用OPC實現(xiàn)IBMS的信息集成

用OPC實現(xiàn)IBMS的信息集成摘要：本文介紹了OPC技術(shù)在智能建筑系統(tǒng)集成中的運用，設(shè)計了基于OPC技術(shù)的建筑物集成管理系統(tǒng)的模型，并給出了OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器和OPC在客戶端的具體實現(xiàn)方法。1引言智能建筑(IntelligentBuilding,IB)是20世紀80年代中期隨著控制技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。到了現(xiàn)成，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，智能建筑、智能小區(qū)在我國已經(jīng)成為最熱門的話題之一。建筑物集成管理系統(tǒng)(IntegratedBuildingManagementSystem,IBMS)是一種以實現(xiàn)樓宇自動化系統(tǒng)集成為重點，廣泛涉及通信自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)的集成系統(tǒng)。智能建筑系統(tǒng)的信息集成包括了底層控制網(wǎng)的集成、控制網(wǎng)與局域網(wǎng)的集成、局域網(wǎng)與信息網(wǎng)的集成。本文分析和研究了用OPC技術(shù)實現(xiàn)智能建筑信息集成的方法并給出了OPC服務(wù)器和OPC客戶端的具體實現(xiàn)方法。OPC的體系及服務(wù)模式OPC是一種設(shè)備服務(wù)器的標準接口，它能夠被連接到I/O裝置、PLC、現(xiàn)場總線等，該技術(shù)能提供一種即插即用的硬、軟件組合，使用戶很容易地將它們集成為完整的自動控制系統(tǒng)。目前，由于設(shè)備的不同和開發(fā)商的不同，各種自動化系統(tǒng)都設(shè)計了各自專用的接口，這樣就導(dǎo)致了不同的開發(fā)商設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品不能實現(xiàn)互相通信，因而不具有互操作性。而且，對大型的集成系統(tǒng)來說，在軟、硬件組件的選擇上受到很多的限制，浪費了大量的財力卻不能保證所集成系統(tǒng)的質(zhì)量。OPC標準出現(xiàn)以后，對于依據(jù)OPC標準軟、硬件組件來說，由于它們都遵循單一的、標準的通信規(guī)約，系統(tǒng)的集成變得容易了，系統(tǒng)的造價也會降低。利用OPC技術(shù)開發(fā)的服務(wù)器提供了現(xiàn)場設(shè)備與應(yīng)用軟件之間的接口，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。C吶周破忡C吶周破忡1nrc的體舟搦構(gòu)在應(yīng)用程序一邊，有兩個接口：定制(CustomInterface)和自動接口(AutomationInterface)。定制接口主要用于用C/C++環(huán)境的高效率、高性能的應(yīng)用，自動接口主要用于腳本語言如VB、Delphi的應(yīng)用。在設(shè)備端，遵循OPC標準的現(xiàn)場設(shè)備可與OPC服務(wù)器通信，OPC服務(wù)器就相當于設(shè)備驅(qū)動器軟件。在這種結(jié)構(gòu)中，OPC服務(wù)器對現(xiàn)場設(shè)備而言是客戶端，而對應(yīng)用程序而言，它又是服務(wù)器端。這樣，OPC服務(wù)器在現(xiàn)場設(shè)備與應(yīng)用程序之間起到了接口的作用，使得應(yīng)用程序與設(shè)備之間的通信變得簡單易行。IBMS的設(shè)計思路OPC規(guī)范的引入，使得樓宇控制系統(tǒng)中硬件軟件的配置更加靈活。如圖2所示。UPC系統(tǒng)中硬件軟件設(shè)置由圖我們可以知道，硬件制造商只要開發(fā)出符合OPC規(guī)范的驅(qū)動程序(圖2中的OPC服務(wù)器)，就可以一勞永逸，因為這個服務(wù)器能夠被所有符合OPC規(guī)范的客戶軟件所應(yīng)用。而應(yīng)用軟件開發(fā)商只要開發(fā)出帶OPC客戶接口的應(yīng)用軟件，就可以和所有提供OPC服務(wù)器的硬件或者其它軟件交互。這樣的系統(tǒng)可以很方便地修改和升級，增加一個設(shè)備(當然需要提供OPC服務(wù)器)，所有的應(yīng)用軟件都可以與之進行數(shù)據(jù)交互；增加一個應(yīng)用軟件，只要它

能夠提供OPC客戶接口，那么它也能和所有的硬件進行數(shù)據(jù)交互。進一步地，如果將硬件設(shè)備驅(qū)動器程序和通信程序封裝成獨立的OPC服務(wù)器或者在一個軟件中既帶有OPC客戶接口，同時也能夠提供OPC服務(wù)器接口，那么它們就可以做到嵌入式運行。這樣做使得系統(tǒng)的模塊化、開放性、重用性和靈活性大大提高。不同廠商的應(yīng)用軟件和現(xiàn)場設(shè)備只要提供符合OPC規(guī)范接口，它們就可以很方便地集成到整個系統(tǒng)中去，從而可以系統(tǒng)的靈活配置和多個子系統(tǒng)的真正集成。本文所設(shè)計的智能建筑集成管理系統(tǒng)(IBMS)正是基于這樣一種思路。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。1哼贍星」既場敬備1圍1哼贍星」既場敬備1圍3【I制S說憎悄給中如圖，各子系統(tǒng)通過OPC客戶接口與符合OPC規(guī)范的現(xiàn)場設(shè)備(目前，OPC基金會成員數(shù)已達到200多家，包括了世界上大多數(shù)比較著名的設(shè)備制造商)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；而中央監(jiān)控站各應(yīng)用軟件亦通過OPC客戶接口與提供OPC服務(wù)器接口的各子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。這樣，通過標準化的OPC客戶接口和OPC服務(wù)器接口，中央監(jiān)控站就可以和各子系統(tǒng)及現(xiàn)場設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信，從而達到控制和管理的目的，實現(xiàn)了系統(tǒng)的集成。這樣的系統(tǒng)，可以大量地使用不同生產(chǎn)商的硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件，只要它們是符合OPC規(guī)范的，在系統(tǒng)的集成中就不會帶來任何困難。同時，采用OPC規(guī)范對于系統(tǒng)的修改和升級也帶來了極大的方便。在系統(tǒng)增加硬件設(shè)備或應(yīng)用軟件時，只需要求該硬件設(shè)備或應(yīng)用軟件符合OPC規(guī)范，即硬件設(shè)備需要提供OPC服務(wù)器接口，而應(yīng)用軟件需要帶有OPC客戶接口(至于應(yīng)用軟件是否需要帶有OPC服務(wù)器接口，這要根據(jù)實際應(yīng)用需要來確定。如果此應(yīng)用軟件還需要向上級應(yīng)用提供服務(wù)，則必須帶有OPC服務(wù)器接口；否則不必帶OPC服務(wù)器接口)，就可以方便地將硬件設(shè)備或應(yīng)用軟件加入到系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫集成。OPC服務(wù)器的實現(xiàn)4.1OPC服務(wù)器OPC服務(wù)器規(guī)范包括3種：OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范、OPC報警與事件規(guī)范和OPC歷史數(shù)據(jù)訪問規(guī)范。OPC數(shù)據(jù)訪問(DataAccess)規(guī)范從總體上說，一個OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器包括三類對象:服務(wù)器(Server)、組(Group)和項(Item)。OPC服務(wù)器對象維護有關(guān)服務(wù)器的信息并用作OPC組對象的容器，而OPC組對象維護組的信息，提供包容OPC項的機制，并管理OPC項。OPC組提供了客戶程序組織數(shù)據(jù)的手段。有兩種類型的組：公共(Public)組和局部(Local)組。公共組可以被多個客戶共享，而局部組只能被一個客戶使用。每個組中都可以定義一個或多個OPC項。OPC項代表了與服務(wù)器中的數(shù)據(jù)的連接?？蛻舫绦?qū)PC項的操作都是通過包容此項的OPC組來進行的，而不是直接把OPC項作為一個對象來操作。每個OPC項都有值(Value)。品質(zhì)(Quality)和時間戳(TimeStamp)三個屬性。OPC報警與事件(AlarmsandEvents)規(guī)范通過OPC報警與事件規(guī)范提供的機制，當I/O設(shè)備中有指定的事件或報警條件發(fā)生時，OPC客戶程序可以得到通知。通過此接口，OPC客戶程序還可以知道OPC服務(wù)器支持哪些事件和條件，并能得到其當前狀態(tài)。OPC歷史數(shù)據(jù)訪問(HistoricalDataAccess)規(guī)范目前OPC規(guī)范支持以下歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器。?簡單趨勢數(shù)據(jù)服務(wù)器它只提供原始數(shù)據(jù)和簡單存儲功能。?復(fù)合數(shù)據(jù)壓縮和分析服務(wù)器它可以提供數(shù)據(jù)壓縮功能以及數(shù)據(jù)匯總與分析功能，如平均值、最大值、最小值等。4.2數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器的實現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器對象提供了一種訪問(讀/寫)數(shù)據(jù)源的方法?？蛻裟茉L問什么類型的數(shù)據(jù)源由服務(wù)器對象執(zhí)行的功能決定。OPC標準規(guī)定了兩種數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器對象接口，即OPC數(shù)據(jù)訪問定制接口和OPC數(shù)據(jù)訪問自動化模型。OPC數(shù)據(jù)訪問定制接口以C++語言開發(fā)，適用于C++或VC++客戶應(yīng)用程序；OPC數(shù)據(jù)訪問自動化模型是為需要使用OPC自動化接口即使用VB或Delphi等語言的客戶應(yīng)用程序而設(shè)計，該服務(wù)器對象的服務(wù)規(guī)則是通過對象的屬性、方法和事件的組合來實現(xiàn)的。本文按照OPC數(shù)據(jù)訪問自動化規(guī)范來設(shè)計數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器對象。根據(jù)OPC數(shù)據(jù)訪問自動化規(guī)范并結(jié)合樓宇自動控制的實際，本文設(shè)計數(shù)據(jù)服務(wù)器對象的層次模型，如圖4所示。在圖4中，數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器是我們必須創(chuàng)建的，它包容了一個現(xiàn)場設(shè)備組(FDs)和創(chuàng)建了一個OPC瀏覽器對象?，F(xiàn)場設(shè)備組包容了在本服務(wù)器中所有創(chuàng)建的現(xiàn)場設(shè)備(FD)。現(xiàn)場設(shè)備對象的作用是維護狀態(tài)信息和為數(shù)據(jù)訪問服務(wù)提供一種機制。數(shù)據(jù)組(Datas)包容了本服務(wù)器中所有創(chuàng)建的數(shù)據(jù)對象(Data)，并與現(xiàn)場設(shè)備相對應(yīng)。數(shù)據(jù)對象維護本項的定義、當前值、狀態(tài)信息和最后更新時間。OPC瀏覽器對象在服務(wù)器的配置中命名，一個OPC服務(wù)器對象僅存在一個OPC瀏覽器對象。前文提到，數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器對象的訪問規(guī)則是通過對象的屬性、方法和事件來實現(xiàn)的。這可以通過數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器的對象類設(shè)計來說明。(l)DataAccServer類DataAccServer是由客戶應(yīng)用程序?qū)嵗模粋€OPCServerConnect方法，用于幫助客戶獲得DataAccServer的一個實例，ServerShutDown用于釋放對該服務(wù)器對象的引用。GetOPCServers方法用于返回已注冊的服務(wù)器的名字(ProgIDs)，將名定(ProgIDs)之一用于PCServerConnect方法中。實例化一個數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器的例子如下：連接到第一個從GetOPCServers返回的已注冊的OPC服務(wù)器對象DimAllOPCScnersAsVariaTiiAllOPCServer=DataAccServerFell)PCServersDataAccServer.Connect三(AllOPflSenersDataA<^：Server,Connect-(AllOPCSenrfirs(!)}+(?)FD的實例為FD1，F(xiàn)D2，……。FD類除了包含所有附于OPCGroup的屬性外，還根據(jù)樓宇自動控制的需要增加了FDNo,ChanNo,和UpDataRate等。FDs集合FDs集合不僅可以使客戶訪問DataAccServer的FDs集合，通過其Item方法還可以訪問單一的FD對象°Add方法用于增加一個FD對象，Remove方法用來刪除一個FD對象，PropertySet方法用來修改FD對象的屬性值。訪問FDs中一個FD對象的例子如下:niffl AsOPCGmjpSti-MOPCGnsup三FDtIh*“HW)+'或？f‘WAnOPCGraip=Wf說丁岫方法是FDf的缺省一堪加一個m>J象W儀如下實現(xiàn)：FikDr^jll(Jroupi>AcljvrzrTnir剖珈HJiwup-FD^.Add(^AnOPCCniupNdttie}Data類Data類包含了實時數(shù)據(jù)的所有屬性，如值(Value),品質(zhì)(Quality),時間戳(TimeStamp)等。Read方法實現(xiàn)從Cache中讀數(shù)據(jù)，Write方法實現(xiàn)向Cache寫數(shù)據(jù)。Data類的實例為Data1,Data2, ，實際上是從現(xiàn)場設(shè)備得來得一些溫度、壓力等數(shù)據(jù)。與數(shù)據(jù)的例子：PnnifSubIX'rit^liiJttiJH—Ctick(tAnnpcrteinasOl^CJtrrn如OPChem= ISrHtirtii'niScn'crKahdlrIDimValueAsVuHiintVaJus*2001AnOPCHcmWri曲ValueEndEubDatas集合Datas集合是客戶應(yīng)用程序可以對一組Data對象進行操作。用AddItem方法增加一個Data對象，用Remove方法刪除一個Data對象，SetDataTypes方法則用來設(shè)置Data對象的數(shù)據(jù)類型。伽一個服電對象的例予：OimAnOl^ZLlrmEI)asHiringl?jmAndlicntHantUeunLairi|偵)PClt就JIHNS；。"ArtCJjrnlHandlr=2001AnOPCIteniCoHrrLHin.-\ddllrmAni ti-nJF)Ai]Ch"iuHjuidltr4.3OPC客戶端的實現(xiàn)客戶應(yīng)用程序訪問OPC服務(wù)器是通過調(diào)用OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器所提供的方法、屬性和事件來實現(xiàn)的。在實現(xiàn)過程中，首先必須獲取OPC服務(wù)器中的OPCServer對象，OPCServer是客戶應(yīng)用程序訪問OPC服務(wù)器的唯一入口和實例化點。其次，用OPCGroup類的ADDGroup方法創(chuàng)建Group類對象。繼而創(chuàng)建Item對象。在獲取Item對象后，就可以進行各種讀寫操作了。在整個過程中，客戶應(yīng)用程序不需要理解OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器的內(nèi)部設(shè)計，而只需按照OPC服務(wù)器所要求的格式調(diào)用方法、屬性和事件來實現(xiàn)就可以了。客戶程序讀取數(shù)據(jù)的例子：Sei0PtMwrr=1上戶以WjecHFeeAcrSt-r^rr")'創(chuàng)理口；-Servci-對象&IfJPCGroup=(微:Htfvm^ddGronp「“ *')'株取OPCGrwp射象O^CGwup-AcEdEltimf"AnOHJtwcttlXiijne")SetOl^CIlem]-OPCGroup. 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