OPC技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)析

　　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(zhǎng)足的進(jìn)步。然而，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和過(guò)程復(fù)雜程度的提高，工業(yè)控制軟件設(shè)計(jì)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，那就是要集成數(shù)量和種類(lèi)不斷增多的現(xiàn)場(chǎng)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(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不同廠家的設(shè)備又使用不同的驅(qū)動(dòng)程序，迫使工業(yè)控制軟件中包含了越來(lái)越多的底層通信模塊。另外，由于相對(duì)特定應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)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(jí)和維護(hù)極其不便。還有，在同一時(shí)刻，兩個(gè)客戶(hù)應(yīng)用一般不能對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，因?yàn)樗鼈儞碛胁煌摹⑾嗷オ?dú)立的驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作，可能會(huì)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(wèn)題。
　　OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control的縮寫(xiě)，它是微軟公司的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)在過(guò)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(hù)/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，
這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶(hù)機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開(kāi)發(fā)商將取代軟件開(kāi)發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開(kāi)發(fā)者可免除開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，充分發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上。這樣不但可避免開(kāi)發(fā)的重復(fù)性，也提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和可互操作性。
　　2． OPC規(guī)范概述
　　OPC是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是由一些世界上著名的自動(dòng)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(hù)用于過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)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(guò)程控制設(shè)備之間的通訊，不論過(guò)程中采用什么軟件和設(shè)備。其發(fā)展動(dòng)態(tài)如表1所列。
　　表1 OPC標(biāo)準(zhǔn)
　　標(biāo)準(zhǔn) 版本 內(nèi)容
　　Data Access 3.0,2.0,1.0 數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范
　　Alarms and Events 1.10,1.00 報(bào)警和事件規(guī)范
　　Historical Data Access 1.0 歷史數(shù)據(jù)存取規(guī)范
　　Batch 2.0,1.0 批量過(guò)程規(guī)范
　　Security 1.0 安全性規(guī)范
　　Compliance 2.00.2 數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試工具
　　OPC XML 1.00,0.18 過(guò)程數(shù)據(jù)的XML規(guī)范
　　OPC eXchange 1.0 數(shù)據(jù)交換規(guī)范
　　OPC Commands 正在開(kāi)發(fā) 命令規(guī)范
　　OPC Common I/O 正在開(kāi)發(fā) 公共I/O規(guī)范
　　OPC Complex Data 正在開(kāi)發(fā)
　　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(hù)應(yīng)用部分。其應(yīng)用模式如圖1所示。OPC服務(wù)器完成的工作就是收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶(hù)端應(yīng)用。OPC客戶(hù)端則通過(guò)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(guò)程中，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要挑選相應(yīng)的規(guī)范來(lái)使用。
　　其中數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范提供給用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的方法；報(bào)警和事件規(guī)范提供了一種由服務(wù)器程序?qū)F(xiàn)場(chǎng)的事件或報(bào)警通知客戶(hù)程序的機(jī)制；歷史數(shù)據(jù)存取規(guī)范用來(lái)提供用戶(hù)得到存儲(chǔ)在過(guò)程數(shù)據(jù)存檔文件，數(shù)據(jù)庫(kù)或遠(yuǎn)程終端設(shè)備中的歷史數(shù)據(jù)以及來(lái)分析這些歷史過(guò)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(jì)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(gè)，軟件制造商也僅需要開(kāi)發(fā)一套通訊接口程序。即有利于軟硬件開(kāi)發(fā)商，更有利于最終用戶(hù)。
　　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(gè)子系統(tǒng)從物理上分開(kāi)，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(gè)應(yīng)用程序（OPC服務(wù)器）作為一個(gè)對(duì)象封裝起來(lái)，只將接口方法暴露在外面，客戶(hù)以統(tǒng)一的方式去調(diào)用這個(gè)方法，從而保證軟件對(duì)客戶(hù)的透明性，使得用戶(hù)完全從底層的開(kāi)發(fā)中脫離出來(lái)。
　　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(wú)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(jiǎn)化，可以大大縮短軟件開(kāi)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(jí)與維護(hù)。
　　6）OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶(hù)都以統(tǒng)一的方式去訪(fǎng)問(wèn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)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(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、更長(zhǎng)的壽命、更低的價(jià)格解決工業(yè)控制成為可能。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與系統(tǒng)的連接也更加簡(jiǎn)單、靈活、方便。因此OPC技術(shù)在國(guó)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。現(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(xiě)，可以編制符合標(biāo)準(zhǔn)OPC接口的客戶(hù)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(fǎng)問(wèn)。OPC提供了讀取存儲(chǔ)在過(guò)程數(shù)據(jù)存檔文件、數(shù)據(jù)庫(kù)或遠(yuǎn)程終端設(shè)備中的歷史數(shù)據(jù)以及對(duì)其操作、編輯的方法。
　　3）報(bào)警和事件處理。OPC提供了OPC服務(wù)器發(fā)生異常時(shí)，以及OPC服務(wù)器設(shè)定事件到來(lái)時(shí)向OPC客戶(hù)發(fā)送通知的一種機(jī)制，通過(guò)使用OPC技術(shù)，能夠更好的捕捉控制過(guò)程中的各種報(bào)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(kāi)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(zhǎng)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(kāi)放性和可互操作性。
　　5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。借助Microsoft的DCOM（分散式組件對(duì)象模型）技術(shù)，OPC實(shí)現(xiàn)了高性能的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)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(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)影響和應(yīng)用是基礎(chǔ)性和革命性的，簡(jiǎn)單地說(shuō)，它的作用主要表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：
　　首先，OPC解決了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)中的異構(gòu)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶(hù)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(lái)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(gè)大的系統(tǒng)，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)商必須對(duì)系統(tǒng)的每一種設(shè)備都編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，而且，當(dāng)硬件設(shè)備升級(jí)、修改時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序也必須跟隨修改。同時(shí)，一個(gè)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(xiǎn)。
　　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(kāi)發(fā)人員也只需編寫(xiě)一個(gè)接口，而用戶(hù)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(guò)OPC接口進(jìn)行，而不論連接的控制系統(tǒng)或設(shè)備是哪個(gè)具體廠商提供。
　　其次，OPC解決了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中異構(gòu)網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)交換的問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)仍然存在多種總線(xiàn)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(gè)總線(xiàn)段提供各自的OPC服務(wù)器，任一OPC客戶(hù)端軟件都可以通過(guò)一致的OPC接口訪(fǎng)問(wèn)這些OPC服務(wù)器，從而獲取各個(gè)總線(xiàn)段的數(shù)據(jù)；
　　并可以很好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)總線(xiàn)段之間的數(shù)據(jù)交互。而且，當(dāng)其中某個(gè)總線(xiàn)的協(xié)議版本做了升級(jí)，也只需對(duì)相對(duì)應(yīng)總線(xiàn)的程序作升級(jí)修改。
　　第三，OPC可作為訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)的中間件。實(shí)際應(yīng)用中，許多控制軟件都采用專(zhuān)有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)或歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)由控制軟件的開(kāi)發(fā)商自主開(kāi)發(fā)。對(duì)這類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)不像訪(fǎng)問(wèn)通用數(shù)據(jù)庫(kù)那么容易，只能通過(guò)調(diào)用開(kāi)發(fā)商提供的API函數(shù)或其它特殊的方式。然而不同開(kāi)發(fā)商提供的API函數(shù)是不一樣的，這就帶來(lái)和硬件驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)類(lèi)似的問(wèn)題：要訪(fǎng)問(wèn)不同監(jiān)控軟件的專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)，必須編寫(xiě)不同的代碼，這樣顯然十分繁瑣。采用OPC則能有效解決這個(gè)問(wèn)題，只要專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)商在提供數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)也能提供一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)該數(shù)據(jù)庫(kù)的OPC服務(wù)器，那么當(dāng)以用戶(hù)要訪(fǎng)問(wèn)時(shí)只需按照OPC規(guī)范的要求編寫(xiě)OPC客戶(hù)端程序而無(wú)需了解該專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)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(jí)提供了方便。當(dāng)前控制
　　系統(tǒng)的趨勢(shì)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(gè)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(gè)企業(yè)網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)。在實(shí)現(xiàn)這樣的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)過(guò)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(chǎng)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(duì)象、方法和屬性，提供了方便的信息流通和交換。無(wú)論是管理系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)，無(wú)論是PLC（可編程控制器）還是DCS，或者是FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)），都可以通過(guò)OPC快速可靠的彼此交換信息。換句話(huà)說(shuō)，OPC是整個(gè)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(jì)、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(huì)分工，有更多的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，為社會(huì)提供更多更好的產(chǎn)品。
　　6． 結(jié)束語(yǔ)
　　OPC作為一項(xiàng)逐漸成型的技術(shù)已得到國(guó)內(nèi)外廠商的高度重視，許多公司都在原來(lái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了對(duì)OPC的支持。由于統(tǒng)一了數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的接口，使控制系統(tǒng)進(jìn)一步走向開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)信息的集成和共享，用戶(hù)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(guó)內(nèi)系統(tǒng)生產(chǎn)廠商提出了一個(gè)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(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了勃勃生機(jī)。