淺談OPC協定-工業控制和自動化領域的介面標準

2018/8/7 下午 02:49:56 次瀏覽 分類:物聯網

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OPC全稱是OLE for Process Control,即用於程序控制的OLE,是針對現場控制系統的一個工業標準介面,是工業控制和生產自動化領域中使用的硬體和軟體的介面標準。基於微軟的OLE(現在的Active X)COM (部件物件模型)DCOM (分散式部件物件模型)技術,OPC包括自動化應用中使用的一整套介面、屬性和方法的標準集,用於程序控制和製造業自動化系統。提供工業自動化系統中獨立單元之間標準化的互聯互通,順應了自動化系統向開放、交互操作、網路化、標準化方向發展的趨勢。

OPC規範

OPC規範包括資料訪問伺服器介面規範、歷史資料訪問伺服器介面規範、事件與報警伺服器介面規範、批次處理伺服器介面規範、OPCDA 伺服器介面規範和XML DA伺服器介面規範等一系列標準規範。現在成熟並發佈的OPC規範主要包括資料存取規範、報警和事件處理規範以及歷史資料存取規範。

OPC的設計目的

1、在控制領域中,系統往往由分散的各子系統構成;並且各子系統往往採用不同廠家的設備和方案。使用者需要,將這些子系統集成,並架構統一的即時監控系統。

2、這樣的即時監控系統需要解決分散子系統間的資料共用,各子系統需要統一協調相應控制指令。

3、再考慮到即時監控系統往往需要升級和調整。

4、就需要各子系統具備統一的開放介面。

OPC就是為了不同供應廠商的設備和應用程式之間的介面標準化,使其間的資料交換更加簡單化的目的而提出的。作為結果,從而可以向用戶提供不依靠于特定開發語言和開發環境的可以自由組合使用的程序控制軟體元件產品。OPC的設計目的最重要的是隨插即用,也就是採用標準方式配置硬體和軟體介面。一個設備可以很容易地加入現有系統並立即投入使用,不需要複雜的配置,且不會影響現有的系統。

OPC的優點和不足

與早期的現場設備介面相比, OPC 具有如下幾個優點

( 1) 減少了重複開發

( 2) 降低了資料設備間的不相容

( 3) 降低了系統集成商的開發成本

( 4) 改善性能。

OPC 存在的不足 

雖然OPC 介面具有種種優勢, 但是如果直接通過OPC 連接即時資料庫依然存在一些問題

( 1) 雖然OPC 標準中包含了OPC History 標準, 但是多數OPC 伺服器並未給予支援, 所以難以為即時資料庫提供資料緩存功能。 

( 2) OPC 伺服器無法提供一些常用的計算功能, 如累計、濾波和幾個位號相加的綜合計算功能, 增加了即時資料庫的負擔, 影響了即時資料庫的穩定性和魯棒性。 

( 3) OPC 基於微軟的COM/DCOM體系, 在分散式應用中其所用的RPC 方式常常與企業級的防火牆發生衝突。不能通過防火牆。

OPC體系結構

 

 

 

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1所示為OPC介面、 OPC伺服器及OPC客戶應用的聯繫。

像所有的COM實現一樣,OPC的結構是客戶機伺服器模式。各個OPC客戶程式通過OPC標準介面對各OPC伺服器管理的設備進行操作,而不需關心伺服器的實現細節及設備內部的具體細節。OPC把開發訪問介面的任務放在硬體生產廠家或協力廠商廠家,以OPC伺服器的形式提供給用戶,解決了軟、硬體廠商的矛盾,完成了系統的集成,提高了系統的開放性和可互通性。

 

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以前的過程監控中硬體和軟體的設置情況如圖2 所示。各種應用軟體都必須提供這三種設備的驅動程式,即需要12個驅動程式維持系統的正常運行,而且各軟體間不能相互通信。因為各個軟體來自不同的開發商,具有不同的相互獨立的對同一設備的驅動程式,所以多個軟體也不能同時對同一個設備存取資料,否則可能造成系統的癱瘓。同時,某一個設備的升級要求該設備的所有驅動程式升級,否則隱患無窮。這樣的一個系統要想長期維護,工作量可想而知。OPC規範的引入,使得程序控制的硬體軟體配置可以由圖3 表示。

 

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OPC規範了介面函數,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,從而保證軟體對客戶的透明性,使得用戶完全從低層的開發中脫離出來。對於軟體發展商而言,不再費神于開發各種硬體設備的驅動程式,而是把精力和時間集中在增加和完善軟體的功能上,使自己的軟體更易被使用者接受和使用。對於硬體設備製造商,再也不必擔心自己的產品因為沒有為某些軟體提供驅動程式而被使用者所忽視或放棄。一次編寫的驅動程式(OPC伺服器),可以被所有的應用軟體所用。不僅節省了各種I/O驅動程式的開發費用,而且可以讓製造商集中精力生產更易於用戶使用的、功能完善的硬體。

OLEActive X/COM

Active X/COM技術定義各種不同的軟體部件如何交互使用和分享資料。OLE/COM是一種客戶/伺服器模式,具有語言無關性、代碼重用性、易於集成性等優點。

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