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1、OPC接口技术接口技术谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室东南大学自控系工业自动化教研室内容提要内容提要概述概述OPC基本原理基本原理OPC自定义接口自定义接口HMI/SCADAHMI/SCADADataAcquisition工程工程部门部门产品制造产品制造测试质管部门测试质管部门维护部门维护部门Windows NT业务部门业务部门Internet/EthernetOPCDeviceNetFOUNDATONPROFIBUSEthernetWindows NTOPC数据采集数据采集PLCNNNN分分布布式式I/ONNNN数据采集数据采集运动控制运动控制可视监控可视监控Measurement-Pr
2、essure-Temp-Flow-LevelValvesPositionersPIDControlFieldbusSystemFieldPointSystemPLCSystemOPCClientOPCServerOPCClientOPCClientOPCServerOPCServerHMIExcelInternetSCADAHMISCADANNNNNNNNNNNN为什么需要为什么需要OPCSoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverDisplayApplicationTrendApplicationReportApplicat
3、ionOPC的解决方案的解决方案SoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverOPCOPCOPCOPCDisplayApplicationTrendApplicationReportApplicationOPCOPCOPC概述概述OLEOLE for Process Control for Process Control(Object linking and embedding)(Object linking and embedding)now:OpenProcessControl OpenessOpeness Producti
4、vity and Productivity and Conectivity Conectivity OPCOPC（用于过程控制的用于过程控制的OLEOLE）是一个工业标准。是一个工业标准。OPCOPC由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软（软件公司与微软（MicrosoftMicrosoft）紧密合作而建立的。紧密合作而建立的。OPCOPC定义了应用定义了应用MicrosoftMicrosoft操作系统在基于操作系统在基于PC PC 的客的客户机之间交换自动化实时数据的方法。户机之间交换自动化实时数据的方法。管理这个标准的国际组织是管
5、理这个标准的国际组织是OPCOPC基金会。基金会。 OPC的宗旨的宗旨OPC的宗旨是在的宗旨是在MicrosoftCOM、DCOM和和ActiveX技术的功能规程基础技术的功能规程基础上开发一个开放的和互操作的接口标准。上开发一个开放的和互操作的接口标准。这个标准的目标是促使自动化这个标准的目标是促使自动化/控制应用、控制应用、现场系统现场系统/设备和商业设备和商业/办公室应用之间办公室应用之间具有更强大的互操作能力。具有更强大的互操作能力。BeforeOPCABBPLCsTlmcaniquePLCsSiemensPLCsMasterBusMMSdriverXWAYdriverProfinet
6、drivervisualizationhistorydatabaseWithOPC:ABBOperatorWorkplaceConnectionABBAC800MTlmcaniqueTSXSiemensS7AC800MOPCserverSchneiderOPCserverSiemensOPCserverOperatorITapplicationsoftwareiswrittenindependentlyfromthetypeofcontrollerHistorian(InformationManager)MMSXWAYProfiNetthedriversstillexist,butthecli
7、entsdonotseethemanymoreOPC技术基础技术基础OPC技术基于微软的技术基于微软的OLE(现在的现在的ActiveX)、COM(部件对象模型部件对象模型)和和DCOM(分布式部件分布式部件对象模型对象模型)技术。技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。用于过程控制和制造业自动化系统。ActiveX/COM技术定义各种不同的软件部件技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件或设备，不论过程中采用什么软件或设备，OPC为多种为多种多样的过程控制设备之
8、间进行通信提供了公用多样的过程控制设备之间进行通信提供了公用的接口。的接口。OPC技术基础构成技术基础构成Transport(TCP-IP,UDP,Queued)ActiveXActiveX(Distributed)ComponentObjectModel(COM/DCOM)ObjectLinkingandEmbedding(OLE)EthernetOLEforProcessControl(OPC)onlybetweennodesOPC基金会基金会管理管理OPC标准的组织是标准的组织是OPC基金会。其基金会。其前身由一个前身由一个Fisher-Rosemount、RockwellSoftwar
9、e、Siemens、Opto22、Intellution和和IntuitiveTechnology等著名大公司组成专门的工等著名大公司组成专门的工作组，仅仅用了短短的一年时间便开发作组，仅仅用了短短的一年时间便开发出一个基本的可运行的出一个基本的可运行的OPC技术规范。技术规范。在在1996年年8月发布了简化的、一步到位月发布了简化的、一步到位的解决方案。的解决方案。OPC基金会基金会OPC基金会的工作比其他许多标准化集团能够基金会的工作比其他许多标准化集团能够更高速运转。原因十分简单，只是由于更高速运转。原因十分简单，只是由于OPC是是建立在已普遍使用的建立在已普遍使用的Mricrosoft
10、标准基础上。标准基础上。而其他标准化集团必经完全从最基本开始定义而其他标准化集团必经完全从最基本开始定义标准，因此在其工作范围内达成一致的意见往标准，因此在其工作范围内达成一致的意见往往是费时费力，自然其工作效率是不能和往是费时费力，自然其工作效率是不能和OPC基金会比拟的。基金会比拟的。Micosoft是是OPC基金会的一个成员，已给予基金会的一个成员，已给予OPC基金会强有力的支持。但基金会强有力的支持。但Microsoft在在OPC中的作用主要在于其强大的后援支持，而中的作用主要在于其强大的后援支持，而让具有丰富的行业经验的成员公司指导让具有丰富的行业经验的成员公司指导OPC基基金会的工
11、作。金会的工作。OPC基金会组织结构基金会组织结构OPC中国基金会中国基金会OPC中国基金会的宗旨是在中国推广中国基金会的宗旨是在中国推广OPC，以以消除中国与其它发达国家的信息差距。消除中国与其它发达国家的信息差距。通过定期召开中国基金会会员大会、制定相应通过定期召开中国基金会会员大会、制定相应的规章制度，同时针对中国市场建立相应的市的规章制度，同时针对中国市场建立相应的市场营销体系，提供培训、信息以及展会的组织，场营销体系，提供培训、信息以及展会的组织，以进一步加强各会员的利益，以本地化的形式以进一步加强各会员的利益，以本地化的形式加强与加强与OPC基金会的联系。基金会的联系。http:/
12、www.opcchina.org/OPC特性特性任何客户机都可以与服务器连接任何客户机都可以与服务器连接即插即用的互操作性即插即用的互操作性是其目标是其目标该标准已被该标准已被公开公开并出版并出版 OPC基金会基金会是管理此工业标准的组织是管理此工业标准的组织 灵活性灵活性 接纳所有类型的客户机及服务器接纳所有类型的客户机及服务器 高效性高效性 优化快速传输数据优化快速传输数据 可以支持所有编程语言可以支持所有编程语言 C,C+,VB,Java,HTML,DHTML可利用可利用InternetOPCasahubsource:SiemensWinCCOPCconnectiontodatabase
13、sToolsallowtobuildanOPCDAinterfacetoanyODBC-equippeddatabase.Thedatabaseinternalstructure(exposedthroughqueries)isreflectedasahierarchyofOPCitems.Thisallowstogiveaunifiedaccesstosimpleitems.application(OPCclient)OPCserverDBODBCOPCforinternalcommunication:AIPasexampleAIPaspectsAC800MOPCserverSchneide
14、rOPCserverSiemensOPCserverAssetOptimizerEnterpriseHistorianaspectsOPCclientOPCserveraspectdirectoryOPCconnectionsaspectsaspectsOPCConnectiontoERPDirectandFieldbusaccess(local)OPCserverclientapplication(OPCclient)fieldbus(local)OPCserverFBManagerfieldbusPLCFBagentfieldbusPLCFBagentdirectconnectionfie
15、ldbusconnectioncanalsobeapoint-to-pointlinkclientapplication(OPCclient)proprietaryprotocolTheOPCserverisrunningallthetime,assoonasatleastoneclientispresentI/OdevicesclientsandserversrunasparallelprocessesAccessingaserverinanothernodeTCP/IPstubDCOMTCP/IPOPCserverDCOMTCP/IPOPCserverDCOMFBManagerfieldb
16、usDCOMclientapplication(OPCclient)Limitation:doesnotworkoverfirewalls.Solution:OPCXML(seelater)COM/DCOMacrossmultiplenodesOPCserverforBrandYapplication1(OPCclient)FieldbusYFieldbusXdriversOPCserverforBrandXOPCserverforsimulationpanelapplication2(OPCclient)OPCserverforBrandZTCP/IPTCP/IPinput/outputto
17、plantEthernetapp3node1connectivitynodeOPC基本原理基本原理通用通用OPC结构及组成结构及组成对象及接口概述对象及接口概述必需的接口定义必需的接口定义可选的接口定义可选的接口定义服务器地址空间及配置服务器地址空间及配置时间同步与顺序发送机制时间同步与顺序发送机制永久存储机制永久存储机制EnumOPC对象属性条目对象属性条目通用通用OPC结构及组成结构及组成OPC数据访问规范数据访问规范OPC报警和事件规范报警和事件规范OPC数据交换规范数据交换规范OPC历史数据访问规范历史数据访问规范OPC批处理规范批处理规范OPC安全性规范安全性规范OPCXML规范规范
18、OPC标准的发展历史标准的发展历史标准标准版本版本内容内容DataAccess3.0,2.0,1.0数据访问规范AlarmsandEvents1.10,1.00报警和事件规范HistoricalDataAccess1.0历史数据存取规范Batch2.0,1.0批量过程规范Security1.0安全性规范Compliance2.00.2数据访问标准的测试工具OPCXML1.00,0.18过程数据的XML规范OPCeXchange1.0数据交换规范OPCCommands正在开发命令规范OPCCommonI/O正在开发公共I/O规范OPCComplexData正在开发复杂数据规范 OPCDataAc
19、cessOPCAlarms&EventsOPCHDAhistorydatabaseOPCBatchbatchsystemOPCDXOPCUAUnified Architecture规范OPC数据访问规范数据访问规范OPCDA的适用领域的适用领域底层传感器往往使用专用接口和协议Device Specific I/O ControlData MonitorSub-SystemOPCOPC (通过DCOM)可以使用在各个子系统与管理终端之间OPC处于数据监视应用程序和专用的IO驱动软件之间OPC数据访问规范特点数据访问规范特点基于基于COM技术技术技术技术灵活支持多类应用程序灵活支持多类应用程序支持
20、多类应用支持多类应用高效与可扩展性支持大型应用程序高效与可扩展性支持大型应用程序支支高性能支持网络操作高性能支持网络操作支持网络操作支持网络操作易于理解易于理解易于理解易于理解被广泛接受被广泛接受被广泛接受被广泛接受OPCDA能提供那类数据？能提供那类数据？传感器的实时数据：传感器的实时数据：温度、压力和流量控制参数控制参数：打开、关闭、运行和停如状态信息状态信息状态信息硬件连接状态硬件连接状态软件和子系统的状态软件和子系统的状态总之， OPCDA可以提供任何类型数据OPCDA每个OPCDA服务器是一个独立的对象服一对OPCDA服务器提供了到现场数据源的服务供一个窗口窗口”数据通过对应的Tag
21、访问 (Tag的定义由生产商和硬件有关生产商有关)数据可以周期性轮询或单次读写数据可以周期性轮询或单次读写OPC报警和事件规范报警和事件规范OPCAEOPC提供了提供了OPC服服务器器发生异常生异常时，以，以及及OPC服服务器器设定事件到来定事件到来时向向OPC客客户发送通知的一种机制，通送通知的一种机制，通过使用使用OPC技技术，能，能够更好的捕捉控制更好的捕捉控制过程中的各程中的各种种报警和事件并警和事件并给予相予相应的的处理。理。OPC历史数据访问规范历史数据访问规范OPC提供了提供了读取存取存储在在过程数据存档文程数据存档文件、数据件、数据库或或远程程终端端设备中的中的历史数史数据以及
22、据以及对其操作、其操作、编辑的方法。的方法。HDAforHistoricalDataAccess.OPC数据交换规范数据交换规范什么是OPCDX?OPCDX?将确定穿过以太网的现场总线网络进行服务器到服务器的通信远程组态配置和管理服务远程组态配置和管理服务延伸OPCDA标准标准OPCDX将不影响现有的现场总线规将范范OPC数据交换规范数据交换规范谁需要OPCDX?OPCDX?自动化用户自动化用户希望有一套开放性的标准有以把各家以太网上的设备和控制器的数据进行交换并予以集成。并予以集成。自动化设备供应商自动化设备供应商期望提供符合开放性工业标准的产品，使之能互操作以及进行数据交换使之能互操作以及
23、进行数据OPCDX应用OPC批处理规范批处理规范OPCBatch的目的是使异构计算环境下的目的是使异构计算环境下不同的生产控制方案等有效地协同工作不同的生产控制方案等有效地协同工作.一个批处理服务器可以从其他一个批处理服务器可以从其他OPC数据数据访问服务器或专用的批处理过程控制软访问服务器或专用的批处理过程控制软件获得数据件获得数据.OPCBatchBasedon:IEC61512-1BatchControlPart1:ModelsandTerminology(ANSI/ISAS88.011995)ISA-dS88.02-2000draft17ofMay2000Allowstoaccess:
24、equipmentcapabilities,currentoperatingconditions,historicalcontentsrecipecontentsOPC安全性规范安全性规范OPC安全性规范提供了一种专门的机制安全性规范提供了一种专门的机制来保护敏感的数据来保护敏感的数据.该安全机制是通过在该安全机制是通过在OPC服务器对象上服务器对象上增加增加IOPCSecruityNT接口和接口和IOPCSecruityPrivate接口来实现的。接口来实现的。OPCXML规范规范OPCXML的应用领域的应用领域 通过Internet实现数据访问实现数据访问 跨平台（非微软）的OPC应用应用
25、 基于.NET技术的应用技术的应用OPCXML的技术背景的技术背景OPCDA(数据存取)功能功能数据订阅数据订阅数据浏览数据浏览WebServiceWebServiceSOAP(简单对象访问协议) 访问协议)OPCXML规范规范对象及接口概述对象及接口概述OPC对象对象OPC对象有三个：服务器对象有三个：服务器(OPCServer)、组组(OPCGroup)和项和项(OPCItem)OPC接口接口“Automation”vs.“Custom”interfaceOPCAutomationwrapperAutomationclient(VisualBasic,Excel,)custominterfaceserverCustomclient(C+,.)custominterfaceserver必需的接口定义必需的接口定义OPC服务器必需的接口有服务器必需的接口有IunknownIOPCServerIOPCCommerIConnectionPointContainer标准标准OPC服务器对象服务器对象标准标准OPC组对象组对象
