/OPC及OPC服務(wù)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上海自動(dòng)化儀表股份有限公司技術(shù)中心張慶軍摘要:簡(jiǎn)要介紹了OPC原理，OPC規(guī)范以及小型DCS限制系統(tǒng)OPC服務(wù)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:OPCCOMDCOMDCS一引言O(shè)PC（OLEforprocesscontrol）是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它是由一些世界上占據(jù)先地位的自動(dòng)化系統(tǒng)和硬件、軟件公司和微軟合作而建立的、滿意開(kāi)放性的和互操作性的接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC標(biāo)準(zhǔn)的建立基于微軟的COM技術(shù)規(guī)范，并由OPC基金會(huì)這個(gè)國(guó)際組織管理。OPC為不同廠商的硬件設(shè)備、軟件和系統(tǒng)定義了公共的接口，使得過(guò)程限制和工廠自動(dòng)化中的不同系統(tǒng)、設(shè)備和軟件之間能夠相互連接、通信、操作。一般在限制系統(tǒng)中，包含過(guò)程畫面的軟件（如SCADA軟件）在和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的時(shí)候，常采納如下的方法：1，采納標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，如profibus、modbus、HART、CAN總線等，因?yàn)楸O(jiān)控管理軟件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采納同樣通信協(xié)議，所以監(jiān)控管理軟件不須要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。2，對(duì)于沒(méi)有采納標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議的設(shè)備，監(jiān)控管理軟件須要在設(shè)備制造商的協(xié)作下為這些設(shè)備開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。這種方式雖然執(zhí)行效率比較高，但兼容性差，軟件供應(yīng)者必需對(duì)每一種接入的設(shè)備開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)備制造商也必需供應(yīng)設(shè)備的通信協(xié)議。組態(tài)監(jiān)控軟件現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序OPC服務(wù)器OPC接口3，通過(guò)OPC這個(gè)開(kāi)放協(xié)議和過(guò)程限制或其他系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：不管硬件設(shè)備是否運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，制造商只需供應(yīng)一套OPC服務(wù)器，即可支持大部分的組態(tài)監(jiān)控軟件現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序OPC服務(wù)器OPC接口限制系統(tǒng)中往往混合有多種協(xié)議，有符合不同的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，也有廠商運(yùn)用自定義通信協(xié)議的設(shè)備，因而開(kāi)放性很差。供應(yīng)過(guò)程畫面的軟件在配置這樣的系統(tǒng)的時(shí)候會(huì)特別困難，用戶往往只能選擇單一設(shè)備制造商供應(yīng)的產(chǎn)品，但假如每個(gè)設(shè)備的通信協(xié)議都配置了OPC服務(wù)器，由OPC服務(wù)器封裝這些協(xié)議，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口給供應(yīng)過(guò)程畫面的軟件，這樣供應(yīng)過(guò)程畫面的軟件就可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口實(shí)現(xiàn)和設(shè)備的互連，對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)就不須要實(shí)現(xiàn)諸多的通信協(xié)議，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)就可以提高選擇產(chǎn)品的自由度。由上海自動(dòng)化儀表股份有限公司技術(shù)中心開(kāi)發(fā)的新一代全數(shù)字化小型DCS限制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)訪問(wèn)中運(yùn)用了OPC技術(shù)，并開(kāi)發(fā)了OPC服務(wù)器，使得該限制系統(tǒng)向各種管理系統(tǒng)開(kāi)放。二COM/DCOM和OPCCOM(ComponentObjectModel,組件對(duì)象模型)，是一種獨(dú)立于語(yǔ)言的組件規(guī)范，并供應(yīng)了實(shí)現(xiàn)交互的環(huán)境，可以生成二進(jìn)制級(jí)別的可重用組件。事實(shí)上我們平常常見(jiàn)的OLE(objectlinkingandembedding,對(duì)象鏈接和嵌入)技術(shù)和ActiveX技術(shù)都是以COM規(guī)范為基礎(chǔ)的，用于過(guò)程限制中的OPC技術(shù)也是以COM規(guī)范為基礎(chǔ)的。在OLE最初的版本OLE1中，組件程序和客戶程序之間的通信沒(méi)有采納COM接口技術(shù)，而是采納了DDE(dynamicdataexchange,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)技術(shù)，DDE是建立在windows消息機(jī)制的基礎(chǔ)上的，用于進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。由于DDE技術(shù)存在效率低、穩(wěn)定性差、運(yùn)用不便等缺點(diǎn)，在OLE技術(shù)發(fā)展到OLE2的時(shí)候，已經(jīng)成為運(yùn)用COM架構(gòu)的軟件系統(tǒng)。COM組件通過(guò)接口繼承的方式分別了接口和實(shí)現(xiàn)，客戶只能通過(guò)接口來(lái)訪問(wèn)COM組件的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的細(xì)微環(huán)節(jié)對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)是不行見(jiàn)的。COM組件的接口是用128位的全球唯一標(biāo)識(shí)符號(hào)(GUID,GloballyUniqueIdentifier)標(biāo)識(shí)的。在OPC基金會(huì)供應(yīng)的IDL文件中，定義了一系列由GUID標(biāo)識(shí)的接口以及接口方法的原型。這樣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件廠家實(shí)現(xiàn)的OPC服務(wù)器組件，是基于OPC基金會(huì)定義的接口，并在組件中實(shí)現(xiàn)接口的方法；供應(yīng)過(guò)程畫面的軟件廠商作為客戶端，在訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)候也是基于OPC基金會(huì)定義的接口，并通過(guò)OPC服務(wù)器對(duì)象實(shí)現(xiàn)的方法完成數(shù)據(jù)通信。COM組件還分為進(jìn)程內(nèi)組件和進(jìn)程外組件，假如以DLL(動(dòng)態(tài)連接庫(kù))的方式實(shí)現(xiàn)組件程序，就稱為進(jìn)程內(nèi)組件，進(jìn)程內(nèi)組件程序運(yùn)行在客戶程序的地址空間里，因此效率比較高，但其嚴(yán)峻的錯(cuò)誤會(huì)引起客戶進(jìn)程的崩潰。以EXE方式實(shí)現(xiàn)的組件程序是進(jìn)程外組件，進(jìn)程外組件程序和客戶程序運(yùn)行在各自獨(dú)立的地址空間，穩(wěn)定性較好。對(duì)于進(jìn)程外組件，客戶程序調(diào)用的是代理對(duì)象，通過(guò)LPC/RPC和進(jìn)程外組件的存根代碼進(jìn)行通信?？梢酝ㄟ^(guò)定義COM接口的IDL文件來(lái)實(shí)現(xiàn)代理程序和存根程序。OPC規(guī)范也考慮了跨進(jìn)程調(diào)用的問(wèn)題，供應(yīng)了用于跨進(jìn)程調(diào)用的Proxy(代理)DLL和Stub（存根）DLL，實(shí)現(xiàn)了對(duì)OPC客戶程序的進(jìn)程透亮性。DCOM(DistributedCOM，分布式的COM),是COM的擴(kuò)展，它可以支持不同計(jì)算機(jī)上的組件對(duì)象和客戶進(jìn)行通信，這樣組件對(duì)象可以分布在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)上。通過(guò)DCOM架構(gòu)，COM組件和客戶程序不須要考慮低層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等問(wèn)題，就可以實(shí)現(xiàn)多層次的分布式應(yīng)用系統(tǒng)。OPC服務(wù)器組件通過(guò)DCOM的配置也可以很便利的實(shí)現(xiàn)分布式的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)OPC客戶程序的位置透亮性。三OPC規(guī)范簡(jiǎn)介 OPC定義了一系列規(guī)范來(lái)滿意多種系統(tǒng)和設(shè)備之間數(shù)據(jù)通信的需求。主要包括OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范、OPC報(bào)警和事務(wù)處理規(guī)范、OPC歷史數(shù)據(jù)處理規(guī)范等。OPC規(guī)范只是定義了COM接口，OPC服務(wù)器供應(yīng)者必需去實(shí)現(xiàn)這些接口和方法。OPC服務(wù)器通過(guò)OPC規(guī)范定義了OPCCOM組件的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行存?。ㄗx/寫）或通信的方法等，數(shù)據(jù)源可以是現(xiàn)場(chǎng)的I/O設(shè)備，也可以是其它的應(yīng)用程序。通過(guò)OPC服務(wù)器中COM組件供應(yīng)的接口，OPC客戶程序可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)廠商供應(yīng)的OPC服務(wù)器來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行存?。ㄗx/寫）或通信。OPC規(guī)范包含了自動(dòng)化接口（AutomationInterface）和OPC定制接口（CustomInterface）兩套接口的定義。自動(dòng)化接口主要為一些用腳本語(yǔ)言編寫的客戶程序設(shè)計(jì)，C++編寫的客戶程序在訪問(wèn)定制接口的時(shí)候，可以獲得較高的性能，OPC服務(wù)器必需實(shí)現(xiàn)定制接口。OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范主要定義的是OPCDAServer(數(shù)據(jù)存取服務(wù)器)。OPCDAServer主要包含服務(wù)器對(duì)象（ServerObject）、組對(duì)象（GroupObject）和項(xiàng)對(duì)象（ItemObject）。OPC服務(wù)器對(duì)象負(fù)責(zé)維護(hù)著服務(wù)器的信息，同時(shí)也是OPC組對(duì)象的包涵器，如可以完成添加刪除OPCGroup等功能。OPC組對(duì)象維護(hù)著OPCGroup的信息并供應(yīng)包涵OPC項(xiàng)的機(jī)制，同時(shí)管理OPC項(xiàng)對(duì)象。OPC項(xiàng)對(duì)象代表了和服務(wù)器里數(shù)據(jù)源的連接，例如：在DCS系統(tǒng)中定義的可以讓OPC客戶程序訪問(wèn)的標(biāo)簽(TAG)。在OPC項(xiàng)中沒(méi)有定義外部接口，OPC組供應(yīng)了對(duì)OPC項(xiàng)的操作。每個(gè)OPC項(xiàng)包含值（Value）、品質(zhì)（Quality）和時(shí)間標(biāo)簽（TimeStamp，表示獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間）。OPC報(bào)警和事務(wù)處理規(guī)范定義了OPC服務(wù)器發(fā)生異樣時(shí)或OPC服務(wù)器設(shè)定事務(wù)到來(lái)時(shí)向OPC客戶程序發(fā)送通知的一種機(jī)制。OPC歷史數(shù)據(jù)處理規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，可以使OPC客戶端能夠存取OPC服務(wù)器中歷史數(shù)據(jù)等。OPCOPC客戶端OPCServerOPC接口OPCGroupOPCItemOPCItemOPCItemOPCGroupOPCItemOPCItem驅(qū)動(dòng)程序PLC,DCS,分布式IO等工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工廠數(shù)據(jù)庫(kù)四OPC服務(wù)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)我們開(kāi)發(fā)的小型DCS限制系統(tǒng)運(yùn)用了OPC服務(wù)器后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)主流的監(jiān)控軟件(一般都有OPC接口)的兼容，監(jiān)控軟件等OPC客戶程序可以很便利的訪問(wèn)和設(shè)置DCS中的數(shù)據(jù)，下圖是簡(jiǎn)化的系統(tǒng)的連接圖。OPCOPC服務(wù)器主限制器管理網(wǎng)絡(luò)OPC客戶端OPC客戶端主限制器限制網(wǎng)絡(luò)OPC服務(wù)器須要實(shí)現(xiàn)的主要功能就是依據(jù)限制系統(tǒng)的組態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器對(duì)象，組對(duì)象等，并通過(guò)OPC驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)和DCS系統(tǒng)中主限制器的通信，獲得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)或設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)項(xiàng)等。OPC服務(wù)器軟件主要分為OPC服務(wù)器對(duì)象模塊、服務(wù)器界面模塊和OPC驅(qū)動(dòng)程序模塊，三個(gè)模塊通過(guò)同一塊內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)來(lái)共享數(shù)據(jù)，通過(guò)線程的同步和互斥等技術(shù)的運(yùn)用，可以解決共享數(shù)據(jù)區(qū)的愛(ài)護(hù)問(wèn)題。各個(gè)模塊的主要功能如下：1服務(wù)器界面模塊服務(wù)器界面程序主要完成依據(jù)組態(tài)信息，完成OPCGroup對(duì)象和OPCItem對(duì)象的添加，并采納樹(shù)形結(jié)構(gòu)閱讀查看的內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)(TAG)，如數(shù)字量信號(hào)輸入卡的輸入信號(hào)等。2OPC驅(qū)動(dòng)程序模塊OPC驅(qū)動(dòng)程序主要是通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了和多臺(tái)主限制器的通信，來(lái)實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器的驅(qū)動(dòng)部分（通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的替換，可以實(shí)現(xiàn)其它產(chǎn)品的OPC服務(wù)器）。3OPC服務(wù)器對(duì)象模塊OPC服務(wù)器對(duì)象模塊是OPC服務(wù)器程序和OPC客戶程序的交互部分,主要依據(jù)的是OPC基金會(huì)的數(shù)據(jù)存取規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般須要實(shí)現(xiàn)OPCServer,OPCGroup,EnumOPCItemAttributes等對(duì)象，其中OPCServer對(duì)象須要實(shí)現(xiàn)IOPCCommon,IOPCServer,IOPCItemProperties,IConnectionPointContainer等接口的方法;OPCGroup對(duì)象須要實(shí)現(xiàn)IOPCSyncIO,IOPCGroupStateMgt,IOPCAsyncIO2,IOPCItemMgt,IConnectionPointContainer等接口的方法;EnumOPCItemAttributes須要實(shí)現(xiàn)IEnumOPCItemAttributes接口的方法。接口方法的原型參照OPCDa.idl中的定義。在對(duì)OPC服務(wù)器和客戶端的開(kāi)發(fā)中運(yùn)用IDE的是MicrosoftVisualC++,其中OPCServer對(duì)象,OPCGroup對(duì)象等COM組件的定義和實(shí)現(xiàn)運(yùn)用了微軟的ATL(ActiveTemplateLibrary活動(dòng)模板庫(kù))技術(shù)。下面的一段代碼示范了OPC客戶端對(duì)OPC服務(wù)器IOPCServer接口GetStatus()方法的訪問(wèn)(客戶端可以通過(guò)GetStatus方法獲得服務(wù)器起先工作的時(shí)間、更新、名稱等信息)。OPC客戶程序：{…CoInitialize(NULL);//初始化COM環(huán)境…//略IOPCServer *pSvr=NULL;//定義IOPCServer接口指針HRESULThr=CoCreateInstance(CLSID_OPCServer,NULL,CLSCTX_ALL,IID_IOPCServer,(void**)&pSvr);//注:OPCDa2.0可以通過(guò)IOPCServerList調(diào)用OPCServerList獲得OPCServer的CLSIDOPCSERVERSTATUS*pServerStatus;//定義OPCServer狀態(tài)的結(jié)構(gòu)pSvr->GetStatus(&pServerStatus);//獲得OPCServer返回的狀態(tài)…pSvr->Release();//釋放IOPCServer接口指針CoUninitialize(); ////結(jié)束COM環(huán)境}OPC服務(wù)器程序: classATL_NO_VTABLECOPCServer: publicCComObjectRootEx<CComSingleThreadModel>, publicCComCoClass<CMeSvr,&CLSID_MeSvr>,publicIOPCServer…//定義OPCServer{…STDMETHOD(GetStatus)(OPCSERVERSTATUS**ppServerStatus){if(ppServerStatus==NULL)returnE_INVALIDARG;//錯(cuò)誤的調(diào)用OPCSERVERSTATUS*pServerStatus;//定義OPCServer狀態(tài)的結(jié)構(gòu)pServerStatus=(OPCSERVERSTATUS*)pM->Alloc(sizeof(OPCSERVERSTATUS));//安排內(nèi)存if(pServerStatus){pServerStatus->szVendorInfo=VendorInf;//制造商信息pServerStatus->ftStartTime=svrStartTime;//OPCServer起先工作時(shí)間CoFileTimeNow(&pServerStatus->ftCurrentTime);//當(dāng)前時(shí)間pServerStatus->ftLastUpdateTime=m_LastUpdate;//最近更新的時(shí)間pServerStatus->dwServerState=OPC_STATUS_RUNNING;//OPCServer狀態(tài)pServerStatus->dwGroupCount=0;//OPCServer中Group個(gè)數(shù)pServerStatus->dwBandWidth=0;//帶寬pServerStatus->wMajorVersion=0;//版本信息pServerStatus->wMinorVersion=0;//版本信息pServerStatus->wBuildNumber=0;//版本信息pServerStatus->wReserved=11;//保留位*ppServerStatus=pServerStatus;//向OPCClient返回OPCServer狀態(tài)returnS_OK;//OPCClient調(diào)用勝利}