OPC技術應用簡析

　　1． OPC技術的產生
　　隨著工業生產的不斷發展，工業控制軟件取得了長足的進步。然而，由于生產規模的擴大和過程復雜程度的提高，工業控制軟件設計面臨著巨大的挑戰，那就是要集成數量和種類不斷增多的現場信息。在傳統的控制系統中，智能設備之間及智能設
備與控制系統軟件之間的信息共享是通過驅動程序來實現的，不同廠家的設備又使用不同的驅動程序，迫使工業控制軟件中包含了越來越多的底層通信模塊。另外，由于相對特定應用的驅動程序一般不支持硬件特點的變化，這樣使得工業控制軟硬件的升級和維護極其不便。還有，在同一時刻，兩個客戶應用一般不能對同一個設備進行數據讀寫，因為它們擁有不同的、相互獨立的驅動程序，同時對同一個設備進行操作，可能會引起存取沖突，甚至導致系統崩潰。OPC技術的出現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在過程控制方面的應用。OPC以OLE/COM/DCOM技術為基礎，采用客戶/服務器模式，為工業自動化軟件面向對象的開發提供了統一的標準，
這個標準定義了應用Microsoft操作系統在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。采用這項標準后，硬件開發商將取代軟件開發商為自己的硬件產品開發統一的OPC接口程序，而軟件開發者可免除開發驅動程序的工作，充分發揮自己的特長，把更多的精力投入到其核心產品的開發上。這樣不但可避免開發的重復性，也提高了系統的開放性和可互操作性。
　　2． OPC規范概述
　　OPC是一個工業標準，它是由一些世界上著名的自動化系統和硬件、軟件公司和Microsoft（微軟）緊密合作而建立的。OPC包括一整套接口，屬性和方法的標準集，提供給用戶用于過程控制和工業自動化應用。Microsoft的OLE/COM技術定義了各種不同的軟件部件如何交互使用和分享數據，從而使得OPC能夠提供通用的接口用于各種過程控制設備之間的通訊，不論過程中采用什么軟件和設備。其發展動態如表1所列。
　　表1 OPC標準
　　標準 版本 內容
　　Data Access 3.0,2.0,1.0 數據訪問規范
　　Alarms and Events 1.10,1.00 報警和事件規范
　　Historical Data Access 1.0 歷史數據存取規范
　　Batch 2.0,1.0 批量過程規范
　　Security 1.0 安全性規范
　　Compliance 2.00.2 數據訪問標準的測試工具
　　OPC XML 1.00,0.18 過程數據的XML規范
　　OPC eXchange 1.0 數據交換規范
　　OPC Commands 正在開發 命令規范
　　OPC Common I/O 正在開發 公共I/O規范
　　OPC Complex Data 正在開發
　　復雜數據規范OPC技術的實現由兩部分組成，OPC服務器和OPC客戶應用部分。其應用模式如圖1所示。OPC服務器完成的工作就是收集現場設備的數據信息，然后通過標準的OPC接口傳送給OPC客戶端應用。OPC客戶端則通過標準的OPC接口接收數據信息。在具體的實現過程中，用戶可以根據自己的需要挑選相應的規范來使用。
　　其中數據訪問規范提供給用戶訪問實時過程數據的方法；報警和事件規范提供了一種由服務器程序將現場的事件或報警通知客戶程序的機制；歷史數據存取規范用來提供用戶得到存儲在過程數據存檔文件，數據庫或遠程終端設備中的歷史數據以及來分析這些歷史過程數據的方法。其他規范不在此一一介紹。
　　3．采用OPC規范設計系統的益處
　　1）采用標準的Windows體系接口，硬件制造商為其設備提供的接口程序的數量減少到一個，軟件制造商也僅需要開發一套通訊接口程序。即有利于軟硬件開發商，更有利于最終用戶。
　　2）OPC規范以OLE/DCOM為技術基礎，而OLE/DCOM支持TCP/IP等網絡協議，因此可以將各個子系統從物理上分開，分布于網絡的不同節點上。
　　3）OPC按照面向對象的原則，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，客戶以統一的方式去調用這個方法，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中脫離出來。
　　4）OPC實現了遠程調用，使得應用程序的分布與系統硬件的分布無關，便于系統硬件配置，使得系統的應用范圍更廣。
　　5）采用OPC規范，便于系統的組態，將系統復雜性大大簡化，可以大大縮短軟件開發周期，提高軟件運行的可靠性和穩定性，便于系統的升級與維護。
　　6）OPC規范了接口函數，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統一的方式去訪問，從而實現系統的開放性，易于實現與其它系統的接口。
　　4． OPC技術的應用
　　由于OPC技術的采用，使得可以以更簡單的系統結構、更長的壽命、更低的價格解決工業控制成為可能。同時現場設備與系統的連接也更加簡單、靈活、方便。因此OPC技術在國內的工業控制領域得到了廣泛的應用，主要應用領域如下：
　　1）數據采集技術。OPC技術通常在數據采集軟件中廣泛應用。現在眾多硬件廠商提供的產品均帶有標準的OPC接口，OPC實現了應用程序和工業控制設備之間高效、靈活的數據讀寫，可以編制符合標準OPC接口的客戶端應用軟件完成數據的采集任務。
　　2）歷史數據訪問。OPC提供了讀取存儲在過程數據存檔文件、數據庫或遠程終端設備中的歷史數據以及對其操作、編輯的方法。
　　3）報警和事件處理。OPC提供了OPC服務器發生異常時，以及OPC服務器設定事件到來時向OPC客戶發送通知的一種機制，通過使用OPC技術，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的處理。
　　4）數據冗余技術。工控軟件開發中，冗余技術是一項最為重要的技術，它是系統長期穩定工作的保障。OPC技術的使用可
以更加方便的實現軟件冗余，而且具有較好的開放性和可互操作性。
　　5）遠程數據訪問。借助Microsoft的DCOM（分散式組件對象模型）技術，OPC實現了高性能的遠程數據訪問能力，從而使得工業控制軟件之間的數據交換更加方便。
　　5．OPC技術在工業控制領域應用中的作用
　　OPC技術對工業控制系統影響和應用是基礎性和革命性的，簡單地說，它的作用主要表現在一下幾個方面：
　　首先，OPC解決了設備驅動程序開發中的異構問題。隨著計算機技術的不斷發展，用戶需求的不斷提高，以DCS（集散控制系統）為主體的工業控制系統功能日趨強大，結構日益復雜，規模也越來越大，一套工業控制系統往往選用了幾家甚至十幾家不同公司的控制設備或系統集成一個大的系統，但由于缺乏統一的標準，開發商必須對系統的每一種設備都編寫相應的驅動程序，而且，當硬件設備升級、修改時，驅動程序也必須跟隨修改。同時，一個系統中如果運行不同公司的控制軟件，也存在著互沖突的風險。
　　有了OPC后，由于有了統一的接口標準，硬件廠商只需提供一套符合OPC技術的程序，軟件開發人員也只需編寫一個接口，而用戶可以方便地進行設備的選型和功能的擴充，只要它們提供了OPC支持。所有的數據交換都通過OPC接口進行，而不論連接的控制系統或設備是哪個具體廠商提供。
　　其次，OPC解決了現場總線系統中異構網段之間數據交換的問題。現場總線系統仍然存在多種總線并存的局面，因此系統集成和異構控制網段之間的數據交換面臨許多困難。有了OPC作為異構網段集成的中間件，只要每個總線段提供各自的OPC服務器，任一OPC客戶端軟件都可以通過一致的OPC接口訪問這些OPC服務器，從而獲取各個總線段的數據；
　　并可以很好地實現異構總線段之間的數據交互。而且，當其中某個總線的協議版本做了升級，也只需對相對應總線的程序作升級修改。
　　第三，OPC可作為訪問專有數據庫的中間件。實際應用中，許多控制軟件都采用專有的實時數據庫或歷史數據庫，這些數據庫由控制軟件的開發商自主開發。對這類數據庫的訪問不像訪問通用數據庫那么容易，只能通過調用開發商提供的API函數或其它特殊的方式。然而不同開發商提供的API函數是不一樣的，這就帶來和硬件驅動器開發類似的問題：要訪問不同監控軟件的專有數據庫，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，只要專有數據庫的開發商在提供數據庫的同時也能提供一個訪問該數據庫的OPC服務器，那么當以用戶要訪問時只需按照OPC規范的要求編寫OPC客戶端程序而無需了解該專有數據庫特定的接口要求。
　　第四，OPC便于集成不同的數據，為控制系統向管理系統升級提供了方便。當前控制
　　系統的趨勢之一就是網絡化，控制系統內部采用網絡技術，控制系統與控制系統之間也網絡連接，組成更大的系統，而且，整個控制系統與企業的管理系統也網絡連接，控制系統只是整個企業網的一個子網。在實現這樣的企業網絡過程中，OPC也能夠發揮重要作用。在企業的信息集成，包括現場設備與監控系統之間、監控系統內部各組件之間、監控系統與企業管理系統之間、以及監控系統與Internet之間的信息集成，OPC作為連接件，按一套標準的COM對象、方法和屬性，提供了方便的信息流通和交換。無論是管理系統還是控制系統，無論是PLC（可編程控制器）還是DCS，或者是FCS（現場總線控制系統），都可以通過OPC快速可靠的彼此交換信息。換句話說，OPC是整個企業網絡的數據接口規范，所以，OPC提升了控制系統的功能，增強了網絡的功能，提高了企業管理的水平。
　　最后，OPC使控制軟件能夠與硬件分別設計、生產和發展，并有利于獨立的第三方軟件供應商產生與發展，從而形成新的社會分工，有更多的競爭機制，為社會提供更多更好的產品。
　　6． 結束語
　　OPC作為一項逐漸成型的技術已得到國內外廠商的高度重視，許多公司都在原來產品的基礎上增加了對OPC的支持。由于統一了數據訪問的接口，使控制系統進一步走向開放，實現信息的集成和共享，用戶能夠得到更多的方便。OPC技術改變了原有的控制系統模式，給國內系統生產廠商提出了一個發展的機遇和挑戰，符合OPC規范的軟、硬件也已被廣泛應用，給工業自動化領域帶來了勃勃生機。