OPC(OLE for Process Control, 用于過(guò)程控制的OLE)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，管理這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際組織是OPC基金會(huì)，OPC基金會(huì)現(xiàn)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(tǒng)、儀器儀表及過(guò)程控制系統(tǒng)的公司。
基于微軟的OLE(現(xiàn)在的Active X)、COM (部件對(duì)象模型)和DCOM (分布式部件對(duì)象模型)技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。
OPC全稱是OLE for Process Control，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制應(yīng)用建立了橋梁。在過(guò)去，為了存取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級(jí)，往往給用戶和軟件開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在這種情況下，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。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(guò)提供一套標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等對(duì)象。
COM是Component Object Model的縮寫，是所有OLE機(jī)制的基礎(chǔ)。COM是一種為了實(shí)現(xiàn)與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的對(duì)象而制定的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將Windows下的對(duì)象定義為獨(dú)立單元，可不受程序限制地訪問(wèn)這些單元。這種標(biāo)準(zhǔn)可以使兩個(gè)應(yīng)用程序通過(guò)對(duì)象化接口通訊，而不需要知道對(duì)方是如何創(chuàng)建的。例如，用戶可以使用C++語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)Windows對(duì)象，它支持一個(gè)接口，通過(guò)該接口，用戶可以訪問(wèn)該對(duì)象提供的各種功能，用戶可以使用Visual Basic，C，Pascal，Smalltalk或其它語(yǔ)言編寫對(duì)象訪問(wèn)程序。在Windows NT4.0操作系統(tǒng)下，COM規(guī)范擴(kuò)展到可訪問(wèn)本機(jī)以外的其它對(duì)象，一個(gè)應(yīng)用程序所使用的對(duì)象可分布在網(wǎng)絡(luò)上，COM的這個(gè)擴(kuò)展被稱為DCOM（Distributed COM）。
通過(guò)DCOM技術(shù)和OPC標(biāo)準(zhǔn)，完全可以創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放的、可互操作的控制系統(tǒng)軟件。OPC采用客戶/服務(wù)器模式，把開(kāi)發(fā)訪問(wèn)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(kāi)放性和可互操作性。
OPC服務(wù)器通常支持兩種類型的訪問(wèn)接口，它們分別為不同的編程語(yǔ)言環(huán)境提供訪問(wèn)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)OPC服務(wù)器的客戶應(yīng)用。而自定義接口是專門為C++等高級(jí)編程語(yǔ)言而制定的標(biāo)準(zhǔn)接口。OPC現(xiàn)已成為工業(yè)界系統(tǒng)互聯(lián)的缺省方案，為工業(yè)監(jiān)控編程帶來(lái)了便利，用戶不用為通訊協(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(guī)范
由OPC Task Force制定的OPC(OLE for Process Control)規(guī)范于1996年8月正式誕生了，隨著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(duì)OPC規(guī)范進(jìn)行修改，增加了數(shù)據(jù)訪問(wèn)等一些標(biāo)準(zhǔn)，OPC規(guī)范得到了進(jìn)一步的完善。
“OPC 基于Microsoft公司的 Distributed interNet Application (DNA) 構(gòu)架和 Component Object Model (COM) 技術(shù)的，根據(jù)易于擴(kuò)展性而設(shè)計(jì)的。OPC規(guī)范定義了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使得COM技術(shù)適用于過(guò)程控制和制造自動(dòng)化等應(yīng)用領(lǐng)域。”O(jiān)PC 基礎(chǔ)委員會(huì)主席Dave Rehbein是這樣描述的
OPC是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)。OLE/COM是一種客戶/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(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問(wèn)，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開(kāi)發(fā)中脫離出來(lái)。
應(yīng)用程序與OPC服務(wù)器之間必須有OPC接口，OPC規(guī)范提供了兩套標(biāo)準(zhǔn)接口：Custom標(biāo)準(zhǔn)接口，OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口。通常在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口。
OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口，及采用OLE自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行調(diào)用，其技術(shù)為上節(jié)所述的OLE自動(dòng)化技術(shù)。OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)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(duì)象和服務(wù)的起始類，并用于返回OPC Group類對(duì)象；
OPC Group：存儲(chǔ)由若干OPC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類對(duì)象。
OPC Item：存儲(chǔ)具體Item 的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。
由于OPC規(guī)范基于OLE/COM技術(shù)，同時(shí)OLE/COM的擴(kuò)展遠(yuǎn)程OLE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、服務(wù)器在物理上分開(kāi)，分布于網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)上。
OPC規(guī)范可以應(yīng)用在許多應(yīng)用程序中，如它們可以應(yīng)用于從SCADA 或者DCS系統(tǒng)的物理設(shè)備中獲取原始數(shù)據(jù)的最低層，它們同樣可以應(yīng)用于從SCADA 或者DCS系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序中。實(shí)際上，OPC設(shè)計(jì)的目的就是從網(wǎng)絡(luò)上某節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)。圖4.2.2OPC的客戶/服務(wù)器關(guān)系圖同樣描述了OPC在SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用。
OPC技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)系統(tǒng)
在進(jìn)行新型微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的研制中，各個(gè)計(jì)算機(jī)以及各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)交換應(yīng)該按照OPC規(guī)范進(jìn)行。這樣做有以下好處：
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。
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)客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開(kāi)發(fā)中脫離出來(lái)。
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)硬件配置以及，使得系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。
采用OPC規(guī)范，便于系統(tǒng)的組態(tài)化，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)。
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，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問(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。
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，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)。
2）歷史數(shù)據(jù)訪問(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。
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)的影響及應(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)在以下幾個(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)人員也只需編寫一個(gè)接口，而用戶可以方便地進(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)總線系統(tǒng)仍然存在多種總線并存的局面，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)總線段提供各自的OPC服務(wù)器，任一OPC客戶端軟件都可以通過(guò)一致的OPC接口訪問(wèn)這些OPC服務(wù)器，從而獲取各個(gè)總線段的數(shù)據(jù)， 并可以很好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)總線段之間的數(shù)據(jù)交互。而且，當(dāng)其中某個(gè)總線的協(xié)議版本做了升級(jí)，也只需對(duì)相對(duì)應(yīng)總線的程序作升級(jí)修改。
第三，OPC可作為訪問(wèn)專有數(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)這類數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)不像訪問(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)類似的問(wèn)題：要訪問(wèn)不同監(jiān)控軟件的專有數(shù)據(jù)庫(kù)，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(gè)問(wèn)題，只要專有數(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)訪問(wèn)該數(shù)據(jù)庫(kù)的OPC服務(wù)器，那么當(dāng)用戶要訪問(wèn)時(shí)只需按照OPC規(guī)范的要求編寫OPC客戶端程序而無(wú)需了解該專有數(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。
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)。
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