OPC(OLE for Process Control, 用于過(guò)程控制的OLE)是一個(gè)工業(yè)標準，管理這個(gè)標準國際組織是OPC基金會(huì )，OPC基金會(huì )現有會(huì )員已超過(guò)220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自動(dòng)化控制系統、儀器儀表及過(guò)程控制系統的公司。
基于微軟的OLE(現在的Active X)、COM (部件對象模型)和DCOM (分布式部件對象模型)技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統。
OPC全稱(chēng)是OLE for Process Control，它的出現為基于Windows的應用程序和現場(chǎng)過(guò)程控制應用建立了橋梁。在過(guò)去，為了存取現場(chǎng)設備的數據信息，每一個(gè)應用軟件開(kāi)發(fā)商都需要編寫(xiě)專(zhuān)用的接口函數。由于現場(chǎng)設備的種類(lèi)繁多，且產(chǎn)品的不斷升級，往往給用戶(hù)和軟件開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了巨大的工作負擔。通常這樣也不能滿(mǎn)足工作的實(shí)際需要，系統集成商和開(kāi)發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開(kāi)放性、可互操作性的即插即用的設備驅動(dòng)程序。在這種情況下，OPC標準應運而生。OPC標準以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎，它的制定是通過(guò)提供一套標準的OLE/COM接口完成的，在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，OLE標準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(xiě)，是所有OLE機制的基礎。COM是一種為了實(shí)現與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的對象而制定的標準，該標準將Windows下的對象定義為獨立單元，可不受程序限制地訪(fǎng)問(wèn)這些單元。這種標準可以使兩個(gè)應用程序通過(guò)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(hù)可以使用C++語(yǔ)言創(chuàng )建一個(gè)Windows對象，它支持一個(gè)接口，通過(guò)該接口，用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)該對象提供的各種功能，用戶(hù)可以使用Visual Basic，C，Pascal，Smalltalk或其它語(yǔ)言編寫(xiě)對象訪(fǎng)問(wèn)程序。在Windows NT4.0操作系統下，COM規范擴展到可訪(fǎng)問(wèn)本機以外的其它對象，一個(gè)應用程序所使用的對象可分布在網(wǎng)絡(luò )上，COM的這個(gè)擴展被稱(chēng)為DCOM（Distributed COM）。
通過(guò)DCOM技術(shù)和OPC標準，完全可以創(chuàng )建一個(gè)開(kāi)放的、可互操作的控制系統軟件。OPC采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，把開(kāi)發(fā)訪(fǎng)問(wèn)接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠(chǎng)家或第三方廠(chǎng)家，以OPC服務(wù)器的形式提供給用戶(hù)，解決了軟、硬件廠(chǎng)商的矛盾，完成了系統的集成，提高了系統的開(kāi)放性和可互操作性。
OPC服務(wù)器通常支持兩種類(lèi)型的訪(fǎng)問(wèn)接口，它們分別為不同的編程語(yǔ)言環(huán)境提供訪(fǎng)問(wèn)機制。這兩種接口是：自動(dòng)化接口（Automation interface）；自定義接口（Custom interface）。自動(dòng)化接口通常是為基于腳本編程語(yǔ)言而定義的標準接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)OPC服務(wù)器的客戶(hù)應用。而自定義接口是專(zhuān)門(mén)為C++等高級編程語(yǔ)言而制定的標準接口。OPC現已成為工業(yè)界系統互聯(lián)的缺省方案，為工業(yè)監控編程帶來(lái)了便利，用戶(hù)不用為通訊協(xié)議的難題而苦惱。任何一家自動(dòng)化軟件解決方案的提供者，如果它不能全方位地支持OPC，則必將被歷史所淘汰。
OPC技術(shù)規范
由OPC Task Force制定的OPC(OLE for Process Control)規范于1996年8月正式誕生了，隨著(zhù)1997年2月Microsoft公司推出Windows95支持的DCOM技術(shù)，1997年9月新成立的OPC Foundation對OPC規范進(jìn)行修改，增加了數據訪(fǎng)問(wèn)等一些標準，OPC規范得到了進(jìn)一步的完善。
“OPC 基于Microsoft公司的 Distributed interNet Application (DNA) 構架和 Component Object Model (COM) 技術(shù)的，根據易于擴展性而設計的。OPC規范定義了一個(gè)工業(yè)標準接口，這個(gè)標準使得COM技術(shù)適用于過(guò)程控制和制造自動(dòng)化等應用領(lǐng)域�！監PC 基礎委員會(huì )主席Dave Rehbein是這樣描述的
OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準。OLE/COM是一種客戶(hù)/服務(wù)器模式，具有語(yǔ)言無(wú)關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。OPC規范了接口函數，不管現場(chǎng)設備以何種形式存在，客戶(hù)都以統一的方式去訪(fǎng)問(wèn)，從而保證軟件對客戶(hù)的透明性，使得用戶(hù)完全從低層的開(kāi)發(fā)中脫離出來(lái)。
應用程序與OPC服務(wù)器之間必須有OPC接口，OPC規范提供了兩套標準接口：Custom標準接口，OLE自動(dòng)化標準接口。通常在系統設計中采用OLE自動(dòng)化標準接口。
OLE自動(dòng)化標準接口，及采用OLE自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行調用，其技術(shù)為上節所述的OLE自動(dòng)化技術(shù)。OLE自動(dòng)化標準接口定義了以下三層接口，依次呈包含關(guān)系。
OPC Server：OPC啟動(dòng)服務(wù)器，獲得其他對象和服務(wù)的起始類(lèi)，并用于返回OPC Group類(lèi)對象；
OPC Group：存儲由若干OPC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類(lèi)對象。
OPC Item：存儲具體Item 的定義、數據值、狀態(tài)值等信息。
由于OPC規范基于OLE/COM技術(shù)，同時(shí)OLE/COM的擴展遠程O(píng)LE自動(dòng)化與DCOM技術(shù)支持TCP/IP等多種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，因此可以將OPC客戶(hù)、服務(wù)器在物理上分開(kāi)，分布于網(wǎng)絡(luò )不同節點(diǎn)上。
OPC規范可以應用在許多應用程序中，如它們可以應用于從SCADA 或者DCS系統的物理設備中獲取原始數據的最低層，它們同樣可以應用于從SCADA 或者DCS系統中獲取數據到應用程序中。實(shí)際上，OPC設計的目的就是從網(wǎng)絡(luò )上某節點(diǎn)獲取數據。圖4.2.2OPC的客戶(hù)/服務(wù)器關(guān)系圖同樣描述了OPC在SCADA系統的應用。
OPC技術(shù)規范設計系統
在進(jìn)行新型微機遠動(dòng)系統的研制中，各個(gè)計算機以及各個(gè)模塊的數據交換應該按照OPC規范進(jìn)行。這樣做有以下好處：
OPC規范以OLE/DCOM為技術(shù)基礎，而OLE/DCOM支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，因此可以將各個(gè)子系統從物理上分開(kāi)，分布于網(wǎng)絡(luò )的不同節點(diǎn)上。
OPC按照面向對象的原則，將一個(gè)應用程序（OPC服務(wù)器）作為一個(gè)對象封裝起來(lái)，只將接口方法暴露在外面，客戶(hù)以統一的方式去調用這個(gè)方法，從而保證軟件對客戶(hù)的透明性，使得用戶(hù)完全從低層的開(kāi)發(fā)中脫離出來(lái)。
OPC實(shí)現了遠程調用，使得應用程序的分布與系統硬件的分布無(wú)關(guān)，便于系統硬件配置以及，使得系統的應用范圍更廣。
采用OPC規范，便于系統的組態(tài)化，將系統復雜性大大簡(jiǎn)化，可以大大縮短軟件開(kāi)發(fā)周期，提高軟件運行的可靠性和穩定性，便于系統的升級與維護。
OPC規范了接口函數，不管現場(chǎng)設備以何種形式存在，客戶(hù)都以統一的方式去訪(fǎng)問(wèn)，從而實(shí)現系統的開(kāi)放性，易于實(shí)現與其它系統的接口。
OPC技術(shù)的應用
由于OPC技術(shù)的采用，使得可以以更簡(jiǎn)單的系統結構、更長(cháng)的壽命、更低的價(jià)格解決工業(yè)控制成為可能。同時(shí)現場(chǎng)設備與系統的連接也更加簡(jiǎn)單、靈活、方便。因此OPC技術(shù)在國內的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用，主要應用領(lǐng)域如下：
1）數據采集技術(shù)。OPC技術(shù)通常在數據采集軟件中廣泛應用�，F在眾多硬件廠(chǎng)商提供的產(chǎn)品均帶有標準的OPC接口，OPC實(shí)現了應用程序和工業(yè)控制設備之間高效、靈活的數據讀寫(xiě)，可以編制符合標準OPC接口的客戶(hù)端應用軟件完成數據的采集任務(wù)。
2）歷史數據訪(fǎng)問(wèn)。OPC提供了讀取存儲在過(guò)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(wù)器發(fā)生異常時(shí)，以及OPC服務(wù)器設定事件到來(lái)時(shí)向OPC客戶(hù)發(fā)送通知的一種機制，通過(guò)使用OPC技術(shù)，能夠更好的捕捉控制過(guò)程中的各種報警和事件并給予相應的處理。
4）數據冗余技術(shù)。工控軟件開(kāi)發(fā)中，冗余技術(shù)是一項最為重要的技術(shù)，它是系統長(cháng)期穩定工作的保障。OPC技術(shù)的使用可以更加方便的實(shí)現軟件冗余，而且具有較好的開(kāi)放性和可互操作性。
5）遠程數據訪(fǎng)問(wèn)。借助Microsoft的DCOM（分散式組件對象模型）技術(shù)，OPC實(shí)現了高性能的遠程數據訪(fǎng)問(wèn)能力，從而使得工業(yè)控制軟件之間的數據交換更加方便。
OPC技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應用中的作用
OPC技術(shù)對工業(yè)控制系統的影響及應用是基礎性和革命性的，簡(jiǎn)單地說(shuō)，它的作用主要表現在以下幾個(gè)方面：
首先，OPC解決了設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)中的異構問(wèn)題。隨著(zhù)計算機技術(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）為主體的工業(yè)控制系統功能日趨強大，結構日益復雜，規模也越來(lái)越大，一套工業(yè)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(gè)大的系統，但由于缺乏統一的標準，開(kāi)發(fā)商必須對系統的每一種設備都編寫(xiě)相應的驅動(dòng)程序，而且，當硬件設備升級、修改時(shí)，驅動(dòng)程序也必須跟隨修改。同時(shí)，一個(gè)系統中如果運行不同公司的控制軟件，也存在著(zhù)互沖突的風(fēng)險。
有了OPC后，由于有了統一的接口標準，硬件廠(chǎng)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(guò)OPC接口進(jìn)行，而不論連接的控制系統或設備是哪個(gè)具體廠(chǎng)商提供。
其次，OPC解決了現場(chǎng)總線(xiàn)系統中異構網(wǎng)段之間數據交換的問(wèn)題�，F場(chǎng)總線(xiàn)系統仍然存在多種總線(xiàn)并存的局面，因此系統集成和異構控制網(wǎng)段之間的數據交換面臨許多困難。有了OPC作為異構網(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)段的數據， 并可以很好地實(shí)現異構總線(xiàn)段之間的數據交互。而且，當其中某個(gè)總線(xiàn)的協(xié)議版本做了升級，也只需對相對應總線(xiàn)的程序作升級修改。
第三，OPC可作為訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)有數據庫的中間件。實(shí)際應用中，許多控制軟件都采用專(zhuān)有的實(shí)時(shí)數據庫或歷史數據庫，這些數據庫由控制軟件的開(kāi)發(fā)商自主開(kāi)發(fā)。對這類(lèi)數據庫的訪(fǎng)問(wèn)不像訪(fǎng)問(wèn)通用數據庫那么容易，只能通過(guò)調用開(kāi)發(fā)商提供的API函數或其它特殊的方式。然而不同開(kāi)發(fā)商提供的API函數是不一樣的，這就帶來(lái)和硬件驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)類(lèi)似的問(wèn)題：要訪(fǎng)問(wèn)不同監控軟件的專(zhuān)有數據庫，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)有數據庫的開(kāi)發(fā)商在提供數據庫的同時(shí)也能提供一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)該數據庫的OPC服務(wù)器，那么當用戶(hù)要訪(fǎng)問(wèn)時(shí)只需按照OPC規范的要求編寫(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(wǎng)絡(luò )化，控制系統內部采用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，控制系統與控制系統之間也網(wǎng)絡(luò )連接，組成更大的系統，而且，整個(gè)控制系統與企業(yè)的管理系統也網(wǎng)絡(luò )連接，控制系統只是整個(gè)企業(yè)網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)。在實(shí)現這樣的企業(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，包括現場(chǎng)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(yè)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(wú)論是管理系統還是控制系統，無(wú)論是PLC（可編程控制器）還是DCS，或者是FCS（現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統），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 )的數據接口規范，所以，OPC提升了控制系統的功能，增強了網(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計、生產(chǎn)和發(fā)展，并有利于獨立的第三方軟件供應商產(chǎn)生與發(fā)展，從而形成新的社會(huì )分工，有更多的競爭機制，為社會(huì )提供更多更好的產(chǎn)品。
OPC作為一項逐漸成型的技術(shù)已得到國內外廠(chǎng)商的高度重視，許多公司都在原來(lái)產(chǎn)品的基礎上增加了對OPC的支持。由于統一了數據訪(fǎng)問(wèn)的接口，使控制系統進(jìn)一步走向開(kāi)放，實(shí)現信息的集成和共享，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模式，給國內系統生產(chǎn)廠(chǎng)商提出了一個(gè)發(fā)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(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了勃勃生機。
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