3 OPC的應用模式及意義
現(xiàn)在OPC技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)超出了原來取代驅(qū)動程序的初衷，而成為微軟公司的制造業(yè)分布式網(wǎng)間應用程序體系結(jié)構(gòu)(DNA-M, Distributed internet Application Architecture for Manufacturing)的核心，如圖3所示。

圖3 微軟的DNA-M體系

在這個體系結(jié)構(gòu)中，作為核心的OPC就相當于一塊軟件“主板”，它能夠直接連接現(xiàn)場的PLC、工業(yè)控制網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)采集和WindowsCE設(shè)備，通過快速有效的方式從現(xiàn)場獲取實時數(shù)據(jù)。PC機內(nèi)的各種監(jiān)視應用、控制應用、管理應用等則像是插在OPC主板上的軟件“芯片”，這些芯片之間按照OPC協(xié)議進行通信，它們可以通過OPC獲取現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，也可以通過OPC彼此交換信息。所以O(shè)PC為企業(yè)內(nèi)部的信息交換提供了一個開放平臺。任何應用軟件只要能夠支持OPC接口就可以插入這塊OPC主板，就像是將芯片插入到計算機主板中一樣，只要芯片的管腳和協(xié)議遵從主板的要求，它就可以即插即用。
綜合而言，采用OPC技術(shù)的意義在于:
(1) 計算機硬件廠家只需要編寫一套驅(qū)動程序、提供一套符合OPC Serve規(guī)范的程序組就可以滿足不同用戶的需要;
(2) 對于一個應用程序，開發(fā)者只需要編寫一個驅(qū)動接口,設(shè)備便可以連接不同的設(shè)備，軟件開發(fā)商無需為硬件特性的修改或增加而重寫驅(qū)動程序;
(3) 用戶在開發(fā)集成制造系統(tǒng)時有了更多的軟件和設(shè)備選擇余地。
在現(xiàn)場總線應用方面，OPC技術(shù)作為實現(xiàn)控制系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備層與過程監(jiān)控層進行信息交互，是實現(xiàn)控制系統(tǒng)開放性的關(guān)鍵技術(shù)，其應用模式如圖4所示。

圖4 OPC在現(xiàn)場總線下的應用模式

有了OPC作為通用接口就可以把現(xiàn)場信號與SCADA上位監(jiān)控軟件、HMI人機界面軟件方便地鏈接起來，還可以把它們與PC機的某些通用開發(fā)平臺和應用軟件平臺鏈接起來，如:VB、VC、C++、Excel、Access等。這幾部分的信號傳遞關(guān)系如圖5所示。

圖5 OPC方式的連接示例

OPC開發(fā)的目的是為了給工業(yè)控制系統(tǒng)應用程序之間的通訊建立一個接口標準，在工業(yè)控制設(shè)備與控制軟件之間建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取規(guī)范，這個接口規(guī)范不但能夠應用于單臺計算機內(nèi)部，而且可以支持網(wǎng)絡上分布式應用程序之間通訊，以及不同平臺上應用程序間的通訊。OPC的基礎(chǔ)-微軟的OLE/COM及DCOM技術(shù)完全支持上述分布式應用和異構(gòu)環(huán)境下應用的無縫集成。OPC服務器在企業(yè)信息系統(tǒng)中的作用表現(xiàn)為，OPC服務器在底層控制系統(tǒng)中采用統(tǒng)一標準，實現(xiàn)了應用程序與現(xiàn)場設(shè)備的有效連接，發(fā)揮了橋梁作用，促進了企業(yè)現(xiàn)場控制層和過程監(jiān)控層、生產(chǎn)管理層以及經(jīng)營決策層的集成。OPC服務器在企業(yè)信息系統(tǒng)內(nèi)的作用如圖6所示。

圖6 OPC服務器在企業(yè)信息系統(tǒng)中的作用

4 OPC的技術(shù)本質(zhì)-COM/DCOM技術(shù)
隨著計算機軟件科學的發(fā)展，應用系統(tǒng)功能日趨復雜，程序愈加龐大，軟件開發(fā)的難度也更大。為此，需要將應用程序化分為多個功能獨立的模塊，由各模塊協(xié)同完成實際的任務。這些模塊被稱為組件，它們可以被進行單獨設(shè)計、編輯和調(diào)試，因此具有開放性、易升性、易維護等優(yōu)點。
COM(Component Object Model)—組件對象模型，是由微軟公司提出的編程模型，其設(shè)計目的是提高軟件組態(tài)之間的互操作性并提高代碼的可復用能力。COM標準包括規(guī)范和實現(xiàn)兩大部分，規(guī)范部分定義了組件之間通信的機制，這些規(guī)范不依賴于任何特定的語言和操作系統(tǒng)，具有語言無關(guān)性;COM標準的實現(xiàn)部分是COM庫，COM庫為COM規(guī)范的具體實現(xiàn)提供了一些核心服務。由于COM以客戶/服務器模型為基礎(chǔ)，因此具有良好的穩(wěn)定性和很強的擴展能力。在COM模型中，軟件的功能被分解為一些組件，這些組件通過COM協(xié)議在一定條件下連接起來，實現(xiàn)相應的功能。一般來說，COM對象可分為客戶端和服務器兩類，客戶端通過COM接口實現(xiàn)對服務器的訪問。
DCOM(Distributed Component Object Model)—分布式組件對象模型是建立在COM之上的一種規(guī)范和服務，提供了一種使COM組件加入網(wǎng)絡環(huán)境的透明網(wǎng)絡協(xié)議，實現(xiàn)了在分布式計算環(huán)境下不同進程之間的通信與協(xié)作。
客戶程序和COM組件程序進行交互的實體是COM對象。COM對象類似C++中的對象的概念，它是某個類(class)的一個實例，包括一組邏輯相關(guān)函數(shù)的集合。客戶程序必須通過接口才能獲得COM對象的服務。
基于上述技術(shù)，OPC技術(shù)具有如下特點:
(1) 客戶/服務器結(jié)構(gòu)，端組件之間的通信由COM/DCOM提供底層支持，使底層的通信過程對客戶端和服務器透明;
(2) 標準的訪問接口，接口標準由OPC基金會提供;
(3) 高速可靠的數(shù)據(jù)通信，對于本地服務器的訪問，如果采用奔騰P233CPU，典型的速度為每秒5000個數(shù)據(jù)項，此時客戶端和服務器的總CPU負載為8%;
(4) 可實現(xiàn)遠程通信，由于應用微軟的DCOM(分布式組件對象模型)技術(shù)，OPC可以方便地進行遠程通信。
5 OPC的接口方式
OPC規(guī)范提供了2套接口方案，即自定義接口(Custom Interface)和自動化接口(Automation Interface)。自定義接口是一組COM接口，可以通過C/C++來進行開發(fā)的訪問。OPC基金會提供了標準的接口函數(shù)，但對于服務器端的開發(fā)，在不改動原有接口函數(shù)的基礎(chǔ)上，也可以增加一些函數(shù)來擴展功能。自動化接口是對自定義進一步封裝，實際上是屏蔽了自定義的接口虛函數(shù)表，使自定義COM接口轉(zhuǎn)換為自動化的OLE接口。
這兩種接口的關(guān)系如圖7所示。對于服務器端開發(fā)，OPC技術(shù)規(guī)范規(guī)定OPC服務器必須提供自定義接口，而自動化接口可以有選擇地提供。對于客戶端開發(fā)，可以選擇訪問兩種接口的任意一種。一般來說，自定義接口的功能比較強大，需要掌握COM技術(shù)，而自動化接口的開發(fā)比較容易，缺點是易受接口本身功能的限制。

圖 7 OPC接口方式對比

OPC服務器對象被分為3層結(jié)構(gòu):服務器對象(Sever)、組(Group)和項(Item)。Server是Group的容器，Group是Item的容器。OPC規(guī)范定義了COM接口，規(guī)定了服務器程序和客戶程序通過接口交互的標準，但并沒有說明具體實現(xiàn)的方法。OPC服務商必須根據(jù)各自硬件特性實現(xiàn)這些接口的成員函數(shù)。不論定制接口還是自動化接口都可分為必選接口和可選接口。必選接口包括了客戶程序與服務器進行交換的最基本功能;可選接口則規(guī)定了一些額外的高級功能，可根據(jù)需要有選擇地實現(xiàn)。客戶程序應通過查詢接口的方式來判斷服務器程序是否實現(xiàn)了可選接口的功能。
6 結(jié)束語
采用OPC技術(shù)規(guī)范的產(chǎn)品實現(xiàn)了工業(yè)自動化系統(tǒng)之間的互操作、無縫集成和現(xiàn)場過程控制設(shè)備的即插即用，為這一領(lǐng)域的軟件和硬件生產(chǎn)廠商以及最終用戶帶來了直接和明顯的經(jīng)濟利益。因此，國內(nèi)工業(yè)自動化領(lǐng)域的研究機構(gòu)和廠家應該加強OPC技術(shù)應用的研究，積極推廣使用具有OPC接口標準軟硬件產(chǎn)品，跟上世界先進自動化技術(shù)的潮流。