OPC技術(shù)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

文/楊虎 喬立慧

隨著社會與科技不斷發(fā)展進步，為了滿足日漸增長的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需要與市場需求，多數(shù)企業(yè)都在建設(shè)或進行設(shè)備更新?lián)Q代時，都會逐漸采用多種自動化系用，但是由于開發(fā)商與標(biāo)準(zhǔn)不同的原因?qū)е赂髟O(shè)備之間接口不相容，難以實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的正常運行，而OPC技術(shù)作為一種工程標(biāo)準(zhǔn)，則能夠有效解決這一問題。

1 OPC接口技術(shù)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制中的應(yīng)用

1.1 OPC服務(wù)器對象與接口

在OPC服務(wù)器中，其服務(wù)對象主要包括以下三類：OPC服務(wù)器、OPC組、與OPC項。在這三個對象當(dāng)中，每一個對象都包含著多個接口，并且在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)只能夠通過這三個對象中的不同接口來進行訪問。而在OPC服務(wù)器運行過程中，客戶程序只需要利用接口直接將其與OPC服務(wù)其對象相連，就能夠利用服務(wù)器對象中所創(chuàng)造出的指針將所需OPC組對象與客戶程序相連，提供對象數(shù)據(jù)供客戶程序利用。僅通過管理OPC組便能夠?qū)崿F(xiàn)對OPC項的管理訪問，既能夠提高信息存取速率，又能夠優(yōu)化系統(tǒng)管理程序。

OPC自定義接口與OPC自動化接口是OPC服務(wù)器最常用的兩種接口，一般使用客戶端程序進行訪問，該客戶端主要采用C/C++等語言進行編寫。在實際的操作工程中，人們更多使用的是自動化接口，這是由于自動化接口配置的連接更加便捷，但是值得注意的是，自動化接口并不是所有OPC服務(wù)器都具備的，對于還使用著自定義接口的服務(wù)器，要將其進行進一步封裝才能夠轉(zhuǎn)化成為自動化接口。

1.2 OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器

OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器、OPC報警和事件服務(wù)器、OPC歷史數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器以及OPC批量服務(wù)器是OPC規(guī)范中所規(guī)定的幾種服務(wù)器。利用控制網(wǎng)絡(luò)與VB特點，選擇最基本的OPC服務(wù)器就能夠使實際使用需要得到滿足。這幾種服務(wù)器都能夠?qū)I(yè)系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，對諸如溫度、轉(zhuǎn)速、設(shè)備狀態(tài)信息等內(nèi)容進行收集分析，供工作人員參考，并能夠利用服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)下達指令，實現(xiàn)對工業(yè)系統(tǒng)的實際控制。

1.3 基于OPC技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)集成方案設(shè)計

以O(shè)PC技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠利用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)集成，因此能夠利用OPC技術(shù)搭建起兩級控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，主要分為四個部分：第一是現(xiàn)場設(shè)備層，主要進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)、操作指令、參數(shù)以及信號等內(nèi)容的收發(fā)工作，利用OPC服務(wù)器在系統(tǒng)與監(jiān)控平臺間傳遞；第二是數(shù)據(jù)服務(wù)層只要用來存取數(shù)據(jù)以及實施現(xiàn)場監(jiān)控；第三是以太網(wǎng)層，主要負(fù)責(zé)上層通訊工作，使該結(jié)構(gòu)具有良好穩(wěn)定性以及實時性；第四是監(jiān)控層，主要實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備與通訊設(shè)備的交互。除此以外客戶端也是系統(tǒng)中不可或缺的一部分，是所有活動的發(fā)起者。

2 OPC技術(shù)在工業(yè)以太網(wǎng)中的應(yīng)用

在此方面的OPC技術(shù)設(shè)計方案上，OPC服務(wù)器利用相應(yīng)的設(shè)備與以太網(wǎng)模塊相連接，再通過專門的開發(fā)編程軟件進行配置，在具體的操作過程中要先明確以太網(wǎng)的通訊網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、再配置好工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，最后完成OPC對象的設(shè)置。而在OPC客戶端程序設(shè)計上，可以選用在此領(lǐng)域中使用較多的自定義接口，但是由于此接口的較復(fù)雜，其開發(fā)周期較長，所以也可以選用VB來開發(fā)客戶端，雖然采用VB后，系統(tǒng)效率下降，傳輸速度減慢，但是優(yōu)勢是其配置簡單，進行開發(fā)時只需要懂得VB的基本編寫方法即可，其主要程序有：變量聲明、類模塊建立、創(chuàng)建OPC變量函數(shù)、連接OPC服務(wù)器對象、添加OPC組對象并在其中添加OPC數(shù)據(jù)項等。

在以太網(wǎng)的通訊接口實現(xiàn)方面，由于其接口設(shè)計是OPC數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器用于以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，且該控制系統(tǒng)不同于普通局域網(wǎng)系統(tǒng)，所以必須從可靠性考慮與實時性兩個角度進行考慮，以保證OPC技術(shù)能夠在以太網(wǎng)領(lǐng)域順利運行。就可靠性來說，為降低開發(fā)難度，可以利用以太網(wǎng)支持TCP/IP協(xié)議的特點，使用SOCKET套接字開發(fā)通信程序，在進行具體編程時，主要以有流式套接字和數(shù)據(jù)報套接字兩種為主，并且兩種形式分別對應(yīng)面向連接與非面向連接：當(dāng)采用TCP協(xié)議進行面向連接時，由于TCP協(xié)議是基于抽象概念所建立的，在進行通訊時需要虛電路的兩個端點共同同意連接才能夠?qū)崿F(xiàn)通訊且在通訊過程中會將序列進行劃分，所以既能夠有效提高傳輸效率與流量控制效果，又能夠增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；?dāng)采用UDP協(xié)議進行非面向連接時，由于無連接數(shù)據(jù)報傳輸服務(wù)可靠性較低，因此會出現(xiàn)報文丟失、亂序等現(xiàn)象，與面向連接相比實用性較低。就實時性來說，可以從兩方面進行保證：一方面，以太網(wǎng)的結(jié)點數(shù)目、控制網(wǎng)絡(luò)流量等內(nèi)容是影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕蛩兀虼艘獙ζ溥M行限制，使總線的工作負(fù)擔(dān)減輕，從而保證實時性；另一方面，可以在OPC數(shù)據(jù)存儲器中建立專用線程，主要用于客戶程序的請求連接，在出現(xiàn)請求時創(chuàng)建出另外線程完成通信，以此保證數(shù)據(jù)傳輸實時性。

3 OPC技術(shù)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制中的一些其他應(yīng)用

3.1 構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)備控制平臺

目前，計算機技術(shù)已經(jīng)廣泛運用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)當(dāng)中，使工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展方面獲得了長足進步，但在產(chǎn)業(yè)升級的同時，也對其技術(shù)性提出了更為嚴(yán)格的要求，工業(yè)系統(tǒng)要更加完善才能夠滿足工業(yè)發(fā)展的需要。DCS作為一種在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的集散式控制系統(tǒng)，其各項功能已經(jīng)得到了逐步的完善，規(guī)模也隨著時間的推移而逐漸擴大，但是正因如此，此項系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，在這些結(jié)構(gòu)即系統(tǒng)組成當(dāng)中存在個各種各樣不同的程序與硬件設(shè)備，此類設(shè)備又大多由幾家甚至幾十家廠商分別進行生產(chǎn)，并且由于各個廠商之間缺乏明確的統(tǒng)一生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各設(shè)備之間、設(shè)備硬件與軟件之間難以配套與兼容，使得每種設(shè)備上都需要使用不同的驅(qū)動程序進行驅(qū)動才能夠正常工作。如此混亂的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)以及繁復(fù)的驅(qū)動程序與操作方法都會給控制系統(tǒng)的升級維修以及兼容性帶來巨大麻煩，例如每一次的硬件設(shè)備升級，相應(yīng)的驅(qū)動程序也必須進行相應(yīng)升級才能夠繼續(xù)滿足硬件設(shè)施的工作需要，并且也會給工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來一定風(fēng)險。但是利用OPC技術(shù)，能夠?qū)涌跇?biāo)準(zhǔn)進行統(tǒng)一，并在此基礎(chǔ)上，包括硬件設(shè)備和軟件開發(fā)的各方開發(fā)者都能夠通過此項標(biāo)準(zhǔn)進行開發(fā)工作，僅利用通用接口便能夠完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換，擺脫原本繁復(fù)的設(shè)備連接程序，在各種設(shè)備之間建立起一個統(tǒng)一的設(shè)備控制平臺，是用戶對于設(shè)備的型號選擇與功能擴充更加方便。

3.2 實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)段數(shù)據(jù)有效交換

雖然OPC技術(shù)解決了現(xiàn)場總線系統(tǒng)中異構(gòu)網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)交換問題，使得各部分之間的互通交流更為方便，但是在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中依然存在著多種總線并存的局面，總線標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，并且由于系統(tǒng)中缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，所以存在著集成方面的數(shù)據(jù)兼容問題以及異構(gòu)網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)交換并不通暢的現(xiàn)象。但是通過OPC技術(shù)，便可能夠有效實現(xiàn)集成控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，主要是通過將OPC技術(shù)作為異構(gòu)網(wǎng)段中的轉(zhuǎn)換體來實現(xiàn)。其具體操作表現(xiàn)為：以O(shè)PC服務(wù)器為基礎(chǔ)，為不同種類的總線進行配置，在OPC服務(wù)器這個統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)下，不同的程序與軟件都能夠?qū)υ摲?wù)器進行訪問，以此實現(xiàn)不同總線之間的數(shù)據(jù)交換目的。另外，對于上文中所提到的每一次硬件設(shè)施升級、相應(yīng)的驅(qū)動程序也必須要升級以及其他類似情況，利用OPC技術(shù)仍然能夠給予有效解決，如對某個總線進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議升級時，僅通過對相關(guān)的總線以及應(yīng)用程序的相關(guān)數(shù)據(jù)進行些許修改就能夠達到數(shù)據(jù)繼續(xù)互通的效果，簡化了軟硬件升級以及總線升級的工作程序，降低了工作難度。

3.3 為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)升級奠定基礎(chǔ)條件

目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)是工業(yè)控制系統(tǒng)各程序中間的技術(shù)紐帶，而且也是各控制系統(tǒng)之間的溝通橋梁，因此日后工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向必然是網(wǎng)絡(luò)化，并且能夠?qū)⒏鞒绦?、各系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個整體，形成功能更為強大的綜合控制體系。另外，由于網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性，所以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)也會同其他功能系統(tǒng)相連接一同成為企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)其實是一種基礎(chǔ)性系統(tǒng)，能夠幫助其他系統(tǒng)實現(xiàn)功能的有效發(fā)揮，并且給予一定的補充，實現(xiàn)信息集成。將OPC作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范接口，能夠促進企業(yè)內(nèi)各系統(tǒng)之間的融合，提升企業(yè)的管理水平與控制水平。

4 總結(jié)

總而言之，OPC技術(shù)能夠與融入到工業(yè)以太網(wǎng)以及一些其他設(shè)備與程序之中，使硬件設(shè)備性能更加可靠、效率更高，也能夠使軟件的開發(fā)周期縮短，將更多的人物財力投入到功能完善當(dāng)中，有效滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)要求，實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的相互聯(lián)系、通信以及數(shù)據(jù)互通，對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)意義重大。