OPC技術(shù)及其在工控組態(tài)軟件中的應(yīng)用
　　[摘要]介紹了OPC技術(shù)及在工業(yè)控制軟件中的具體應(yīng)用。重點敘述了OPC技術(shù)原理和特點，OPC數(shù)據(jù)采集技術(shù)和OPC冗余技術(shù)。
　　[關(guān)鍵詞] OPC，OPC控件，OPC冗余服務(wù)器。
　　1．引言
　　OPC全稱是OLE for Process Control，是過程控制業(yè)中的新興標(biāo)準(zhǔn)，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁。在過去，為了存取現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序。在這種情況下，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。OPC 以O(shè)LE/COM/DCOM機制作為應(yīng)用程序級的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶/服務(wù)器模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開放性和可互操作性。
　　2．OPC技術(shù)及接口
　　OPC技術(shù)的實現(xiàn)包括兩個組成部分，OPC服務(wù)器部分及OPC客戶應(yīng)用部分，其應(yīng)用模式如圖1所示。
　　
　　OPC服務(wù)器是一個典型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)源程序，它收集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用。OPC客戶應(yīng)用是一個典型的數(shù)據(jù)接收程序，如人機界面軟件（HMI）、數(shù)據(jù)采集與處理軟件（SCADA）等。OPC客戶應(yīng)用通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC服務(wù)器通信，獲取OPC服務(wù)器的各種信息。符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶應(yīng)用可以訪問來自任何生產(chǎn)廠商的OPC服務(wù)器程序。
　　OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它的制定是通過提供一套標(biāo)準(zhǔn)的OLE/COM接口完成的。在Windows 3.1下，微軟公司通過OLE 1技術(shù)使相對獨立的不同應(yīng)用程序結(jié)合到一起成為可能，向用戶軟件模塊化邁進(jìn)了關(guān)鍵一步。在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，微軟不僅對OLE 1進(jìn)行了擴(kuò)展，還引入了一種新的深層次結(jié)構(gòu)，使得在微軟Windows下開發(fā)軟件的思維方式有所改變，OLE標(biāo)準(zhǔn)允許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。COM是Component Object Model的縮寫，是所有OLE機制的基礎(chǔ)。COM是一種為了實現(xiàn)與編程語言無關(guān)的對象而制定的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將Windows下的對象定義為獨立單元，可不受程序限制地訪問這些單元。這種標(biāo)準(zhǔn)可以使兩個應(yīng)用程序通過對象化接口通訊，而不需要知道對方是如何創(chuàng)建的。例如，用戶可以使用C++語言創(chuàng)建一個Windows對象，它支持一個接口，通過該接口，用戶可以訪問該對象提供的各種功能，用戶可以使用Visual Basic，C，Pascal，Smalltalk或其它語言編寫對象訪問程序。在Windows NT4.0操作系統(tǒng)下，COM規(guī)范擴(kuò)展到可訪問本機以外的其它對象，一個應(yīng)用程序所使用的對象可分布在網(wǎng)絡(luò)上，COM的這個擴(kuò)展被稱為DCOM（Distributed COM）。通過DCOM技術(shù)和OPC標(biāo)準(zhǔn)，完全可以創(chuàng)建一個開放的、可互操作的控制系統(tǒng)軟件。很多國際先進(jìn)的自動化軟件供應(yīng)商均以O(shè)PC技術(shù)作為核心，開發(fā)出了多種功能的自動化軟件，如ICONICS、PCSOFT等公司。同時，具有OPC標(biāo)準(zhǔn)接口的自動化軟件組件，遵守統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)，配置靈活，方便了軟件集成，如ICONICS公司的具有軟邏輯(Soft Logic)功能的ControlWorX32組件，通過OPC標(biāo)準(zhǔn)可以自由的集成在HMI/SCADA 軟件中。
　　OPC服務(wù)器通常支持兩種類型的訪問接口，它們分別為不同的編程語言環(huán)境提供訪問機制。這兩種接口是：自動化接口（Automation interface）；自定義接口（Custom interface）。自動化接口通常是為基于腳本編程語言而定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等編程語言開發(fā)OPC服務(wù)器的客戶應(yīng)用。而自定義接口是專門為C++等高級編程語言而制定的標(biāo)準(zhǔn)接口。OPC服務(wù)器的訪問方式與接口如圖2。
　　
　　
　　
　　3．OPC技術(shù)在過程控制中的應(yīng)用
　　OPC技術(shù)目前已經(jīng)在國內(nèi)開始使用，下面介紹OPC技術(shù)在控制應(yīng)用軟件開發(fā)中的典型應(yīng)用。
　　3.1 OPC數(shù)據(jù)采集技術(shù)
　　OPC技術(shù)通常在數(shù)據(jù)采集軟件中廣泛使用?，F(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，可以編制符合標(biāo)準(zhǔn)OPC接口的客戶端應(yīng)用軟件完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù)。隨著軟件組件化的發(fā)展，過去提出的搭積木方式在工控軟件中成為現(xiàn)實，用戶可以通過各種軟件模塊完成控制應(yīng)用的實現(xiàn)。因此，我們提出了創(chuàng)建OPC數(shù)據(jù)采集ActiveX控件方式完成OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。通過OPC數(shù)據(jù)采集控件，用戶可以方便的編寫數(shù)據(jù)采集監(jiān)控程序，同時也可以為原有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)添加新的功能。OPC數(shù)據(jù)采集控件的想法來自于VisualBasic編程環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫（Data）控件，數(shù)據(jù)庫控件的主要作用是連接各種數(shù)據(jù)庫，為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編程提供方便。OPC數(shù)據(jù)采集控件提供類似數(shù)據(jù)庫控件的功能，使用方式與數(shù)據(jù)庫控件相仿，通過數(shù)據(jù)訂閱和數(shù)據(jù)的動態(tài)綁定，為具有數(shù)據(jù)綁定功能的所有ActiveX控件提供數(shù)據(jù)源，用戶甚至無須編程就可顯示來自O(shè)PC服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)。我們在實際應(yīng)用中，開發(fā)了OPC數(shù)據(jù)采集控件，現(xiàn)將該控件的屬性、方法、事件歸納如下：
　　* OPC數(shù)據(jù)采集控件屬性
　　屬性名稱
　　屬性描述
　　OPCItems
　　連接OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)項的個數(shù)
　　OPCItemID
　　數(shù)據(jù)項的維一性編號。用于從數(shù)據(jù)項集合中選擇某一數(shù)據(jù)項。
　　OPCItemName
　　OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)項的名稱
　　OPCServerName
　　OPC服務(wù)器名稱
　　OPCRemoteNodeName
　　OPC服務(wù)器所在的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點名稱。如果該屬性是空串，則表明OPC服務(wù)器是在本機上。
　　OPCItemValue
　　OPC數(shù)據(jù)項的當(dāng)前值
　　OPCItemQuality
　　OPC數(shù)據(jù)項的當(dāng)前值的質(zhì)量
　　OPCItemTimeStamp
　　OPC數(shù)據(jù)項的當(dāng)前值的時間戳
　　UpdateRate
　　OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)的更新速率。單位是1/1000秒
　　DeadBand
　　用來設(shè)置參數(shù)的變化量，當(dāng)變化量超過死區(qū)時，OPC服務(wù)器發(fā)出DataChange事件
　　TimeBias
　　OPC服務(wù)器的時間偏置
　　LocaleID
　　與OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊時所用的語言標(biāo)識
　　DisplayFullOPCItemName
　　是否顯示OPC數(shù)據(jù)項的全稱。數(shù)據(jù)項的全稱包括節(jié)點名、服務(wù)器名和數(shù)據(jù)項名
　　OPCItemGain
　　數(shù)據(jù)變換的增益。數(shù)據(jù)輸出值=OPCItemGain*OPC數(shù)據(jù)原始值+OPCItemBias
　　OPCItemBias
　　數(shù)據(jù)變換的偏置。數(shù)據(jù)輸出值=OPCItemGain*OPC數(shù)據(jù)原始值+OPCItemBias
　　OPCItemDigits
　　數(shù)據(jù)項的小數(shù)據(jù)點位數(shù)
　　PrintConfiguration
　　當(dāng)該屬性從False變成True時，自動打印出控件的配置參數(shù)
　　
　　* OPC數(shù)據(jù)采集控件方法
　　方法名稱
　　方法屬性
　　Refresh()
　　該方法用來強制更新當(dāng)前數(shù)據(jù)
　　WriteOPCItemValue(ByVal ItemID As Long, ByVal Value As Variant)
　　該方法用來將編號為ItemID的數(shù)據(jù)項數(shù)值改寫為Value，并返回該數(shù)據(jù)項的名稱
　　PrintItem（）
　　該方法用來打印控件的配置參數(shù)
　　
　　* OPC數(shù)據(jù)采集控件事件
　　事件名稱
　　事件描述
　　ItemIDChanged(ByVal ItemID As Long)
　　當(dāng)改變OPCItemID屬性時，觸發(fā)該事件。
　　DataChange(ByVal NumItems As Long, ItemIDs() As Long, ItemValues() As Variant, Qualities() As Long, TimeStamps() As Date)
　　當(dāng)數(shù)據(jù)項集合中的一個或多個數(shù)據(jù)項取值發(fā)生變化時，觸發(fā)該事件
　　OneDataChange(ItemID As Long, ItemValue As Variant, Quality As Long, TimeStamp As Date)
　　當(dāng)數(shù)據(jù)項集合中的一個數(shù)據(jù)項取值發(fā)生變化時，觸發(fā)該事件
　　OPCServerShutdown（）
　　當(dāng)OPC服務(wù)由于某種原因關(guān)閉時，觸發(fā)該事件
　　
　　3.2 OPC服務(wù)器冗余技術(shù)
　　在工控軟件開發(fā)中，一項最為重要的技術(shù)就是冗余技術(shù)，優(yōu)秀的軟、硬件冗余技術(shù)是系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的保障。目前流行的工控軟件也都具有冗余功能。OPC標(biāo)準(zhǔn)的制定為軟件冗余提出了新的思路，我們可以通過OPC技術(shù)更加方便的實現(xiàn)軟件冗余。在實踐應(yīng)用中，我們開發(fā)了OPC冗余服務(wù)器，解決了對任何廠商的OPC服務(wù)器冗余問題。圖 3是OPC冗余技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。
　　
　　OPC客戶應(yīng)用程序可以是任何符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶端應(yīng)用，如用戶自己編寫的采集監(jiān)控程序或其他軟件廠商開發(fā)的符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的HMI、SCADA應(yīng)用。OPC冗余服務(wù)器通過主/備份OPC服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，同時通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口為客戶端應(yīng)用提供數(shù)據(jù)信息。因此，OPC冗余服務(wù)器既是OPC服務(wù)器的客戶端應(yīng)用，同時又是符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器程序。由于OPC冗余服務(wù)器采用OPC標(biāo)準(zhǔn)，具有開放性和可互操作性，可以和任何符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的軟件無縫集成，真正作到了即插即用。OPC冗余服務(wù)器可以根據(jù)用戶配置的檢測時間定時檢測OPC服務(wù)器的連接關(guān)系，在主從服務(wù)器之間自動切換，也可以按照用戶指定的切換目標(biāo)進(jìn)行切換，方便了設(shè)備的維護(hù)，使系統(tǒng)的運行更加平穩(wěn)。
　　4．結(jié)束
　　 OPC標(biāo)準(zhǔn)的制定方便了控制系統(tǒng)的開發(fā)與集成。我們在實際應(yīng)用中，采用OPC標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了奧康2000監(jiān)控應(yīng)用軟件，同時開發(fā)了FF現(xiàn)場總線OPC服務(wù)器。通過OPC數(shù)據(jù)采集控件，連接了大量的OPC服務(wù)器程序，包括NI公司的FF現(xiàn)場總線OPC服務(wù)器、西門子公司的PROFIBUS總線OPC服務(wù)器及我們開發(fā)的OPC服務(wù)器，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的無逢集成。
　　 隨著軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，OPC標(biāo)準(zhǔn)也正在向新的領(lǐng)域擴(kuò)展。OPC基金會現(xiàn)在已經(jīng)頒布了數(shù)據(jù)訪問和報警事件標(biāo)準(zhǔn)，其它的OPC標(biāo)準(zhǔn)，如歷史數(shù)據(jù)OPC標(biāo)準(zhǔn)，也正在醞釀之中。去年在美國費城舉行的ISA會議上，OPC基金會發(fā)布與微軟公司BizTalk體系兼容的XML（Extensible Markup Laguage）的綱要，將Internet技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)控制中。相信在不久的將來，OPC技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)將應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，OPC技術(shù)必將賦予現(xiàn)代工業(yè)控制軟件更強的生命活力。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] OPC基金會。OPC Data Access Custom Interface Standard ，Version 2.0。[M]
　　[2] OPC基金會。OPC Data Access Automation Interface Standard ，Version 2.0。[M]
　　[3] OPC基金會。OPC Overview,Version 1.0。[M]