管控系统信息集成中OPC技术

作者:阳宪惠 陆丽萍 文章来源:清华大学自动化系 发布时间:2012-12-11

OPC(OLE for Process Control)系指用于过程控制的对象链接嵌入( O L E O b j e c t L i n k i n g a n d Embedding)技术,是世界上多个跨国自动化公司、软硬件供应商与微软合作开发的一套工业标准。它基于微软现有的O L E 、组件对象模型COM(Component Object Model)、分布式组件对象模型DCOM(DistributedCOM)技术,为现场设备、自动控制应用、企业管理应用软件之间提供开放、一致的接口,以方便运行在不用平台上、用不同语言编写的各种应用软件顺利集成。当各应用程序都具备一个标准的OPC 接口时,它们之间就可以通过这种接口方便地进行软件系统集成与数据交换。因而OPC 技术又被誉为软件主板,成为工业管理控制一体化系统集成与数据交换的重要工具。

OPC 技术的最初设计目标是创建一个有效实现底层数据交换的接口。过去,自控设备的开发商需要为每一台控制设备开发不同的驱动程序接口。而OPC标准的出现使所有驱动器与软件的接口得到统一,形成如图1 所示的连接关系。开发商只需通过全球一致的OPC接口就能访问所有提供了OPC 服务器的现场设备。现场设备中OPC服务器的功能类似于I/O 驱动器。它负责与作为数据供应方的现场设备通信,将来自数据供应方的数据通过标准的OPC 接口“暴露”给数据使用方(如MMI 人机界面软件),数据使用方充当了OPC 客户的角色。标准接口是保证互操作性的关键。它使一个OPC客户可以同时与多个OPC 服务器“对话”,使所需要开发的驱动程序更少,因而为消费者带来更低廉的价格。

O P C 以O L E / C O M(COM+)技术为基础,但又不同于OLE。OPC 定义了一套用于支持过程数据访问、报警、事件,以及过程历史数据访问等功能的DCOM 接口。即它所提供的是适于过程控制应用的接口,而常规应用中的OLE/COM 只是支持复合文档、数据传递等功能。

利用OPC 提供的规范接口,可以实现工厂自动化系统中不同层次的信息集成。图2 表示了OPC 作为DNAM(Distributed interNet Application Architecture for Manufacturing)体系结构的核心技术之一,为企业的信息集成所提供全面解决方案。它包括现场设备与监控系统之间、监控系统内部各组件之间、监控系统与企业管理之间、以及监控系统与Internet 之间的信息集成。

该体系结构为自动化应用,如企业资源计划ERP (Enterprise Resource Planning,)、DCS、SCADA、人机接口软件H M I 、制造执行系统M E S(Manufacturing Execution System),基于P C 控制的集成提供了解决方案。OPC 所定义的一套标准的COM 对象、方法和属性,用于解决实时工厂自动化和过程控制应用的特殊要求,为工业现场和贯穿于整个企业的分布式自动化设备、系统和软件提供即插即用的方便连接。由OPC服务器向COM对象提供标准接口,允许OPC 客户端应用以一致的方式交换数据和控制命令,以相同的方式访问OPC 服务器,不管这些服务器是连接到PLC、工业网络(如基金会现场总线、P r o f i b u s 或DeviceNet)、SCADA 系统、MES,还是生产管理系统。

在这个体系结构中,作为核心的OPC 就相当于一块软件“主板”,它能够直接连接现场的PLC、工业网络、数据采集和Windows CE设备,通过快速有效的方式从现场获取实时数据。PC机内的各种监视应用、控制应用、管理应用等则象是插在OPC主板上的软件“芯片”,这些芯片之间按照OPC协议进行通信,它们可以通过OPC 获取现场的实时数据,也可以通过OPC 彼此交换信息。所以OPC 为企业内部的信息交换提供了一个开放平台。任何应用只要能够支持OPC接口就可以插入这块OPC主板,就象是将芯片插入到计算机主板中一样,只要遵从协议的要求,就可以即插即用。任何人都可根据OPC协议的要求,开发自己的应用程序,为系统添加新的功能。系统集成的范围可以包括从工业现场设备、过程监控、企业商务管理、甚至是Internet 的各个层次。这种信息交互不再受设备生产厂家的限制,现场设备中的实时测量控制信息将在整个企业范围内实现共享。甚至可联入Internet,通过Internet 实现现场信息的远程访问,实现远程监控。图3即为采用OPC 实现异种控制网络现场设备之间信息集成的示意图。

OPC技术的发展十分迅速,它在控制领域的应用也越来越广泛。国际上许多公司都纷纷在自己的产品中增加OPC特性,包括为控制应用软件添加OPC客户端的功能,为现场设备提供OPC服务器等,一些公司还提供了OPC服务器的开发工具软件。不少用户在系统选型时开始考虑系统是否支持OPC,在购买仪表时也希望仪表能够提供OPC服务器。OPC技术已成为许多新型控制系统数据传递的核心技术。并成为系统软件集成的重要工具。它将促进管理控制一体化系统朝着更加开放的方向发展。

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