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1、 冷轧清洗线控制系统设计 用C+和OPC设计二级控制系统摘 要传统工控系统的驱动和与其连接的应用程序之间的接口没有统一的标准,为了实现不同的硬件和软件所构成的计算机之间的数据交换和传输,必须开发各自的通讯程序。 这样一来, 导致了开发成本高、重复性劳动、驱动程序不一致和存在访问冲突等问题 , 很难适应当今工控系统的开放性要求。OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的 OLE）技术的出现提供了解决方法。OPC使不同供应厂商的设备和应用程序之间可以相互间数据交换,把硬件供应商和软件开发商分离开来,在设备和数据库等数据源和客户之间架起一座桥梁。 OPC是过程控制工业中的
2、新兴标准，基于Microsoft的COM/DCOM技术，它包括一整套用于过程控制自动化接口和方法的标准集。本文介绍了OPC技术产生的背景，以与它的主要特点与发展状况，并剖析了其核心COM/DCOM技术。然后重点介绍了 OPC数据访问规与访问方法，OPC服务器对象和客户端对象接口与OPC客户端与服务器的通信。最后介绍OPC技术在冷轧清洗线中的应用，OPC服务器与现场设备和客户端的连接。关键词：OPC，组件对象模型，客户端Cold Rolling Cleaning Line Control System DesignDesign Second Level Control System with C
3、+ and OPCAbstractThere is no universal standard between the driver of traditional industry control system and application program. In order to realize the data exchange and the transmission among the computers with different hardware and software, people must develop respective communication program
4、. As the matter stands, there exist many problems including the high development cost, the duplicated work, inconsistent driver program and visit conflict and so on .It is very difficult to meet the open needs of current the industry control system. OPC (OLE for Process Control, used in process cont
5、rol OLE) techniques appearance provide the solution. OPC makes the different supply merchant of equipment and the application program exchange data mutually and separate the hardware supplier from the software developer, which puts up a bridge between customers and data resource such as equipment an
6、d database etc.OPC is an emerging standard in the process control industry, based on Microsoft COM and DCOM technology. It includes the whole standard collection with interface and method used in the process control automation. This paper introduces the background of OPC technology, as well as its m
7、ain characteristic and the development condition, and analyzes its core COM and DCOM technology. Then it introduces the OPC data access standard and access method with emphasis, the interface and the communication between OPC server object and client object. In the end, it introduces the application
8、 of OPC technology in the cold rolling cleaning line，the connection in the cold rolling cleaning line between OPC server and the field device and that between OPC server and the client side.Keywords: OPC, COM, client side 目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 研究背景11.2 OPC的基础知识11.2.1 OPC产生的背景11.2.2 OPC的历史31.2.3
9、 OPC的现状和发展42 OPC技术的基础COM技术62.1 COM技术简介62.1.1 COM概念62.1.2 COM对象62.2 COM接口IUnknown 接口62.3 COM扩展分布式 COM（DCOM）73 OPC技术介绍83.1基于COM技术的OPC83.2 OPC数据访问规93.3 OPC 数据访问服务器的对象93.4 OPC数据访问方法113.5 OPC服务器对象与其组对象接口133.5.1 OPC服务器接口133.5.2 OPC组对象接口153.6 OPC客户端与其接口183.6.1 OPC 客户端概述183.6.2 OPC 客户端的数据来源183.6.3 OPC客户端接口1
10、84 OPC技术在冷轧清洗线中的应用204.1工程背景与工艺204.1.1 工程背景204.1.2 工程工艺204.2 OPC服务器与现场设备的连接214.3 OPC服务器与客户端的连接224.4 OPC服务器客户端程序的主线程26总 结28致 29参考文献30附 录A （OPCthe standard for real time communication）31附 录B （OPC实时通信标准）35附 录C38附 录D47附 录E55 / 冷轧清洗线控制系统设计 用C+和OPC设计二级控制系统1 绪 论1.1 研究背景现在，工业自动化系统的应用已经非常普与，DCS（Distributed Co
11、ntrol System，集散控制系统）得到了广泛应用，现场总线技术正在逐步完善、成熟起来。但是目前工业自动化系统绝大多数是封闭的系统，缺乏统一、标准的开放式接口。不同厂家的产品如果要集成在一起，必须为它们开发专用的接口。随着工业自动化系统功能要求越来越复杂，完全用一个厂家的产品来构成整个系统是很困难的。不同厂家的产品之间接口的复杂性限制了用户的选择，不能根据系统的要求选择最佳的系统集成方案。同时，软件在自动化领域使用的重要性与日俱增。无论项目是否涉与到操作、可视化、数据存档或控制，向纯粹的、基于 PC的软件解决方案的发展趋势是不可阻挡的。这些软件解决方案不再是开发单个的模块，而是由专用的软件
12、组件组成。采用可重复使用的软件组件以与利用这些软件组件所具有的柔性构成整个系统，成为发展的必然趋势，因而通信接口不兼容的问题急需解决。OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的OLE）技术的出现提供了解决方法。当现场设备、应用软件都具备标准的OPC接口时，便可集成来自不同数据源的数据，使运行在不用平台上、用不同语言编写的各种应用软件顺利集成。1.2 OPC的基础知识1.2.1 OPC产生的背景传统的SCADA(监控与数据采集系统)开发中出现的一个主要问题是软件的重复开发，软件不能够重用，资源不能共享，造成大量人力与物力资源的浪费。随着计算机软件的发展，这种情况有所改
13、观，高级语言中库函数的采用，实现了一定程度上资源的共享，尤其是面向对象的方法的应用，使得我们可以利用面向对象的继承等方法大量重用源代码。但这些重用只是对源代码级的重用而不是对可执行文件级的重用，对每一类库都要重新编译，所以并没有真正实现资源共享，并且对某个模块中某个类库的修改将“触一发而动全身”，引起所有引用该类库的模块的修改，因此非常难以实现某个模块的升级。同时，为一种语言开发的类库以与函数库都不能够为其他语言所用，也大大限制了软件的重用。一般实时监控系统为分布式的结构，实现了人机接口、通信、数据处理等功能在网络上的分布，同时将一个系统划分为各个子系统，降低了系统的复杂程度，改善了系统性能，
14、便于整个系统的开发，减少了开发周期与维护费用。但由于系统各个计算机的通信协议依赖于某个厂家，没有形成统一的标准，不同厂家之间的软件与硬件的集成难于实现。因此也没有真正实现不同厂家的软件共享。从更广泛的意义上看，新的过程控制信息体系的各层都有着各自的要求，他们都要求信息的一致性。现场控制层：智能现场设备的出现，可以提供过去不能提供的大量丰富的有关此现场设备的信息。所有这些信息必须以一致的方式提供给客户应用程序。过程管理层：DCS（集散控制系统）和SCADA必须以统一的方式为操作员和工程师等决策者提供数据。经营决策层：对生产过程信息的综合，有助于企业最优生产，节省财政开支。而向客户应用程序以统一的
15、方式提供信息，可最小化企业在信息综合上的精力。为了有效地完成信息集成，关键是制订一种集中于数据访问而不是数据类型的开放的、有效的通信标准。定义OPC的目的就是为应用程序访问工厂前台提供共同的方法，允许兼容的应用程序无缝的访问生产环境中的数据。在传统的控制系统中，智能设备之间与智能设备与控制系统软件之间的信息共享是通过驱动程序来实现的。任何一种HMI（Human Machine Interface，人机接口）等上位监控软件或其它应用软件（如趋势图软件、数据报表与分析等）在使用某种硬件设备时都需要开发专用的驱动程序，如图1.1所示1。图1.1 传统控制系统结构为了解决上述问题，硬件制造商们一直试图开发出一种可以被任何客户使用的超级“I/O驱动”程序。但是由于客户协议的不一致，这项工作至今没有取得成功，OPC和现场总线标准的制定正好为上述问题的解决开辟了新的道路。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硬件特征了如指掌，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。基于OPC标准的数据访问方式如图1.2所示。采用OPC标准后，由硬件开发商提供统一的OPC接
