OPC技术规范
“工控软件互操作规范OPC技术”讲座第4讲OPC服务器与客户程序的设计
Ｏ Ｃ程 序 开 发 中 常 见 的 两 个 针 是 指无 效 的指针 ， 用它 则会 造成 异 常 。因此 ， 使
在 作 用 指 针 之 前 必 须 判 断 其 是 否 为 空 。 空 字 符 串 则 是
一
调 用服 务器 函 数的过 程 中 ， 管 函数执 行正 确与 否 ， 不 服
口 的 字 符 串参 数 都 使 用 宽 字 符 ， 体 实 现 时 采 用 Ｂ Ｔ 具 ＳＲ 类 型 来 传 递 字 符 串 参 数 。 Ｂ １ 类 型 是 一 个 宽 字 符 的 ｓＲ
指 针 ， 其 前 ４个 字 节 表 示 字 符 串 中所 有 的 字 节 数 ， 但 后 面 的字节 才代 表真 正 的宽字 符 串 。
在 Ｖ Ｂ等 弱 类 型 的 高 级 语 言 中 ， 法 像 Ｃ Ｃ＋ 无 ／ ＋语
言 那 样 定 义 任 意 的 数 据 类 型 ， 此 Ｏ Ｃ 规 范 采 用 了 因 Ｐ Ｖ ＲＩＮＴ数 据 类 型 传 递 参 数 ， 其 既 适 用 于 定 制 接 Ａ Ａ 使 口 ， 满 足 自动 化 接 口 的 要 求 。 ＶＡ Ａ Ｔ是 一 个 结 构 又 ＲＩ Ｎ 类 型 ， 要 包 括 两 个 有 意 义 的 域 ：ｒ和 一 个 大 的 联 合 主 、 ｔ
１ ４ 内 存 维 护 ．
根 据 Ｃ Ｍ 规 范 ， 户 程 序 必 须 释 放 函 数 调 用 时 与 Ｏ 客
“
体 。、 指 示 了 数 据 的 确 切 类 型 ， 整 型 、 型 等 ： 合 ｒ ｔ 如 实 联 体 则 包 含 了真 正 的 数 据 或 数 据 指 针 。 设 计 时 需 要 调 用 相 应 的 函 数 进 行 简 单 类 型 和 Ｖ Ｒ Ａ Ｔ类 型 之 间 的 转 Ａ ＩＮ
基于OPC规范异构设备通用网络集成的驱动开发技术
中 ． 就 需 要 为 异 构设 备 实现 ห้องสมุดไป่ตู้ 有 Ｏ Ｃ数 据 服 务 功 能 的 设 备 这 Ｐ
备 开 发商 和供 应 商 所 保 护 ． 特 殊情 况 ． 不推 荐 做 出任 何 修 除 是
改 。 因此 ．为 了能 将 它们 统 一 地 集 成 到一 个 完 整 的监 控 网 络
个 ． 乎 包 括 全 世 界 所 有 的 工业 自动 化 软 、 件 提 供 商 。 像 几 硬
ｓ ｍ ｌ ， ｄ ｍ 等 国 际 著 名 公 司 ， 是 这 个 组 织 的 成 员 。符 合 ｉ ｅｓＡ ａ ｅ ｌ 都 规 范 的 软 、 件 已 被广 泛 的 应 用 ． 工业 自动 化 领 域 带来 了勃 硬 给 勃 生 机 。０ Ｃ规 范 ， 经 成 为 国际 工 业 自动 化界 的标 准 。 Ｐ 已
硬件 逻辑 甚
差 万 别 了 随 着企 业 的 发展 ． 了提 高企 业 生 产 现场 情 况 的信 为 息 集 成 程 度 和决 策 的 准 确性 ．需 要 将 全 方 位 的设 备 进 行有 效
合 理 的 网 络 集成 异 构 的通 信 协 议 恰恰 给 制造 设 备 的 网 络集 成 以及 制 造 过 程 的监 控 带来 了很 大 的 困 难 在 开发 监 控 系统 的 服务 器前 ． 必须 一 次性 考 虑 所有 设 备 的 通信 接 口 。 与之 相适 应 的监 控 系统 ． 有 一定 的静 态 性 、 闭性 ． 具 封 系统 难 以升 级 。
、
引 言
在我国 ． 由于 工 厂 规 模 的 发展 、 备 购置 时期 的不 同 、 设 以 及 企 业对 自动 化 程度 的不 同 ． 致 在 企 业 内部 所 使 用 的 设备 、 导
“工控软件互操作规范OPC技术”讨论——第3讲 OPC规范简介(二)
２ 编程 计算
在 用 热 电偶 作 为测 温 仪 表 、 有 Ｃ Ｕ， 具 有 编 程 装 Ｐ 且 计 算 能 力 的 设 备 或 计 算 机 中 ， 其 在 工 业 测 量 和 控 制 尤 场 合 ， 常会 遇 到 实 时 测 得 热 电 偶 的 热 电 势 要 换 算 成 经 温 度 值 或 由温 度 值 换 算 为 毫 伏 值 的 问 题 ， 之 热 电 偶 加
第 一作 者 刘彦 文 ， １５ 生 ，９８ 毕 业 于清 华 大 学 ， 男，９０年 １７ 年 教授 ； 事 从
硬件 和 工 业 自动化 教 学和 研 究工作 。
“ 控 软 件 互 操 作 规 范 Ｏ Ｃ技 术 ” 座 工 Ｐ 讲
第 ３讲 ＯＰ Ｃ规 范 简 介 （ ） 二
差 擅 李 煮 邓 束 寒 凌 主浩
通 用 热 电 偶 分 度 表 手 册 ． 京 ： 国 计 量 出版 社 ，９４ 北 中 １９
２ 国 家 技 术 监 督 局 计 量 司 编 ．９０国 际 温 标 宣 贯 手 册 ． 京 ： 国 １９ 北 中
计 量 出 版 社 ．９ ０ １９
３ 谢面 向 对 象 的 程 序 设 计 ． 科 院 希 望 高 级 中
维普资讯
“ 工控软件互 操作规范 Ｏ Ｃ技术” Ｐ 讲座
１ ．３ ｍ ） １６ ０３ ２ Ｖ ；０４～ １６ ．℃ （ 应 热 电 势 为 １ ．３ ６ ４５ 对 ０３２～ １ ．３ ｍ ） １６ ． ～１６ ．℃ （ 应 热 电 势 为 １ ． ６ ７５６ Ｖ ；６４ ５ ７ ８ １ 对 ７５ ～ ３ １ ．９ ｍ ） ８６ ３ ￣ 。 １２ ３ Ｓ 热 电偶 逆 函 数 在 不 同 温 区的 系 数 ．． 型
OPC重点知识总结
1、OPC的基本原理定义:OPC是用于过程控制的OLE(OLE for Process Control)的首字母缩写词，在今天已经理所然地被自动化组件的制造商逐步发展成一个事实上的新技术标准。
而所谓OLE(Object linking and embedding)含义是对象链接及嵌入，用于过程控制。
OPC 是以 OLE/COM 机制作为应用程序的通讯标准。
OLE/COM 是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。
OPC 规范定义了一个工业标准接口，这个标准使得 COM 技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。
COM技术简述：*所谓COM并不是一种计算机语言，与运行的机器、机器的操作系统(只要支持COM)以及软件开发语言均无关，是任意的两个软件组件之间都可以相互通信的二进制和网络的标准。
*COM服务器是根据COM客户的要求提供COM的服务的执行可能的程序，可以作为Win32服务器上可执行的文件发布。
*COM客户程序和COM服务器可以用完全不同的语言开发。
这样使利用C++，Visual Basic，以及Excel中作为宏使用的应用程序的Visual Basic等不同语言所开发的程序可以相互连接。
*COM组件可以以二进制的形式发布给用户。
*与过去DLL(动态链数据库)的版本管理非常困难的问题相比，COM技术可以提供不同版本的COM服务器和COM客户程序之间的最大的兼容性。
*作为COM技术扩展的分布式COM(Distributed Component Object Model，DCOM)技术，更可以使COM组件分布在不同的计算机上，并通过网络互相连接并互相交换数据。
所以对于COM客户程序来说，同样像连接本地计算机上的COM服务器一样，去连接远程计算机上的COM服务器，当然通信的速度不太一样，但是重要的是不必对服务器程序进行修正就可以在网络上自由构成利用COM和DCOM(分布式COM)达成的组件的互相连接。
COM技术及OPC技术
❖
❖
virtual HRESULT STDMETHODCALLTYPE Cancel(
❖
/* [in] */ DWORD dwTransactionID) = 0;
❖
❖
};
OPC与COM间关系
❖ OPC（OLE for process control）是建立在微软 公司OLE/COM技术基础上。
❖ COM技术的出现为简单地实现控制设备和控制管 理系统之间的数据交换提供了技术基础。但如果 不提供一个工业标准化的COM接口，各个控制设 备厂家开发的COM组件之间的相互连接仍然是不 可能的。
❖ // 像上面一样创建COM对象，然后， ❖ if ( SUCCEEDED ( hr ) ) ❖{ ❖ //通知COM对象不再使用它 ❖ m_IOPCServer ->Release(); ❖} ❖ 应用程序对COM库进行初始化之后，可以调用COM库提供的各种服务，
在调用过程中必然要消耗COM库管理的资源。因此，COM程序在完成 COM库服务之后，通常在程序退出之前，终止COM库服务函数，以便 释放COM库所维护的资源。COM库的终止函数为： ❖ void CoUninitialize(void); ❖ 凡是调用CoInitialize函数返回S_OK的进程或者程序模块，都一定要调 用对应的CoUninitialize函数以保证COM库资源的有效利用。
接口的定义、结构与分类
❖ COM对于接口的定义和接口的实现作了严格的区分。通过 下面的IUnknown接口可以知道，在接口中只有接口方法的 描述，而没有实现。
❖ COM接口的名字以字母I打头。其中IUnknown接口最重要， 因为所有其它接口都是从IUnknown接口直接或间接继承而 来的。
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-UA规范
1。
OPC UA规范组成OPC统一体系架构规范由十一部分组成.各部分规范概要介绍如下：第一部分——概念这部分规范描述了关于OPC UA 服务器和客户端的基本概念。
第二部分——安全模型这部分规范描述了用于OPC UA客户端和OPC UA服务器之间安全交互的模型。
第三部分——地址空间模型这部分规范描述了服务器地址空间的内容和结构。
第四部分——服务这部分规范指定了OPC UA服务器提供的所有服务。
第五部分—-信息模型详细说明了为OPC UA服务器定义的标准数据类型和它们之间的关系。
第六部分——映射这部分规范详细说明了OPC UA支持的传输映射和数据编码机制。
第七部分——协议这部分规范详细说明了可用于OPC客户端和服务器的协议。
这些协议提供了可用于一致性标准的服务和功能。
服务器和客户端可依靠这些协议来进行测试。
第八部分-—数据访问详细说明了如何使用OPC UA进行数据访问。
第九部分——报警与事件详细说明了使用OPC UA对报警与条件通道的支持。
基本的系统包括对简单事件的支持；这部分规范拓展了对报警与事件的支持.第十部分——程序详细说明了OPC UA对程序访问的支持.第十一部分-—历史数据访问详细说明了使用OPC UA对历史信息的访问。
访问包括对历史数据和历史事件的访问。
2。
OPC UA规范总貌2。
1 介绍OPC统一体系结构是一个不依赖任何平台的标准,借助此标准各种各样的系统和设备能在不同的网络中以C/S的模式进行通信。
OPC统一体系结构通过确认客户端和服务器的身份和自动抵御攻击来支持稳定的、安全的通信。
OPC UA定义了一系列服务器所能提供的服务，特定的服务器需要向客户端详细说明它们所支持的服务。
信息通过使用标准的和宿主程序定义的数据类型进行表达。
服务器定义客户端可识别的对象模型。
服务器可以提供查看实时数据和历史数据的接口,并且由报警和事件组件来通知客户端重要的变量或事件变化。
OPC UA可以被映射到一种通信协议上并且数据可以以不同的形式进行编码来达到传输便捷和高效的目的。
1系统集成-OPC技术1
Honeywell PHD
Triconex OPC 服务器 Modbus OPC 服务器 Excel OPC 服务器
Wonderware InTouch
Bentley Nevada DM2000
Microsoft Excel
以太网
所有OPC 服务器和其它软件 都可装于一台PC机进行操作
OPC数据对象访问模型
名称 对象名
说明
OPC服务器
OPCServer
必须生成opcserver。其自动包含一个opc组集合 以及opc浏览器对象
OPC组集合 OPCGroups OPC服务器中添加的所有OPC组的集合
OPC组
OPCGroup
OPC组对象是用于组的状态管理以及利用项集 合为单位的数据访问。
Honeywell PHD
Triconex OPC 服务器 Modbus OPC 服务器 Excel OPC 服务器
Wonderware InTouch
Bentley Nevada DM2000
Microsoft Excel
以太网
3 Triconex Tricon 3 Bentley Nevada
4 Triconex Tricon
通用集成模式
基于OPC技术的组件化集成模式
OPC基础知识
产品 X
所有数据分析工具必须都 来自该供应商
无线通讯
串口通讯
Scale
UNIX
以太网 Windows
数据库
RTU
DCS
PLC
分析仪
OPC基础知识 统一的技术平台
Scale
无线通讯 UNIXห้องสมุดไป่ตู้
以太网
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v 持续更新 v 数据队列
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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v 可利用 Internet OPC Seminars
Shenzhen, May 2004
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OPC的优点
v ActiveX/COM技术定义各种不同的软件 部件如何交互使用和分享数据。
v DCOM技术定义了MS Windows分布式 环境下软件部件如何交互使用和分享数 据。
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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v 基于COM技术 v 灵活-支持多类应用程序 v 高效与可扩展性-支持大型应用程序 v 高性能-支持网络操作 v 易于理解 v 被广泛接受
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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议程
v OPC技术特点 v OPC规范
OPC DA - 数据访问 OPC AE - 报警与事件 OPC DX - 数据交换 OPC XML 与 .NET技术 OPC CD - 复杂数据
v OPC 规范的发展及其关系 v OPC 兼容性测试
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
ＯＰＣ技术规范
郭文哲
OPC 中国促进委员会
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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开放性 ：为编程和服务器提供了一个开放的界面模式
产业性 ：有OPC标准前 :
保守的数据交换
花费高 低效率 有风险
互联性 ：
应 用 X ...
应用 Y
有OPC标准后 ：
客户机及服务器有了相应连接标准 节省了费用 降低了投资风险 有了更多的选择 提高产量力
显示应用
OPC
趋势应用
OPC
PLC
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v 任何客户机都可以与服务器连接
`即插即用`的互操作性是其目标
v 集合最优秀的 C API功能 v 该标准已被公开，并出版 v OPC基金会是管理此工业标准的组织 v 灵活性 – 接纳所有类型的客户机及服务器 v 高效性 – 优化快速传输数据 v 可以支持所有编程语言
C, C++, VB, Java, HTML, DHTML
OPC DA 3.0 更新
v 增加新的接口 IOPCBrowse IOPCItemDeadbandMgt IOPCItemSamplingMgt IOPCItemIO IOPCServer2
应用软件
X
Y
... 应用软件 X OPC 界面
应用软件 Y
OPC 界面
服务器 A
服务器 B
服务器 C
OPC 服务器 OPC 服务器 OPC 服务器
A
B
C
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DCS
CONTROLLER
PLC
DCS
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CONTROLLER
OPC的技术基础 (1)
v 基于微软的OLE (现在的ActiveX)、 COM (部件对象模型)和DCOM (分布式 部件对象模型)等技术。
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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OPC 基本结构
Server （服务器）
OPC DA 的应用架构
v 每个OPC DA服务器是一个独立的对象
v OPC DA服务器提供了到现场数据源的 一个“窗口”
v 数据通过对应的Tag访问 (Tag的定义由 生产商和硬件有关)
v 数据可以周期性轮询或单次读写
OPC DA 客户端
OPC DA 服务器
现场SCADA, DCS, PLC或其他数据源 FIC101, FIC102...
I/O
I/O
I/O
OPC DA
Fieldbus Foundation 系统 HSE H1
I/O
OPC DA
PLC & DCS
I/O
系统
I/O
I/O
I/O
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
I/O
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OPC DA能提供那类数据？
v 传感器的实时数据，如温度、压力和流量 v 控制参数，如打开、关闭、运行和停止 v 状态信息
硬件连接状态 软件和子系统的状态
v 总之，OPC DA可以提供任何类型数据
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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v DA - Data Access 3.0 v AE - Alarm and Events 1.1 v Batch - Batch Data Access 2.0 v HDA - Historical Data Access 1.2 v DX - Data eXchange 1.0 v XML DA - XML Data Access 1.0 v CD – Complex Data 1.0
OPC DA的适用领域
OPC (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
数据监视 子系统
OPC
设备专用的 I/O 控制
底层传感器往往 使用专用接口和协议
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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Group （组） Item（项）
Item（项） Group （组）
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OPC DA(数据访问)的特性
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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典型的OPC Server设计
OPC的技术基础 (2)
v XML和Web Service。 支持所有平 台分布式环境 下软件部件交 互使用和分享 数据。
OPC Seminars Shenzhen, May 2004
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OPC逻辑对象模型
OPC/COM Interfaces
OPCServer
OPCGroOupPCGroOupPCGroup(s)
OOPOPCPCItCIetIemtem(ms()s()s)