基于opc技术的现场设备监视系统应用及实现

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1、Intelligent Building & City Information 2009 2 No.147 1071 OPC 技术 1.1 OPC 定义OPC 是以 OLE/COM 机制作为应用程序的通信标准。OLE/COM 是一种客户 / 服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC 规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。采用 OPC 标准后，针对硬件的驱动程序不再由软件开发商开发，而是由硬件开发商根据硬件的特征提供统一的 OPC 接口程序。由于硬件开发商对自己的特征了如指掌，

2、从而能够最大限度地挖掘硬件的潜力，提高驱动程序的性能。1.2 OPC 技术基础和规范（1）OLE 技术 ： 原意是对象链接与嵌入，随着 OLE2 的发行，其范围己远远超出了这个概念。现在的 OLE 包含许多新的特征，如统一数据传输、结构化存储和自动化等，己经成为独立于计算机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范，是面向对象程序设计概念的进一步推广（2）COM/DCOM 技术 ：是一种通用的基于 OPC技术 的现场设备监视系统应用及实现文 | 甘肃农业大学信息科学技术学院 董莉霞 韩建峰【摘 要】博物馆现场设备监视系统以 OPC 技术为基础，监视馆内各系统运行状况。本文首先介绍了 OPC 技术，对

3、现场设备监视系统提出了基于 OPC 技术的总体设计，设计了 OPC 服务器和 OPC客户端。接着实现了实时数据库在该系统中的应用。最后，设计出了基于 OPC 的现场设备监视系统方案。【关键词】OPC 实时数据库 现场设备与语言无关的二进制标准。它提供组件之间通信的标准接口，是一种跨平台的开放结构，用于开发基于面向对象技术的客户端 / 服务器应用程序。DCOM 技术是 COM 技术的扩展，使其能够支持在局域网、广域网甚至 Internet 上不同计算机对象之间的通讯。使用 DCOM，应用程序可以分布到网络上不同的位置，从而满足客户和系统的需求。COM/DCOM 提供了一种软件架构，而OPC 为工

4、业控制系统中各种不同的现场设备之间的通信提供了一个公共接口。如图 1 所示，OPC 采用客户端 / 服务器结构，作为中心数据源的 OPC 服务器负责向各种客户端提供来自现场设备的数据。图 1 OPC 客户端 / 服务器结构1.3 OPC 的优势采用 OPC 标准后，由硬件开发商提供统一的 OPC 接口程序， 从而避免了开发重复性，使开发费用大大降低。OPC 规范采用客户 /OPC 客户端OPC 服务区现场设备OPC接口108 智能建筑与城市信息 2009年 第2期 总第147期技术与工程Technolo and Engineering Cases服务器模型，其实质是在硬件供应商和软件供应商之间

5、建立一套“游戏规则” ，只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的。硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。这样可以灵活而有效地在应用和过程控制设备之间读写数据。2 OPC 技术在现场设备监视系统中的 应用与实现 2.1 OPC 服务器要实现的功能从 OPC 规范中，我们可以看出 OPC 服务器应该具有几项基本功能，任何一个服务器要想与别的标准客户端进行数据传送就必须实现这些功能。首先，开发出来的 OPC 服务器能够在客户端需要的时候，提供本地连接，也就是在客户端能够查找到服务器提供的接口 ； 然后服务器必须提供 IOPCServer 接口

6、，只有实现了这个接口，客户端才能够调用该接口的方法来添加、删除服务器内的组对象并对组对象进行管理。IOPCGrounStateMgt 接口也是必须要实现的一个接口，通过这个接口的一些方法，我们可以得到或者改变组的状态。IOPCItemMgt 接口提供了添加、删除组内的数据项并对数据项进行管理的功能，它的功能与 IOPCServer 接口的功能颇为相似。只是操作的对象不同，三个 重 要 接 口 IOPCSyncIO、iOPCASyncIO2 和IConnectionPointContainer 提供了整个服务器中最重要的数据传送的功能。其中 IOPCSyncIO和 IOPCASyncI02 提供

7、了数据同步和异步读写的方法，IConnectionPointContaine 则是保证数据订阅的功能和负责在同步或者异步读、写的时候传送数据。2.2 服务器的框架结构（如图 2 所示）在 COM 中核心的模块就是实时数据库图 2 OPC 服务器的实现结构平台，专门负责存储和管理通信所需要的数据，添加的 OPC 客户接口和服务器接口均要以它为平台进行数据交互。通过通信接口的组态，OPC 客户接口从现场数据源获取数据储存在实时数据库中。根据上层调度等应用系统的要求，用户在 COM 中经过数据组态将实时数据库平台中所需信息映射到 OPC 服务器中的数据点，再由服务器以 OPC 规范的形式向外发布。这

8、样就完成了从现场数据源到上层应用系统的一个单向数据流通。反之亦然，即可实现对现场设备的控制作用。使用实时数据库平台的好处是在平台上对数据进行统一的处理和变换，方便的进行数据点的管理和组态供应所需数据。在添加、删除实时数据库中的数据时，同时添加、删除 OPC DA 服务器中的数据项。启动 COM运行环境时，在后台同时启动 OPC DA 服务器组件，就可以实现 OPC DA 服务器的功能。实时数据库系统采用 COM/DCOM 可执行组件方式，将应用程序部分作为组件客户端。实时数据库系统核心部件通过 OPC-DA 接口向上层 OPC 客户提供各种数据服务，同时管理下层现场数据的集成。实时数据库集成了

9、 OPC 接口程序，作为下层 OPC 数据采集服务器的客户端。对于上层应用软件来说，实时数据库系统软件是其服务器端，而应用软件本身则集成了OPC 客户端，所以只要拥有这一标准的接口，就可以访问第三方开发的数据源，如其他的实时数据库或关系数据库系统。这里开发 OPC 服务器同时支持 OPC 基金会制定的 OPC 数据存取规范 2.0 标准并将OPC 服务器的所有功能封装在一个标准的动实时数据库OPC DA 服务器OPC 客户DLLIntelligent Building & City Information 2009 2 No.147 109态链接库文件中。2.3 OPC 服务器的设计与实现流程

10、（如图3 所示）实时数据库 DB 是构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理。力控组态中的实时数据库系统是一个分布式数据库系统，生产监控过程中，由于许多情况要求将数据库存储在地理上分布在不同位置的不同计算机上，通过计算机网络实现分散控制、集中管理，力控的分布式数据库系统可以方便的构成这种网络架构，同时由于数据库是一个开放性的结构，网络节点的第三方软件也可以对力控进行访问。力控的实时数据库系统由管理器和运行系统组成，实时数据库将组态数据、实时数据、历史数据等以一定的组织形式存储在介质上。实时数据库运行系统可以完成对

11、生产实时数据的各种操作 ： 如实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。管理器是管理实时数据库的开发环境（DbManager） ，通过 DbManager 可以生成实时数据库的基础组态数据， 来供运行系统调用。 数据库是按照区域、单元等来进行数据管理各种点参数的，根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。点是实时数据库系统保存和处理信息的基本单位。点存放在实时数据库的点名字典中。实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。实时数据库根据点名决定数据库的结构，在点名字典中，每个点都包含若干参数。一个点可以包含一些系统预定义的标准点参数，还

12、可包含若干个用户自定义参数 33。点的参数的形式为“点名 . 参数名” 。缺省的情况下“点名 .PV”代表一个测量值。3.2 数据库访问和数据连结对数据库的访问采用“点名 . 参数名”的形式访问点及参数，如“TAG1.PV”表示点TAG1 的 PV 参数，通常 PV 参数代表过程测图 3 OPC 服务器实现流程图 4 客户端系统设计流程2.4 客户端的设计与实现在客户 / 服务器的结构中，OPC 客户端程序的功能包括定位 OPC 数据采集服务器、建立与 OPC 数据采集服务器的连接等。而OPC 客户端程序集成于实时数据库系统软件之中可以对实时数据库进行组态，将实时数据库中的输出数据发送到 OP

13、C 数据采集服务器等。通过 OPC 客户端软件，实现了上层应用程序与下层现场设备的隔离。OPC 客户程序本身可以完成很多复杂的数据处理和显示功能，但都需通过访问 OPC服务器， 对现场数据进行存取（如图 4 所示） 。3 实时数据库在现场设备监视系统中的 体现 3.1 组成和结构运行环境设置获取服务器 CLSID系统的设置与初始化添加 OPC 点更新 OPC 点关闭 OPC 服务器服务器端 OPC Server定义 OPC 设备实时 DB 组态对 OPC 数据连接110 智能建筑与城市信息 2009年 第2期 总第147期技术与工程Technolo and Engineering Cases量

14、值数据库变量缺省访问的是 PV 参数。数据连接是确定点参数值的数据来源的过程 34。力控数据库正是通过数据连接建立与其他应用程序（包括 ： I/O 驱动程序、DDE 应用程序、 OPC 应用程序、 网络数据库等）的通信。4 实现 OPC 的甘肃省博物馆现场设备 监视系统方案 本设计是在博物馆原有基础设施的条件下，设置 584 个检测、控制点（其中 AI/128 点、DI/236 点、AO/57 点、DO/163 点） 。选用加拿大 DELTA 控制公司的楼控产品，由系统控制器，应用控制器和扩展模块及现场传感器和执行机构组成的集散式控制系统，对博物馆主体楼范围内的空气处理系统，新风机组系统，冷冻

15、水、冷却水系统，热交换系统，给排水系统，照明系统以及变配电，电梯等设备的运行状态进行监视，保证博物馆文物保存所需要的温湿度条件，满足参观人员的舒适感，达到设备运行节约能耗的目的。 实现智能楼宇系统 “更安全、更舒适、更经济、高效率、可扩充”的目的。4.1 系统结构系统方案采用集散控制系统结构，它是一种利用计算机技术、通信技术和控制技术对建筑物分别进行集中监视、操作、管理和分散控制的计算机系统。（1）现场控制级 ： 现场控制直接与现场各类装置如传感器、 执行器、 记录以表等相连，是对各个设备的单机控制，主要由现场控制器组成。（2）监控级 ： 监控级监视系统的各单元，管理系统的所有信息，监视整个系

16、统的运行参数、状态，制定被控对象记录报表，进行报警显示，故障显示、分析、记录等。（3）管理级 ： 管理级计算机位于整个系统的顶部，可以用它来协调管理各个子系统。本系统采用力控 Force Control 作为监控系统组态软件，力控 Force Control 是一个面向方案面向监控与数据采集的软件平台工具。4.2 监控子系统的监控对象 空气处理系统由 6 台组合式空调机组成 ； 新风机组系统由四、五层各一台新风机及各办公室的风机盘管组成 ； 冷冻水、冷却水系统 ； 根据板式热交换器二次出水温度与设定温度相比较，控制一、二次热水阀的开度和热水泵的运行台数 ； 给排水系统 ； 变配电系统 ； 在中心机房监视电梯的运行状态和故障报警，不进行控制 ； 照明系统。5 结束语 目前，系统已经实现了一些基本的监视管理功能，但是系统在个别情况下不是很稳定，对现场复杂、多变的应用环境仍缺乏周密考虑和实践经验，还需要大量的时间去改进和完善，因而本系统仍有待于进一步的研究提高