì)象保存組對(duì)象的信息，并提供組織OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)的機(jī)制。OPC組對(duì)象為客戶提供了組織數(shù)據(jù)的一種方法。例如，一個(gè)組可能代

6、表一個(gè)特殊設(shè)備的數(shù)據(jù)項(xiàng)。OPCCLIENT可以通過(guò)組對(duì)象來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定OPC服務(wù)器應(yīng)該提供給OPCCLIENT的數(shù)據(jù)更新速率。OPC規(guī)范定義了2種組對(duì)象：公共組和私有組。公共組由多個(gè)客戶共享，局部組只隸屬于一OPC客戶。全局組對(duì)所有連接在服務(wù)器的應(yīng)用程序都有效，而私有組只能對(duì)建立他的CLIENT有效。在一個(gè)SERVER中，可以有若干個(gè)組。 OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)代表到OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)源連接，并不是數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)項(xiàng)是讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的最小邏輯單位（在實(shí)際應(yīng)用中，可能是物理設(shè)備的寄存器或寄存器的某一位），數(shù)據(jù)項(xiàng)不提供對(duì)外接口，不能作為單獨(dú)的對(duì)象供OPCCLIENT訪問(wèn)，必須隸屬于某一個(gè)組，所有對(duì)OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)

7、的訪問(wèn)必須經(jīng)過(guò)包含OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)的組對(duì)象，即必須通過(guò)組對(duì)象才可以訪問(wèn)到OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)。在一個(gè)組對(duì)象中，客戶可以加入多個(gè)OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)。每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)包括3個(gè)變量：值（Value）、品質(zhì)(Quality)和時(shí)間戳（TimeStamp）。數(shù)據(jù)值是以VARIANT形式表示的。 3OPCCLIENT應(yīng)用程序 31OPC接口 OPC規(guī)范有兩種接口方式：自定義接口（CustomInterface）和自動(dòng)化接口 （AutomationInterface）。自定義接口是一組COM接口，主要用于采用C+語(yǔ)言的的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)；自動(dòng)化接口是自動(dòng)化的OLE接口，主要用于采用VB，DELPHI等基于腳本編程語(yǔ)言的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

8、圖3：兩種接口的OPC服務(wù)器通信方式 自動(dòng)化接口 自定義接口 C+ 客戶程序 VB 客戶程序 OPC服務(wù)器（本地、進(jìn)程內(nèi)、遠(yuǎn)程） 對(duì)于客戶端應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，采用自定義接口的方式運(yùn)行效率高，但開(kāi)發(fā)難度大；采用自動(dòng)化接口的方式運(yùn)行效率低，但開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。利用這兩種接口與OPC服務(wù)器的通信見(jiàn)圖3。 對(duì)于分布式的對(duì)象上的OPC客戶程序的開(kāi)發(fā)，OPC標(biāo)準(zhǔn)采用DCOM技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶程序的通訊。 32訪問(wèn)OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 由圖2可以看出，OPC服務(wù)器可分為三層結(jié)構(gòu)，SERVER，GROUP和ITEM。 在實(shí)際訪問(wèn)OPC服務(wù)器時(shí)，第一步要完成COM庫(kù)的初始化，然后創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)器對(duì)象，建立與服務(wù)器的連

9、接，獲得服務(wù)器對(duì)象的接口；第二步要添加組對(duì)象， 并設(shè)定數(shù)據(jù)刷新速率，死區(qū)等參數(shù)；第三步添加數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)象，數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)象有只讀，只寫(xiě)等屬性，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置屬性。 OPC客戶和OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互有2種訪問(wèn)方式：同步和異步方式。 同步方式實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，客戶向服務(wù)器發(fā)出讀寫(xiě)請(qǐng)求，然后等待服務(wù)器返回信息，當(dāng)客戶數(shù)據(jù)較少而且同服務(wù)器交互的數(shù)據(jù)量比較少的時(shí)候可以采用這種方式，然而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)堵塞或大量客戶訪問(wèn)時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)的性能效率下降。 異步方式實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，客戶向服務(wù)器發(fā)出讀寫(xiě)請(qǐng)求后，服務(wù)器立刻返回信息表示請(qǐng)求已接受，客戶可以進(jìn)行其他處理，當(dāng)服務(wù)器完成讀寫(xiě)操作后，通過(guò)調(diào)用回調(diào)函數(shù)，通知客戶程序操作完成，

10、并傳遞相應(yīng)的信息，因此異步方式的效率更高，能夠避免多客戶大數(shù)據(jù)請(qǐng)求的阻塞，并可以最大限度地節(jié)省CPU和網(wǎng)絡(luò)資源。另外一種異步方式是服務(wù)器周期性的掃描緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化范圍超過(guò)死區(qū)后，立刻通知客戶程序，傳遞相應(yīng)信息。 3.3應(yīng)用實(shí)例 以太網(wǎng) 串口 SLC500 工控機(jī) RSLinxOPCServer 硬件驅(qū)動(dòng)程序 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) OPC接口 OPC客戶程序 EC2000現(xiàn)地軟件 上位機(jī)系統(tǒng) 圖4：基于OPC技術(shù)的SLC500通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 浙江長(zhǎng)潭水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用國(guó)家電力公司電力自動(dòng)化研究院自動(dòng)控制所研制的的EC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由上位機(jī)系統(tǒng)、三套機(jī)組LCU和一套公用LCU通過(guò)以

11、太網(wǎng)連接組成，上位機(jī)系統(tǒng)采用EC2000監(jiān)控軟件，機(jī)組LCU和公用LCU均采用工控機(jī)+PLC的模式，PLC采用羅克韋爾(RockWell)公司的SLC500（串口）型PLC，并采用羅克韋爾公司的RSLINX通訊軟件。 RSLINX通訊軟件支持最新的OPC技術(shù)，提供符合OPC規(guī)范的OPC服務(wù)器(RSLinxOPCServer)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單配置后實(shí)現(xiàn)與SLC500的連接?，F(xiàn)地工控機(jī)監(jiān)控軟件采用OPC技術(shù)（自定義接口和異步方式），通過(guò)OPC客戶程序訪問(wèn)RSLINX內(nèi)含的OPC服務(wù)器（RSLinxOPCServer），實(shí)現(xiàn)與SLC500的通訊。 在其他工程中先后采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了同羅克韋爾公司的SLC500（以太網(wǎng)）PLC，CON