1、 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 I 页冷轧清洗线控制系统设计 用 C+和 OPC 设计二级控制系统摘 要传统工控系统的驱动和与其连接的应用程序之间的接口没有统一的标准,为了实现不同的硬件和软件所构成的计算机之间的数据交换和传输,必须开发各自的通讯程序。 这样一来, 导致了开发成本高、重复性劳动、驱动程序不一致和存在访问冲突等问题 , 很难适应当今工控系统的开放性要求。OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的 OLE）技术的出现提供了解决方法。OPC 使不同供应厂商的设备和应用程序之间可以相互间数据交换,把硬件供应商和软件开发商分离开来,在设备和数据库等数
2、据源和客户之间架起一座桥梁。 OPC 是过程控制工业中的新兴标准，基于 Microsoft 的 COM/DCOM 技术，它包括一整套用于过程控制自动化接口和方法的标准集。本文介绍了 OPC 技术产生的背景，以及它的主要特点与发展状况，并剖析了其核心 COM/DCOM 技术。然后重点介绍了 OPC 数据访问规范及访问方法，OPC 服务器对象和客户端对象接口及 OPC 客户端与服务器的通信。最后介绍 OPC 技术在冷轧清洗线中的应用，OPC 服务器与现场设备和客户端的连接。关键词：OPC，组件对象模型，客户端鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 II 页Cold Rolling Cleaning
3、 Line Control System DesignDesign Second Level Control System with C+ and OPCAbstractThere is no universal standard between the driver of traditional industry control system and application program. In order to realize the data exchange and the transmission among the computers with different hardwar
4、e and software, people must develop respective communication program. As the matter stands, there exist many problems including the high development cost, the duplicated work, inconsistent driver program and visit conflict and so on .It is very difficult to meet the open needs of current the industr
5、y control system. OPC (OLE for Process Control, used in process control OLE) techniques appearance provide the solution. OPC makes the different supply merchant of equipment and the application program exchange data mutually and separate the hardware supplier from the software developer, which puts
6、up a bridge between customers and data resource such as equipment and database etc.OPC is an emerging standard in the process control industry, based on Microsoft COM and DCOM technology. It includes the whole standard collection with interface and method used in the process control automation. This
7、 paper introduces the background of OPC technology, as well as its main characteristic and the development condition, and analyzes its core COM and DCOM technology. Then it introduces the OPC data access standard and access method with emphasis, the interface and the communication between OPC server
8、 object and client object. In the end, it introduces the application of OPC technology in the cold rolling cleaning line， the connection in the cold rolling cleaning line between OPC server and the field device and that between OPC server and the client side.Keywords: OPC, COM, client side 鞍山科技大学本科生
9、毕业设计（论文） 第 III 页目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪 论.11.1 研究背景.11.2 OPC 的基础知识 .11.2.1 OPC 产生的背景 .11.2.2 OPC 的历史 .31.2.3 OPC 的现状和发展 .42 OPC 技术的基础 COM 技术 .62.1 COM 技术简介 .62.1.1 COM 概念 .62.1.2 COM 对象 .62.2 COM 接口 IUnknown 接口 .62.3 COM 扩展 分布式 COM（DCOM ） .73 OPC 技术介绍 .83.1 基于 COM 技术的 OPC.83.2 OPC 数据访问规范 .93.3 OPC
10、数据访问服务器的对象 .93.4 OPC 数据访问方法 .113.5 OPC 服务器对象及其组对象接口 .133.5.1 OPC 服务器接口 .133.5.2 OPC 组对象接口 .153.6 OPC 客户端及其接口 .183.6.1 OPC 客户端概述 .183.6.2 OPC 客户端的数据来源 .183.6.3 OPC 客户端接口 .184 OPC 技术在冷轧清洗线中的应用 .204.1 工程背景及工艺.20鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 IV 页4.1.1 工程背景.204.1.2 工程工艺.204.2 OPC 服务器与现场设备的连接 .214.3 OPC 服务器与客户端的连接
11、.224.4 OPC 服务器客户端程序的主线程 .26总 结.28致 谢.29参考文献.30附 录 A （OPC the standard for real time communication） .31附 录 B （OPC 实时通信标准） .35附 录 C.38附 录 D.47附 录 E .55鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页冷轧清洗线控制系统设计 用 C+和 OPC 设计二级控制系统1 绪 论1.1 研究背景现在，工业自动化系统的应用已经非常普及，DCS（Distributed Control System，集散控制系统）得到了广泛应用，现场总线技术正在逐步完善、成熟起来。但
12、是目前工业自动化系统绝大多数是封闭的系统，缺乏统一、标准的开放式接口。不同厂家的产品如果要集成在一起，必须为它们开发专用的接口。随着工业自动化系统功能要求越来越复杂，完全用一个厂家的产品来构成整个系统是很困难的。不同厂家的产品之间接口的复杂性限制了用户的选择，不能根据系统的要求选择最佳的系统集成方案。同时，软件在自动化领域内使用的重要性与日俱增。无论项目是否涉及到操作、可视化、数据存档或控制，向纯粹的、基于 PC 的软件解决方案的发展趋势是不可阻挡的。这些软件解决方案不再是开发单个的模块，而是由专用的软件组件组成。采用可重复使用的软件组件以及利用这些软件组件所具有的柔性构成整个系统，成为发展的
13、必然趋势，因而通信接口不兼容的问题急需解决。OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的 OLE）技术的出现提供了解决方法。当现场设备、应用软件都具备标准的OPC 接口时，便可集成来自不同数据源的数据，使运行在不用平台上、用不同语言编写的各种应用软件顺利集成。1.2 OPC 的基础知识1.2.1 OPC 产生的背景传统的 SCADA(监控与数据采集系统)开发中出现的一个主要问题是软件的重复开发，软件不能够重用，资源不能共享，造成大量人力与物力资源的浪费。随着计算机软件的发展，这种情况有所改观，高级语言中库函数的采用，实现了一定程度上资源的共享，尤其是面向对象的方法的应
14、用，使得我们可以利用面向对象的继承等方法大量重用源代码。但这些重用只是对源代码级的重用而不是对可执行文件级的重用，对鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页每一类库都要重新编译，所以并没有真正实现资源共享，并且对某个模块中某个类库的修改将“触一发而动全身”，引起所有引用该类库的模块的修改，因此非常难以实现某个模块的升级。同时，为一种语言开发的类库以及函数库都不能够为其他语言所用，也大大限制了软件的重用。一般实时监控系统为分布式的结构，实现了人机接口、通信、数据处理等功能在网络上的分布，同时将一个系统划分为各个子系统，降低了系统的复杂程度，改善了系统性能，便于整个系统的开发，减少了开发周期
15、与维护费用。但由于系统各个计算机的通信协议依赖于某个厂家，没有形成统一的标准，不同厂家之间的软件与硬件的集成难于实现。因此也没有真正实现不同厂家的软件共享。从更广泛的意义上看，新的过程控制信息体系的各层都有着各自的要求，他们都要求信息的一致性。现场控制层：智能现场设备的出现，可以提供过去不能提供的大量丰富的有关此现场设备的信息。所有这些信息必须以一致的方式提供给客户应用程序。过程管理层：DCS（集散控制系统）和 SCADA 必须以统一的方式为操作员和工程师等决策者提供数据。经营决策层：对生产过程信息的综合，有助于企业最优生产，节省财政开支。而向客户应用程序以统一的方式提供信息，可最小化企业在信
16、息综合上的精力。为了有效地完成信息集成，关键是制订一种集中于数据访问而不是数据类型的开放的、有效的通信标准。定义 OPC 的目的就是为应用程序访问工厂前台提供共同的方法，允许兼容的应用程序无缝的访问生产环境中的数据。在传统的控制系统中，智能设备之间及智能设备与控制系统软件之间的信息共享是通过驱动程序来实现的。任何一种 HMI（Human Machine Interface，人机接口）等上位监控软件或其它应用软件（如趋势图软件、数据报表与分析等）在使用某种硬件设备时都需要开发专用的驱动程序，如图1.1所示 1。鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页图1.1 传统控制系统结构为了解决上述问
17、题，硬件制造商们一直试图开发出一种可以被任何客户使用的超级“I /O 驱动 ”程序。但是由于客户协议的不一致，这项工作至今没有取得成功，OPC 和现场总线标准的制定正好为上述问题的解决开辟了新的道路。采用 OPC 标准后，针对硬件的驱动程序不再由软件开发商开发，而是由硬件开发商根据硬件的特征提供统一的 OPC 接口程序。由于硬件开发商对自己的硬件特征了如指掌，从而能够最大限度地挖掘硬件的潜力，提高驱动程序的性能。基于 OPC 标准的数据访问方式如图1.2所示。采用 OPC 标准后，由硬件开发商提供统一的 OPC 接口程序，从而避免了开发重复性，使开发费用大大降低。OPC 规范采用客户/服务器模
18、型，其实质是在硬件供应商和软件供应商之间建立一套 “游戏规则”，只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的。硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。这样可以灵活而有效地在应用和过程控制设备之间读写数据。鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页图1.2 采用 OPC 后控制系统结构1.2.2 OPC 的历史OPC (OLE for Process Control用于过程控制的 OLE)是一个工业标准，它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司与微软公司合作的结晶。这个标准定义了应用Microsoft 操作系统在基于 PC 的客户机之间交换自
19、动化实时数据的方法。管理该标准的组织是 OPC 基金会。该基金会的会员单位在世界范围内超过220个，包括了世界上几乎全部的控制系统、仪器仪表和过程控制系统的主要供应商。OPC 基金会的先驱(由 Fisher-Rosemount、Rockwell 软件公司、Opto 22、Intellution 和 IntuitiveTechnology 公司组成的“特别工作组”)在经过一年工作后，开发出一个基本的、可运行的 OPC 规范。随着1997年2月 Microsoft 公司推出 Windows95支持的 DCOM 技术，1997年9月新成立的 OPC Foundation 对 OPC 规范进行修改，增
20、加了数据访问等一些标准， OPC 规范得到了进一步的完善。OPC 是基于 Microsoft 公司的DistributedinterNetApplication(DNA)构架和 Component Object Model(COM)技术的，根据易于扩展性而设计的。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。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 规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客
21、户的透明性，使得用户完全从底层的开发中脱鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页离出来 2。OPC 技术是 OPC 基金会组织制定的工业控制软件互操作性规范，也是微软为了把WINDOWS 应用于控制系统和控制界共同推出的一项技术。它以微软的 COM/DCOM(组件对象模型和分布式组件对象模型)技术为基础，为工业控制软件定义了一套标准的对象、接口和属性，通过这些对象接口，应用软件之间能够无缝地集成在一起，实现了应用程序之间数据交换方式的标准化，极大的提高了自动化系统，现场设备系统，商业办公系统之间的互操作性。OPC 接口既可以用于应用程序的最低级，即通过该接口将现场实时数据采集到DCS 或
22、 SCADA 中来，又可用于应用程序的中级环节，即通过该接口将数据从 DCS或 SCADA 系统采集到上位机应用程序中来，还可将 OPC 应用于网络计算机来采集数据，设计一个 OPC 服务器，允许客户应用程序从该服务器或网上运行 OPC 服务器的其它节点计算机上采集数据。总之，OPC 应用不应该局限于应用程序与现场设备的接口，应该认为它是一种 Windows 应用程序相互交换数据的通用规范。1.2.3 OPC 的现状和发展OPC 技术的发展，源于 OPC 基金会及其300多家公司成员的共同努力。世界领先的工业自动化软硬件厂商，作为 OPC 基金会的成员，为 OPC 技术的发展做出着重要的贡献。
23、目前现存的和正在开发的 OPC 标准如表1.1所示。表1.1 OPC 标准标准 最新版本 内容OPC Data AccessOPC Alarms & Events3.001.10数据访问标准报警和事件标准OPC Batch 2.00 批处理标准OPC Data Exchange 1.00 服务器间数据交换标准OPC Historical Data Access 1.20 历史数据访问标准鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页OPC SecurityOPC XML-DA1.001.01安全性标准XML 数据访问标准OPC Commands 1.00 命令标准OPC Complex Data 1.00 复杂数据访问标准
