实时数据库丰富的IO接口OPC
OPC协议及其在实时数据库开发中的应用
企业：控制网日期：2005-12-21领域：控制仪表点击数：6391 概述OPC协议是由OPC基金会制定的一个工业标准，它规范了过程控制和自动化软件与工业现场设备之间的接口。
OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。
OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础，COM 就是Component Object Model，也就是组件对象模型。
DCOM中的D 是distributed（分布式）的意思，一般用于网络。
DCOM（分布式组件对象模型）是COM技术的扩展。
DCOM 通过处理网络协议的下层细节来支持网络中不同计算机上的对象间的通讯。
这样可以启用由多个协同完成同一任务的进程组成的分布式程序。
COM Internet 服务 (CIS) 最初是在 Windows NT 4.0 Service Pack 4 中发布的，它提供的附加支持，使得由于服务器端或客户网络上的代理服务器设置了防火墙而令其他协议无法使用时，DCOM 仍然能够通过Internet（使用 HTTP）使用。
因此以OLE/DCOM为基础的OPC，可以使OPC 客户通过利用DCOM连接到网络。
OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，提供给用户用于过程控制和工业自动化应用。
Microsoft的OLE/COM技术定义了各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据，从而使得OPC 能够提供通用的接口用于各种过程控制设备之间的通讯，不论过程中采用什么软件和设备。
复杂数据规范OPC技术的实现由两部分组成：OPC服务器和OPC客户应用部分。
OPC服务器完成的工作就是收集现场设备的数据信息，然后通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用。
OPC 客户端则通过标准的OPC接口接收数据信息。
在具体的实现过程中，用户可以根据自己的需要挑选相应的规范来使用。
opc规范
opc技术规范是以microsoft的ole/com技术为基础，定义了一组接口规范。
它包括opc自动化接口（automation interface）和opc定制接口（custom interface）。
另外，opc技术规范定义的是opc服务器程序和客户机程序进行通讯的接口或通讯的方法。
1 opc对象与接口：opc服务器对象提供了对数据源进行存取（读/写）或通讯的方法，而数据源可以是现场的i/o设备，也可以是其它的应用程序。
通过接口，opc客户应用程序可以同时连到由一个或多个厂商提供的opc服务器上。
如图1所示。
opc服务器封装了与i/o控制设备进行通讯和访问数据的类型与名字及进行设备操作的代码。
2 opc数据存取（data access）规范：总体来说，opc数据存取规范包含几个对象：服务器对象（server object）、组对象（group object）、项对象（item object）。
opc服务器对象维护着服务器的信息，同时也是opc组对象的包容器。
opc组对象维护着它自己的信息并提供包容opc项的机制，同时管理opc项。
opc组提供客户应用程序组织数据的机制，例如：一个组可以包含一个显示面板所有数据的项，并可对数据进行读写。
在一些特殊情况下，还可以在组里建立客户应用程序与项的连接，并可以根据需要禁止或允许这种连接。
opc客户应用程序还可以修改opc服务器向opc 客户应用程序提交数据变化的刷新数率。
opc组有两种类型：公共组（public）和局部组（local or private）。
公共组可以为多个客户程序共享，而局部组只为某一个客户程序所有。
在每个组里，客户程序可以定义多个opc 项。
如图2所示。
opc项代表了与服务器里数据源的连接。
从定制接口（custom interface）角度来看，一个opc 项不能被opc客户程序作为一个对象来进行操作，因此，在opc项中没有定义外部接口。
OPC介绍
OPCITEMSTATE OPCITEMDEF OPCITEMRESULT
OPCITEMSTATE
This structure is used by IOPCSyncIO::Read typedef struct { OPCHANDLE hClient; // the client provided handle for this item FILETIME ftTimeStamp; WORD wQuality; WORD wReserved; VARIANT vDataValue; } OPCITEMSTATE;
OPC是一个工业标准。 OPC由一些世界上居领先地位的自动化系统和硬件、 软件公司与微软（Microsoft）紧密合作而建立的。 OPC定义了应用Microsoft操作系统在基于PC 的客户 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OPC基金会。
1.2、OPC产生背景
在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用 软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的 种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商 带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际 需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可 靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。 在这种情况下，OPC标准应运而生。 OPC是一种软件接口标准。
b、组对象（Group） 组对象维护自身的信息，同时包容并逻辑组织 OPC数据项（Item）。 OPC组对象（Group）提供了客户组织数据的 一种方法，组是应用程序组织数据的一个单位。客 户可对之进行读写，还可通过组对象设置客户端的 数据更新速率以及提供读取OPC Item值的接口。
c、数据项对象 数据项是读写数据的最小逻辑单位，一个项与一 个具体的位号相连。项不能独立于组存在，必须隶属 于某一个组。 OPC数据项是服务器端定义的对象，通常指向设 备的一个寄存器单元。OPC客户对设备寄存器的操作 都是通过其数据项来完成的，通过定义数据项，OPC 规范尽可能的隐藏了设备的特殊信息，也使OPC服务 器的通用性大大增强。 每个数据项都有值(Value)、品质(Quality)、时间 戳(Timestamp)三个属性。
opc接口
OPC接口简介OPC（OLE for Process Control，进程控制的OLE）是一种开放的通信标准，用于在工业自动化系统中实现设备之间的数据交换。
该标准由OLE（Object Linking and Embedding，对象链接和嵌入）和DCOM（Distributed Component Object Model，分布式组件对象模型）技术组成，并由OPC基金会维护和推广。
OPC接口是OPC标准的核心组件之一，它定义了一整套用于访问OPC服务器和处理数据的API函数。
通过这些接口，应用程序可以轻松地与OPC服务器进行通信，以读取、写入和订阅实时数据、历史数据以及事件。
OPC接口分类根据功能和用途的不同，OPC接口可以分为以下三类：1.数据访问接口（Data Access Interface）：用于读取和写入实时数据，可以通过简单的API函数来访问和控制OPC服务器。
2.历史数据访问接口（Historical Data Access Interface）：用于访问和查询历史数据，可以获取特定时间段内的历史数据记录。
3.报警和事件接口（Alarm and Event Interface）：用于订阅和处理OPC服务器的报警和事件通知，可以实时监控设备状态的变化。
数据访问接口数据访问接口是OPC接口中最常用的一类接口，它提供了一套简单的API函数，用于读取和写入实时数据。
以下是一些常用的数据访问接口函数：•OPCEnumServers：列举本地计算机上可用的OPC服务器。
•OPCConnect：连接到指定的OPC服务器。
•OPCRead：读取指定项名的实时数据值。
•OPCWrite：写入指定项名的实时数据值。
•OPCBrowse：浏览指定OPC服务器上的数据项。
使用数据访问接口，可以快速建立与OPC服务器的连接，并进行数据的读取和写入。
历史数据访问接口历史数据访问接口用于访问和查询历史数据，可以获取特定时间段内的历史数据记录。
实时数据库
力控实时数据库系统的功能一个实时数据库系统的优劣，主要体现在它提供的功能是否齐备，系统性能是否优越。
实时数据库的数据库管理系统也具有一般DBMS的基本功能：永久数据管理，包括数据库的定义、存储、维护等。
有效的数据存取，各种数据操作、查询处理、存取方法、完整性检查。
事务管理，事务的概念、调度与并发控制、执行管理。
存取控制，安全性检验。
对数据库的可靠性进行控制。
传统的DBMS的设计目标是维护数据的绝对正确性、保证系统的低代价、提供友好的用户接口。
这种数据库系统对传统的商务和事务型应用是有效的、成功的，然而，它不适合实时应用，这关键在于它不考虑与数据及事务相联的定时限制，其系统的性能指标是吞吐量和平均响应时间，而不是数据及事务相联的定时限制，调度与处理决策根本不管各种实时特性。
与之相反，实时数据库管理系统的设计目标首先是对事务定时限制的满足，其基本原则是：宁要部分正确而及时的信息，也不要绝对正确但过时的信息。
系统性能指标是满足定时限制的事务的比率，它要求必须确保硬实时事务的截止期，必要时宁肯牺牲数据的准确性与一致性。
软实时事务满足截止期的比率相对较高，但要100%满足截止期很难或几乎不可能。
因此，除了上述一般DBMS的功能外，一个实时数据库管理系统还具有以下功能特性：1. 数据库状态的最新性，即尽可能地保持数据库的状态是不断变化的现实世界当前最真实状态的映像。
2. 数据值的时间一致性，即确保事务读取的数据是时间一致的。
3. 事务处理的“识时”性，即确保事务的及时处理，使其定时限制尤其是执行的截止期得以满足。
因此，实时数据库管理系统是传统DBMS与实时处理两者功能特性的完善或无缝集成。
它与传统DBMS的根本区别就在于具有对数据与事务施加和处理定时限制的能力。
组态软件因其应用领域主要为过程控制、自动化，所以它的实时数据库功能具体表现在：数据处理功能、并发处理功能、在线组态查询功能、对外开放功能等方面。
一个实时数据库功能的齐全与否、性能好坏对整个数据库系统性能的优劣起着决定作用。
力控实时数据库
其它 第三 方实 时数 据库
力控实时数据库主要特性（1）
完全的分布式结构，可任意组建应用模式 提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具 大容量支持企业级应用，灵活的扩展结构可满足各种需求
– 每台服务器可运行100 000个点, 支持多台服务器相互通信
OPC、DDE
CSV / XML
力控开放的、可自由伸缩的体系结构，满足企业信息化的整体需要 三维力控
力控或其它 应用程序
力控或其它 应用程序
其它应 用程序
网络
力控 I/O Server
可单独分布使 用的力控组件
数据库管 分布式实 理器 时数据库
可单独分布使 用的力控组件
管控一体化解决之道
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分析应用和工具： 易于使用 功能强大 全面性 可扩展 可维护 可自定义
管控一体化解决之道
力控实时数据库的无限互联与应用扩展能力……
三维力控
优化控制 先进控制 控制策略
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力控Web
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力控
实时数据库
OPC
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智能设备
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其他力控 数据库
高性能存储和查询, 包括毫秒采集
– 每秒可处理20 000个事件 – mS级数据采集速率 – 事件系统的时间分辨率为 1mS
力控实时数据库与HMI是完全分离运行的
三维力控
管控一体化解决之道
力控实时数据库主要特性（2）
三维力控
使用真正的瘦客户端，基于Web的管理器，客户端应用易于维护
– 管理工具提供十分易用和直观的接口
PI实时数据库的OPC和API接口浅析
PI实时数据库的OPC和API接口浅析1引言随着电厂信息化要求越来越高，SIS系统的建设逐渐走上历史舞台，很多电厂开始着手搭建自己的SIS网，而SIS的核心部分就是实时数据库系统。
说到实时数据库系统，目前的产品有很多，PI是其中重要的一员，由于它先进的旋转门压缩数据技术、加上运行稳定的特点，尽管价格高昂，它还是在国内拥有很大的市场占有率。
SIS系统的另一重要组成部分是实时数据库系统与现场设备之间的接口，衡量一个实时数据库系统的优劣，其接口系统是否具有开放性、灵活性和方便性是很重要的一方面。
在这点上，P I也具备了一流实时数据库系统应该具备的特点，它提供了对OPC、ODBC以及OLE DB的支持，另外，它还有C/C++、VB环境下的SDK开发工具包和PI-API接口函数库，利用PI-API和SDK，我们可以比较方便地开发我们自己的专用接口。
在台州发电厂的SIS项目实施过程中，我们用API开发了几个专业接口（如RTU系统的接口、电量统计系统的接口等），也利用了PI的OPC接口，完成了全电厂范围的数据采集，为今后SIS系统的进一步开发打好了基础。
以下就对OPC接口的应用和API接口函数的应用做一些介绍。
2 OPC接口的应用OPC（OLE FOR PROCESS CONTROL）是一个开放性的工业标准，它是由一些世界上著名的自动化系统和硬件、软件公司和Microsoft（微软）紧密合作而建立的，是微软公司的OLE 在过程控制方面的应用。
OPC以COM/DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准。
采用这项标准后，硬件开发商将取代软件开发商为自己的硬件产品开发符合标准的OPC SERVER程序，而软件开发者不用再关心硬件驱动方面的技术问题，只要按标准开发OPC CLIENT程序就可完成与硬件的连接，这样不但提高了系统的开放性，也提高了软件开发的效率，使软件开发人员可以有更多的精力投入到其核心产品的开发上。
基于OPC的实时数据库的设计与实现
2.1 总体结构设计
整个监控系统分为设备层、控制层和信息层三层。设备层由RTU、PLC、DCS等控制设备组成，它们负责采集工控现场的数据。控制层分为数据采集端、数据库和现场监控站三部分，其中数据采集端可以，读取设备层的现场数据；数据库分为实时数据库、OPC历史数据服务器(HDA)[4]和OPC报警服务器(AE)[5]分别向客户端提供实时数据、历史数据和报警及事件信息。控制层中的数据可以通过Web服务器和OPC XML-DA服务器，发布到数据层中，从而实现生产数据与管理数据的统一。监控站作为OPC客户端，访问各种服务器，实时监控设备数据和现场画面。
实时数据服务器采用主内存数据库技术，实时数据管理器负责内存中实时数据的管理与一致性维护；历史数据管理器负责历史数据的压缩处理与查询，并且管理历史数据缓冲区，而历史数据存储线程定期地把需要存储的历史数据由内存中的缓冲池写入磁盘上的文件队列中。实时数据管理器与历史数据管理器提供一组接口函数给数据更新线程与查询处理线程，数据更新事务与数据查询事务的处理都是对这些函数调用的组合。
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>
增加了OPC XML DA Server后，系统成为了B/S三层结构，且具有本地计算和处理、数据显示多样性、颗粒化数据更新的优点。
通过OPC XML DA Server和OPC数据服务器可以实现对工业生产过程的实时远程监控，并可将实时生产数据与MIS、ERP系统以及用户的实时需求结合起来，构成一个企业内部统一的数据平台。
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大庆紫金桥软件技术有限公司
李中雷 2005－9－13
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