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1  概述

    OPC協(xié)議是由OPC基金會(huì)制定的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了過(guò)程控制和自動(dòng)化軟件與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口。OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control的縮寫(xiě)，它是微軟公司的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)在過(guò)程控制方面的應(yīng)用。

    OPC以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，COM 就是Component Object Model，也就是組件對(duì)象模型。DCOM中的D 是distributed（分布式）的意思，一般用于網(wǎng)絡(luò)。DCOM（分布式組件對(duì)象模型）是COM技術(shù)的擴(kuò)展。DCOM 通過(guò)處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的下層細(xì)節(jié)來(lái)支持網(wǎng)絡(luò)中不同計(jì)算機(jī)上的對(duì)象間的通訊。這樣可以啟用由多個(gè)協(xié)同完成同一任務(wù)的進(jìn)程組成的分布式程序。COM Internet 服務(wù) (CIS) 最初是在 Windows NT 4.0 Service Pack 4 中發(fā)布的，它提供的附加支持，使得由于服務(wù)器端或客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)上的代理服務(wù)器設(shè)置了防火墻而令其他協(xié)議無(wú)法使用時(shí)，DCOM 仍然能夠通過(guò)Internet（使用 HTTP）使用。因此以O(shè)LE/DCOM為基礎(chǔ)的OPC，可以使OPC客戶(hù)通過(guò)利用DCOM連接到網(wǎng)絡(luò)。

    OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，提供給用戶(hù)用于過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。Microsoft的OLE/COM技術(shù)定義了各種不同的軟件部件如何交互使用和分享數(shù)據(jù)，從而使得OPC能夠提供通用的接口用于各種過(guò)程控制設(shè)備之間的通訊，不論過(guò)程中采用什么軟件和設(shè)備。復(fù)雜數(shù)據(jù)規(guī)范OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)由兩部分組成：OPC服務(wù)器和OPC客戶(hù)應(yīng)用部分。OPC服務(wù)器完成的工作就是收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶(hù)端應(yīng)用。OPC客戶(hù)端則通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口接收數(shù)據(jù)信息。在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要挑選相應(yīng)的規(guī)范來(lái)使用。

2  OPC協(xié)議

    OPC協(xié)議中包括了數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范、報(bào)警和事件規(guī)范、歷史數(shù)據(jù)存取規(guī)范、批量過(guò)程規(guī)范、OPC安全性規(guī)范、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試工具、過(guò)程數(shù)據(jù)的XML規(guī)范、數(shù)據(jù)交換規(guī)范、命令規(guī)范、公共I/O規(guī)范、合成數(shù)據(jù)規(guī)范。

采用OPC協(xié)議設(shè)計(jì)系統(tǒng)有諸多好處：

    (1)  既有利于硬件制造商，也有利于軟件開(kāi)發(fā)商。因?yàn)椴捎脴?biāo)準(zhǔn)的Windows體系接口，硬件制造商為其設(shè)備提供的接口程序的數(shù)量減少到一個(gè)，軟件開(kāi)發(fā)商也僅需要開(kāi)發(fā)一套通訊接口程序；

    (2)  可以將各個(gè)子系統(tǒng)從物理上分開(kāi)，分布于網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上。因?yàn)镺PC規(guī)范以O(shè)LE/COM/DCOM為技術(shù)基礎(chǔ)，而OLE/DCOM支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

    (3)  可以使用戶(hù)完全從底層的開(kāi)發(fā)中脫離出來(lái)。因?yàn)镺PC按照面向?qū)ο蟮脑瓌t，將一個(gè)應(yīng)用程序（OPC服務(wù)器）作為一個(gè)對(duì)象封裝起來(lái)，只將接口方法暴露在外面，客戶(hù)以統(tǒng)一的方式去調(diào)用這個(gè)方法，從而保證軟件對(duì)客戶(hù)的透明性；

    (4)  可以使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。因?yàn)镺PC實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)用，使得應(yīng)用程序的分布與系統(tǒng)硬件的分布無(wú)關(guān)，便于系統(tǒng)硬件配置，使得系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣；

    (5)  提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。因?yàn)椴捎肙PC規(guī)范，便于系統(tǒng)的組態(tài)，將系統(tǒng)復(fù)雜性大大簡(jiǎn)化，可以大大縮短軟件開(kāi)發(fā)周期，提高軟件運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)的升級(jí)與維護(hù)；

    (6)  實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開(kāi)放性。因?yàn)镺PC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶(hù)都以統(tǒng)一的方式去訪(fǎng)問(wèn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性，易于實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的接口。

3  OPC應(yīng)用架構(gòu)

Server/Client

    OPC協(xié)議采用客戶(hù)/服務(wù)器體系。協(xié)議中為OPC服務(wù)器規(guī)定了兩套接口：自定義接口（Custom Interface）與自動(dòng)化接口（Automation Interface），其中自動(dòng)化接口是可選的，它支持VBA的所有應(yīng)用程序，如VB、Excel等。而自定義接口是OPC服務(wù)器必提供的接口，它只能用C/C++來(lái)編寫(xiě)客戶(hù)應(yīng)用程序。
自動(dòng)化接口定義了以下三層接口，依次是包含關(guān)系：

?  OPC Server：OPC啟動(dòng)服務(wù)器獲得其他對(duì)象和服務(wù)的起始類(lèi)，并用于返回OPC Group類(lèi)對(duì)象。
?  OPC Group：存儲(chǔ)由若干OPC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類(lèi)對(duì)象。
?  OPC Item：存儲(chǔ)具體Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。

    OPC Group（組）向客戶(hù)提供一種方法來(lái)組織數(shù)據(jù)，例如在特別的操作符顯示或報(bào)告中Group可能代表Item（項(xiàng)），可以讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。在客戶(hù)和Group中的Item也可以建立鏈接，而且可以根據(jù)需要來(lái)啟用和停止。OPC客戶(hù)可以配置OPC服務(wù)器應(yīng)該提供的向OPC客戶(hù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的比例。Group有兩種類(lèi)型：公共的和本地的（或私人的）。公共的通過(guò)多客戶(hù)來(lái)分享，本地的是對(duì)本地的一個(gè)客戶(hù)。對(duì)公共組有詳細(xì)的可選擇的接口。客戶(hù)的每一個(gè)組可以定義一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)。一個(gè)OPC項(xiàng)，從特定的自定義接口，作為OPC客戶(hù)的對(duì)象是不可存取的。因此不能有外部的接口被定義為OPC的項(xiàng)。所有存取OPC項(xiàng)是通過(guò)一個(gè)OPC組對(duì)象，它包含OPC項(xiàng)，或簡(jiǎn)單的OPC項(xiàng)在哪兒被定義。

    通常一個(gè)OPC Client（客戶(hù)）可以與多個(gè)服務(wù)器同時(shí)連接，同時(shí)一個(gè)OPC服務(wù)器也可以同時(shí)被多個(gè)的OPC應(yīng)用程序連接。因?yàn)椴捎昧藬?shù)據(jù)訂閱方式，多服務(wù)器連接與單服務(wù)器連接在本質(zhì)上并無(wú)太大的區(qū)別，需要處理的只是多服務(wù)器同時(shí)工作時(shí)項(xiàng)的加減和連接釋放問(wèn)題。在進(jìn)行多OPC Server的連接時(shí)，對(duì)每一個(gè)不同的Server都要連接一次，當(dāng)不要某個(gè)OPC Server時(shí)，要釋放掉該Server，以免占用資源。一個(gè)OPC客戶(hù)可以預(yù)訂規(guī)定的事件的發(fā)生的被通報(bào)，即協(xié)議中的報(bào)警和事件規(guī)范。OPCEventServer接口提供方法使OPC 客戶(hù)做到：(1) 決定OPC服務(wù)器支持的事件的類(lèi)型；(2) 進(jìn)入對(duì)規(guī)定的事件的預(yù)訂，以便OPC客戶(hù)能收到他們發(fā)生的通知，過(guò)濾器可以被用來(lái)定義需要的事件的一個(gè)子集；(3) 存取并使用OPC服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了的條件。

    OPC客戶(hù)和OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換可以有兩種不同的方式，即同步方式和異步方式。同步方式實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，當(dāng)客戶(hù)數(shù)目較少而且同服務(wù)器交互的數(shù)據(jù)量也比較少的時(shí)候可以采用這種方式；異步方式實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，需要在客戶(hù)程序中實(shí)現(xiàn)服務(wù)器回調(diào)函數(shù)。然而當(dāng)有大量客戶(hù)和大量數(shù)據(jù)交互時(shí)，異步方式的效率更高，能夠避免客戶(hù)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的阻塞，并可以最大限度地節(jié)省CPU和網(wǎng)絡(luò)資源。

    OPC服務(wù)器允許一個(gè)客戶(hù)應(yīng)用從許多OPC服務(wù)器存取數(shù)據(jù)，這些服務(wù)器由許多不同的OPC賣(mài)方提供，它們通過(guò)一個(gè)單一的對(duì)象運(yùn)行在不同的代碼上。圖1為客戶(hù)/服務(wù)器接口圖。