基于OPC技術的工業儀表與組態軟件的實時通訊

張偉　陳月紅

摘 要：隨著科學技術的發展，應用于工業現場的各個系統不再是獨立的系統，它們之間往往需要實現數據共享以發揮更大的作用。OPC技術包括一整套的標準集，包括接口、屬性和方法，用于過程控制和自動化系統。不同廠商只要遵循OPC技術標準就可以實現工業儀表與組態軟件之間的實時通訊，實現數據共享。

關鍵詞：OPC技術；工業儀表；組態軟件；實時通訊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.117

0 引言

隨著科學技術的發展，應用于工業現場的各個系統不再是獨立的系統，它們之間往往需要實現數據共享以發揮更大的作用。工業儀表與組態軟件系統屬于不同的工業領域，通常使用不同的專門設備、應用程序與控制系統，他們之間的數據共享成為一個難題。如果工業軟件之間采用傳輸網絡數據包的形式進行數據共享，不僅效率低下，實現起來也非常麻煩。面對復雜的數據共享要求，不標準、不統一的接口，不同類型的軟硬件，所以需要一個通用的標準來解決這個難題。

由微軟公司開發的基于微軟OLE、COM和DCOM技術的OPC是一個工業標準，正解決了不同系統及應用程序之間的數據交換和共享問題。OPC技術包括一整套的標準集，包括接口、屬性和方法，用于過程控制和自動化系統。不同廠商只要遵循OPC技術標準就可以實現工業儀表與組態軟件之間的實時通訊，實現數據共享。基于OPC技術的自動化軟件以其數據資源共享性、數據傳輸安全性、數據實用性得到人們的廣泛關注，成為工業控制及其自動化系統設計過程中不可或缺的一部分[1]。

1 OPC技術的背景

傳統自動化系統中應用程序是通過驅動程序與硬件設備進行通信的，存在著諸多局限性。在應用過程中難以做出通用的驅動程序，由于設備型號不同，升級換代較快，開發者需要根據需求的不斷變化而持續的開發驅動程序，為軟件開發者帶來了繁重的工作，造成了資源浪費。工業儀表和自動化行業需要一種開放的、有效的通信標準，可以將分布在工廠各處的工業儀表匯總到自動化系統中進行集中管控，實現工業儀表與自動化組態軟件之間數據共享，把工業現場的數據匯總到企業控制中心。

隨著科技的發展，產生了OPC技術，它解決了傳統自動化系統中的數據共享的問題。OPC規范要求各工業儀表廠商發布各自的OPC服務器，提供基本協議接口，這樣任何符合OPC規范的客戶端應用程序都根據接口規范可進行訪問，具有接口透明度高、集成度高、代碼重用度高等優勢，這樣各工業儀表廠商從繁冗的底層開發工作中解放出來。

2 OPC工業標準簡介

OPC全稱是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control，它的應用遍布全球，包括生產自動化控制系統和生產儀器儀表的公司。OPC規范包括OPC服務器和OPC客戶端兩個部分，其實質是在硬件供應商和軟件開發商之間建立了一套完整的“規則”，只要遵循這套規則，數據交互對兩者來說都是透明的，硬件供應商無需考慮應用程序的多種需求和傳輸協議，軟件開發商也無需了解硬件的實質和操作過程[2]。

OPC技術的模式為客戶端與服務端模式。OPC服務器分為三層結構：OPC服務器、OPC組和OPC項目。邏輯關系上，服務器對象和組對象之間是聚合關系，組對象和項對象之間是包容關系。其中OPC服務器對象包含了一個OPC組集合以及OPC瀏覽器對象；OPC組對象用于組的狀態管理；OPC項對應著實際硬件設備中某個具體設備單元，它包括當前設備單元的數據值、數據時間標簽、數據品質信息三個基本屬性。

OPC客戶端與OPC服務器之間的數據方式有兩種：同步和異步方式。同步方式適用于數據量較少的場合，是指雙方按照指定頻率交換所有數據的方式，方法簡單，效率低下。異步方式應用較多，適用于發送數據量大的場合，是指當OPC服務器緩沖區發生改變時，向客戶端發出通知，客戶端得到通知后再進行處理。

OPC規范定義了兩套接口規范，其一是自動化接口規范，其二是定制接口規范。二者應用上有所不同。自動化接口規范適用于VB類的腳本語言編寫的應用程序；定制接口規范適用于C和C++應用程序，相對更強大。

3 OPC技術在工業儀表中的應用

工業儀表與自動化組態軟件間可以實現通過OPC技術完成數據讀取、寫入、傳輸等。OPC技術在應用的過程中產生了標準的接口，將接口函數規范，進而使得現場設備不管在任何形勢下，都可以使用，并保證軟件對客戶的透明性[3]。開發商不需要再為不同型號的硬件設備或者不斷升級換代的設備耗費精力開發驅動程序，只需要集中精力開發工業儀表軟件或組態軟件，不但節約了資源，而且提高了自身設備的競爭力。工業儀表將數據封裝起來，通過OPC技術在異構的環境下，實現工業儀表與自動化組態軟件之間的數據共享，系統集成變得更加便捷。

在工業儀表與組態軟件之間的數據交換方案中，通常情況下工業儀表作為OPC服務器，組態軟件作為OPC客戶端，也有組態軟件作為OPC服務端的特殊情況，本文不做具體討論。工業儀表與組態軟件之間不受空間距離的約束，通過網絡便可實現工業儀表與組態軟件之間的互聯互通。OPC技術在應用的過程中，其中使用到的客戶端的應用程序，可以對服務器數據的訪問，采用標準的接口方式，所以在工業生產中被廣泛的應用[4]。

工業儀表提供OPC服務器，維護來自儀表的測量數據值，可根據業務規則定時刷新OPC服務器數據標簽值，也可以在數據變化時更新。組態軟件作為OPC客戶端，負責從工業儀表提供的OPC服務端獲取數據，進行匯總展示。管理者可在管理中心對工業儀表系統和自動化系統進行全面掌握，為管理者監控工廠生產現場的實時狀況和

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及時做出決策提供了數據支撐。

在組態軟件的系統工作過程中，如果系統操作人員想要對某個儀表監控，需要將這個儀表數據作為一個模塊進行數據的輸入、輸出，便可實現對該儀表的控制。在組態軟件中，工業儀表作為一個可視化的對象，用戶通過形象的圖形圖像界面對工業儀表的運行情況進行全面掌控。利用OPC技術實現工業儀表與組態軟件之間的實時通訊，需要對組態軟件進行一系列的配置。

首先，需要定義服務端與客戶端之間的協議，明確要傳輸哪些信息，將要傳輸的信息抽象定義為OPC對象，明確每個變量的類型，實現OPC對象的聲明。

其次，在保證OPC客戶端與服務器的網絡連接前提下，OPC服務端配置相應的權限以供客戶端訪問，在OPC客戶端添加并連接OPC服務器的服務組件，添加OPC組，實現OPC項的建立與添加。

再次，確定數據接收的模式，根據約定的數據同步的模式進行刷新，連接成功后觀察確認OPC客戶端接收的數據與工業儀表的數據值是否一致。

配置過程非常靈活，能適應多種工業儀表需要，易執行。通過OPC技術的應用，工業儀表與組態軟件之間的實時通訊效率得到了大大的提升。

OPC技術在工業儀表與自動化控制應用中有很多優點：其一是通過OPC的接口函數進行數據共享，各系統之間不需要考慮對方是以何種語言開發，只需要按統一的接口去訪問，大大的提高了系統的開放性；其二是OPC使用了接口，保證了軟件的透明性，調用方便；其三是OPC規范的技術基礎是COM，通用接口提高了軟件的重用性，標準化的規范使開發者提高了效率；其四是OPC的特點是各系統屬于高內聚低耦合，各系統之間互不影響，如果一方系統出現問題，對方系統不會受影響，便于系統維護；其五是OPC是基于DCOM技術，工業儀表與自動化控制系統不需要直接連接，只要網絡能夠互通，不受地理區域的限制，便可進行數據共享。

4 結語

OPC技術實現了工業儀表與組態軟件的實時通訊，有效的提升了工廠自動化的水平，提高了工業系統的集成性，為工業發展帶來了積極的推動作用。

參考文獻：

[1]郎堅.基于OPC技術的自動化軟件的研究[J].信息與電腦（理論版），2018（04）：88-90.

[2]段潤群，謝云山.上位機軟件與S7-1200 PLC的OPC通信研究[J]. 自動化與儀器儀表，2014（05）：13-15.

[3]劉志.基于OPC技術的生產數據采集與過程監控系統研究與開發工業[D].合肥工業大學，2009.

[4]劉曄.淺析OPC與WebServices技術在未來樓宇自控系統中的應用趨勢[J].智能建筑與城市信息，2015（05）：69-71.

基金項目：遼寧省“百千萬人才工程”資助項目（遼百千萬立項【2015】9號）

作者簡介：張偉（1980-），男，黑龍江密山人，本科，學士，副總工程師，高級工程師，主要從事同位素在線檢測儀表的研發工作。