OPC技术在工业控制系统中的应用研究

摘要随着计算机技术的不断发展，应用于工业控制领域的软件与硬件设备的种类也越来越丰富，系统集成变得越来越复杂与困难。所以，无论是对于客户还是开发者而言，一套统一、通用的标准是非常必要的。OPCDA主要是提供现场层和应用软件间的纵向的数据集成和互操作。OPC客户端能通过标准接口与一个或多个不同提供商的服务器通信。OPCDX由于定义了一个通用的接口，使得不同总线协议的设备和控制器通过以太网进行直接数据交换成为可能。(毕业设计)本文首先分析了OPC概况及优点，仔细研究了一下OPC的各种规范。在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上，进行了服务器的测试及仿真试验。包括了服务器的注册及实现程序，并进行了简单的模拟仿真，并验证了OPC技术的软件开放性。(毕业设计)关键词：OPC；开放性及互操作性；OPC数据访问；OPC数据交换ApplicationandStudyofOPCforIndustrialControlSystemAbstractWiththedevelopmentofcomputertechnology,moreandmoresoftwareandhardwareareusedinindustrycontrolfieldandsystemintegrationbecomesharderthanbefore.Soitisverynecessarytousethesamestandardtocommunicationforbothuserandvendor.OPCDataAccessprimarilyprovidesverticaldataintegrationandinteroperabilitybetweenmeasurementandautomationsystemsonthemanufacturingfloorandclientapplication.OPCclientapplicationscancommunicatewithoneormoreOPCserversfromdifferentsuppliers.OPCDataexchangemakesitpossiblebydefiningasetofinterfacesthatprovidesinteroperabilityandallowsdataexchangeamongdevicesandcontrollersconnectedtoEthernetnetworksusingdifferentfieldbusprotocols.ThistextfirstanalyzedOPC'sgeneralsituationanditsadvantage,andunderstandsvariousOPCcarefully.OnthebaseofunderstandingthestructureoftheOPCserverandtherealizationprocedure,designedanimitatetruemodelexperiment.Includedtheregisterandrealizationprocedureoftheserver,andcarriedonasimpleimitatetrueexperiment,andprovedtheOPCsoftwaretechnique'sopenness.Keywords：OPC；OpennessandInteroperability；OPCDA；OPCDX研究课题的提出从OPC技术的应用和开发来看，OPCDA数据访问规范是核心，在工业控制系统的实际应用也最广泛，应用软件中OPCDA几乎成了必须的接口标准。基于工业以太网的控制系统己经成为比较流行的趋势，而且OPCDA就做为一种开放的软件技术在系统的集成中获得应用。本文跟踪OPC的最新技术，提出将OPCDA和OPCDX技术与工业以太网结合的全集成控制系统，不但使得系统的在纵向和横向都能开放集成，而且，改善了采用OPC“中间件”方案中实现异种总线网段之间数据交换的实时性。总之，本论文课题将致力于OPC内部机制的研究和实现，从而为开发OPC具体应用提供良好的参考价值，促进利用OPC技术实现工业控制信息系统朝着开放的方向的发展。OPC服务器应该提供有效地与物理设备通讯的方式，以优化不同的客户程序对数据的访问。对输入(读操作)来说，物理设备返回的数据被缓存，通过同步或异步的方式提供给客户:对输出(写操作)来说，OPC服务器应该代替客户向物理设备更新数据。(毕业设计)OPC规范包括:1.OPC数据存取(DataAccess)规范2.OPC报警与事件(AlarmandEvent)规范3.OPC历史数据存取(HistoricalDataAccess)规范4.OPC安全(Security)规范5.OPC批处理(Batch)规范6.OPC服务器数据交换(DataeXchange)规范7.OPC_XML规范在以往自动化领域的通信技术规范方而，很少有像OPC标准这样一出现就引起了如此强烈的轰动，OPC在今大已经逐步发展成为一个事实上的国际标准。目前，绝大多数的土控厂家为实现其系统的开放性，其监控软件或DCS,PLC都提供了OPC接口或OPC服务器，使产品具备兼容性和二次开发能力，具备OPC接口已经成为工控厂家提高其产品市场竟争力的一个先进技术手段，不能提供OPC接口的系统必将被历史淘汰。本课题就是在这个背景下，进行OPC服务器的开发研究，仔细了解了一下OPC的各种规范。在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上，了解了服务器的注册及实现程序，设计了一个仿真模型试验,并进行了简单的仿真试验，进一步验证了OPC技术的巨大优势。通过本次设计，使我在巩固原有所学知识以外，又了解了一门当今世界一门前沿的技术，并尝试着进行了初步的探索，使我受益匪浅。目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1引言11.2工控软件的发展11.2.1传统的工业控制系统开发存在的问题11.2.2采用OPC技术开发工业控制系统21.3OPC技术的优点31.4国内外研究的现状41.4.1OPC技术在国外的现状41.4.2OPC技术在国内的研究和应用41.5研究课题的提出5第二章OPC规范的内容62.1概述62.2OPC数据存取(DataAccess)规范72.3OPC报警与事件(AlarmandEvent)规范92.4OPC历史数据存取(HistoricalDataAccess)规范102.5OPC安全规范102.6OPC批处理规范112.7OPC-XML规范122.8OPC数据交换规范及适用范围12第三章OPC服务器的开发与实现133.1OPC服务器的总体结构133.2OPC服务器程序实现步骤143.3OPC服务器的注册及程序的实现143.3.1OPC服务器组件的注册143.3.2OPC服务器程序的设计153.4OPCDA服务器接口的实现及组对象的设计173.4.1OPCDA服务器接口的实现17(毕业设计)3.4.2设计OPCDA组对象193.5OPC服务器的读取过程213.5.1同步读取213.5.2异步读取21第四章服务器测试及模型仿真设计234.1服务器测试234.2OPC客户测试过程234.2.1初始化服务器组件234.2.2建立与OPC服务器的连接:234.2.3获取服务器标签列表:254.2.4添加OPC组和项264.2.5数据的刷新及断开连接274.3测试结果274.4.模拟仿真304.5监控系统结构设计304.6OPC接口开发314.6.1定义全局变量314.6.2连接服务器程序324.6.3数据更新函数334.6.4OPC数据项写数据程序33第五章总结34参考文献35致谢362.2.3应用服务器Web上的应用需求仅靠Web编程语言还不能满足。与传统的Web编程语言相比，应用服务器对建立基于Web的企业应用程序具有得天独厚的优势，主要体现在以下方面:(1)开发优势应用服务器使用人们熟悉的开发语言进行开发，并提供大量基于Web的企业应用功能，如数据库访问、安全性等，使得开发Web应用程序更加简单。(2)实施优势应用服务器能够支持高性能的事务处理，如多CPU系统、多并发用户、多线程、对象管理和核心级的动态负载平衡。它能够通过系统级服务如线程池管理、数据库连接的高速缓存、动态结果的高速缓存和数据流等，在重负载情况下提供高性能的数据访问和快速的响应时间。通过状态管理与对话管理能力，应用服务器可支持用于以事务处理为基础的操作所具有的多步骤和复杂的请求。事务管理员和请求管理员一起能够提供事务处理的完整性，并能够靠牢固健全的事务管理处理多个后端数据源。事务管理系统支持数据库资源管理、查询自动提交与回退、成功提交和失败回退。使用通用的数据访问和事务处理API可实现对异类数据库系统的统一访问。(3)集成的管理能力应用服务器允许管理员通过浏览器来远程管理和监视服务器，并进行性能调整，分配服务器上的负载。(4)安全性应用服务器可提供安全的通信功能，并内置了支持SET,SSL,SHTTP等安全协议的组件，并通过日志来跟踪对服务器的操作，营造一种安全的应用环境。OracleWebApplicationServer应用服务器Oracle针对Web技术的应用服务器产品是WebApplicationServer.OracleWebApplicationServer由(WebRequestProgramInterface)应用编程接口和WebServerApplicationServerBroker(WRB),(WRBAPTApplication)管理工具组成。WRB是一个多进程多线索的HTTP服务器。WRBAPI是一个开放的应用开发环境，封装了WRB应用编程接口。这些API优于底层的第一代HTTPAPI(如那些通过Web服务器厂商提供的API)。通过WRBAPI，应用程序开发人员能够建立定制的应用部件，可选用PL/SQL,Java,PERL,LiveHTML,C/C++等多种编程语言来进行Web应用程序的开发。所有的服务器部件可以作为独立的进程运行，从而确保在任意一个第三方提供的部件(Cartridge)发生错误时，不会影响业务其他部分的工作。嵌入式对象及Java和ActiveX小程序等。其内置的全文检索引擎可很容易地为用户提供检索功能。Domino的工作流处理能力可方便地在客户合作伙伴和供应商之间进行商务活动。Domino提供了集成的开发环境NotesDesignerforDomino，可以方便地开发网上应用程序。其中的LotusBeanMachineforJava是一个交互式、可视化的设计工具，可以方便地为网上应用系统创建JavaApplet,而NotesGlobalDesigner则可以使应用程序运行在不同的语言环境中。Domino还提供了很多周边工具可以增强网上应用系统的Web站Domino.Action可以自动生成Web站点，Domino.Merchant可以实现联机贸易，Lotus.eSuit提供了基于100%纯Java,面向瘦客户机的解决方案。Notes.Pump提供了基于服务器的数据传输工具，Domino.do。可以在分布网络环境中进行协同文档管理。总的来说，Domino比较适合文档的管理和传输，以及企业中各级人员之间的通讯，但不适合数据库的增、删、改、查询和统计等基本操作，因此它常用于Internet上的办公系统而非基于关系数据库的管理信息系统。(5)InternetInformationServer(IIS)IIS(InternetInformationServer,Internet信息服务器)是Microsoft公司开发的一种集Web,FTP和Gopher服务于一身的服务器，它可以利用Windows2000Server的各种功能，并且能在Internet上发布信息。IIS是随着Windows2000Serve附带的一个软件。IIS提供Internet信息服务器应用程序接口(ISAPD扩展Web服务器的