1、 OPC 技术及其应用方向发表时间:2003-5-27作者:杨庆柏 王存旭摘要:自动化技术的发展可以说是日新月异,品种之多,发展之快,令人目不暇接。OPC过程控制软件的标准接口,就是最近出现的又一种自动化新技术。1 OPC 技术的产生随着微电子、计算机、通信和网络等技术的发展,智能仪表越来越多地出现在工业生产现场,它们提供了以前无法得到的大量信息。这些信息不仅包括现场的温度、压力、物位、流量等被测参数,也包括了装置本身的工作状况和组态参数。与此同时,现场总线技术得到了迅速发展,它通过标准化的数字通信链路将现场智能仪表与远程监控计算机连接起来,实现了数据传输与信息共享,形成了全新的分布式控制系统
2、。当大量现场信息由智能仪表直接进入监控计算机或通过现场总线传至监控计算机后,存在着计算机内部应用程序对现场信息的共享与交互问题。由于工业控制软件缺乏统一的工业标准,使不同厂家的软件之间通信非常困难。图 1 显示了装在客户机上的两个应用软件与三个现场设备的通信情况。客户机的应用程序 X 为了能与现场设备 A、B 和 C 通信,必须开发出三个现场设备的驱动程序。同样,另一客户机的应用程序 Y 为了能与现场设备 A、B 和 C 通信,也必须开发出三个现场设备的驱动程序。当现场设备升级时,应用程序 X、Y 的驱动程序必须要作相应的修改。特别是当应用程序 X、Y 同时访问现场设备 A 时,往往会由于相互
3、之间的不协调或不兼容而造成系统的瘫痪(或死机) ,严重影响了整个系统的安全运行。如果现场设备 A、B 、C 驱动程序(或称服务器)由硬件设备制造厂开发,那么,现场设备制造厂必须针对应用程序 X、Y 开发相应的驱动程序。但是,目前市场上的应用程序多达数百种,如果现场设备制造厂一一进行开发,其成本将十分高昂。因此,尽快建立一种软件之间的开放式通信标准,已经成为了自动化技术领域里的当务之急。正是在这种情况下,产生了 OPC 技术。2 OPC 技术的涵义OPC 是 OLE for process control 的缩写,意思是把 OLE 技术应用到工业控制领域;OLE 是 Object Linking
4、 and Embedding 的缩写,意思是对象的链接与嵌入。例如,OLE 允许用户将 Excel 电子表格内嵌入 Word 文档,电子表格中的数据变化将直接反应到 Word 文档内。OPC 是世界上领先的自动化公司、软硬件供应商与微软公司合作开发的一套工业标准,是全开放控制系统的核心部件;是专为现场设备、自动控制系统和企业管理系统应用软件之间实现无缝集成而设计的接口规范,是不同厂家生产的现场设备之间连接的桥梁。OPC 技术的出现使得所有的通信连接问题变得简单、轻巧,更易于使用,它提供了一种软件的总线形式,如图 2所示。所有提供了 OPC 服务器的现场设备都能通过全世界一致标准的 OPC 接口
5、共享数据。现场设备中 OPC 服务器的功能类似于 IO 驱动程序(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,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”,并使所需要开发的驱动程序大大减少,因而为用户带来了低廉的价格。OPC 提供了一种使系统以标准的方式从数据源获取数据并传输给客户应用程序的机制,现场设备生产商只需要开发一套遵循 OPC 规范的服务器,由服务器与数据源进行通信,获取现场数据,客户应用程序通过服务器访问现场设备。3 OPC 技
6、术的效益31 硬件驱动程序开发单一化OPC 技术把硬件和应用软件有效地分离开,硬件厂商只需要提供一套软件组件,所有 OPC 客户程序都可以使用这些组件而无须单独开发驱动程序。一旦硬件升级,只须修改 OPC 服务器 IO 接口部分,无须改动客户程序。因此,OPC 技术使设备驱动程序开发的单一化成为可能。32 应用软件接口统一化对于工业控制软件公司来说,使用通用的开发工具,开发出一套 OPC 接口,就可以采用统一的方式对不同硬件厂商的设备进行存取操作。这样,软硬件厂商可以专注于各自的核心部分,而不是兼容问题。33 用户设备选型自主化对于最终用户而言,可以选用各种各样的商业软件包,使得系统构成的成本
7、大为降低,同时也更加容易地实现由不同供应商提供的设备所混合构成的工业控制系统。由于无须担心互操作性,在选择和更换软硬件时有了更多的余地,不再局限于从单一的厂商购买成套系统,用户可以将重点放在整个控制系统的功能和应用上。34 控制系统实现组态化采用 OPC 技术便于控制系统实现组态化,将系统复杂性大大简化,可以大大缩短软件开发周期,提高软件运行的可靠性和稳定性,便于系统的升级与维护。4 OPC 技术的应用方向41 用于多种现场总线间的数据共享国际电工委员会(1EC)历时 12 年,于 2000 年 1 月才公布了 IEC61158 现场总线全部技术标准,由于妥协于各方面的既得利益,并没有实现完全
8、统一国际标准的初衷。在此标准中容纳了 8 种互不兼容的通信协议,它们是FFHl、Profibus、ControlNet、PNet、FFHSE、Swiff Net、WorldFIP、Interbus。正是这多种现场总线并存的局面,使得系统的集成和不同控制网段之间的数据交换面临许多困难。应用 OPC 技术可以实现不同现场总线设备之间的数据通信。现场设备 A、B、C 的服务器分别代表 FF 总线设备供应商提供的 OPC 服务器、Profibus 总线设备供应商提供的 OPC 服务器和其他总线设备供应商提供的 OPC 服务器,同样,应用程序(客户机)需要读写的数据也符合 OPC 规范。例如,通过 OP
9、C 服务器从 FF 设备(设备 A)读取到数据 a,然后可以通过 OPC 服务器写到 Profibus 设备(设备 B)上,实现了异构总线设备之间的数据交换。这就相当于 DDZ-III 型仪表中的变送器、调节器、执行器等均按 420mA 或 15V 的标准制作,这样不但不受其制造厂商的约束而任意组合配置,而且还可以即插即用。对客户而言,它只须通过 OPC 接口与服务器交换数据,而不须关注其数据传输细节;对现场设备制造商而言,它所制造的现场设备的信息用户有了规范可依,也就不需要单独制订适合不同应用的驱动程序了。4.2 用于 DCS、 PLC、FCS 系统的集成长期以来,人们一直把 DCS(分散控
10、制系统)与 PLC(可编程序控制器)相区别。事实上,两者均是可编程序控制器,只是 PLC 偏重处理开关量,进行的是逻辑运算;而 DCS 偏重处理模拟量,进行的是 PID 等控制运算。FCS( 现场总线控制系统)是以现场总线为纽带将各个现场设备 (仪表)连接起来、再通过总线接口与控制室内的计算机连接起来而形成的控制系统。目前,在工厂(比如火电厂 )采用的控制系统产品是不相同的,即使是同一工厂 (火电厂)采用的控制系统产品也是不相同的。有的是 DCS,有的是 PLC,还有的是 FCS,这给工厂( 火电厂)实现管控一体化或企业信息化造成很大困难。当采用 OPC 技术以后,就可以把这些不同的控制系统无
11、缝地集成起来。因此,OPC 技术对工厂(火电厂)的信息化建设有着重要的意义。5 结束语OPC 技术的出现,不但给工业控制软硬件的发展带来巨大的影响,而且也会给自动化仪表的开发带来新的机遇。国内外许多工业控制系统的软硬件开发供应商,都非常重视采用 OPC 技术提升自己产品的性能。不少用户在现场设备(仪表)与系统选型中,也把是否具有 OPC 接口作为一项重要的性能指标。如辽宁铁岭发电厂在最近实施的 300MW 机组DCS 一体化改造中,就选用了具有 OPC 数据接口的 Ovation 系统。由此可见,OPC 技术的发展将十分迅速,它的强大信息沟通技术,必然在工业生产过程控制系统领域中得到广泛应用。F-2003-1 关闭本页