OPC技术在工业控制系统中的应用研究.docx
《OPC技术在工业控制系统中的应用研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《OPC技术在工业控制系统中的应用研究.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
OPC技术在工业控制系统中的应用研究
摘 要
随着计算机技术的不断发展，应用于工业控制领域的软件与硬件设备的种类也越来越丰富，系统集成变得越来越复杂与困难。
所以，无论是对于客户还是开发者而言，一套统一、通用的标准是非常必要的。
OPCDA主要是提供现场层和应用软件间的纵向的数据集成和互操作。
OPC客户端能通过标准接口与一个或多个不同提供商的服务器通信。
OPCDX由于定义了一个通用的接口，使得不同总线协议的设备和控制器通过以太网进行直接数据交换成为可能。
（毕业设计）
本文首先分析了OPC概况及优点，仔细研究了一下OPC的各种规范。
在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上，进行了服务器的测试及仿真试验。
包括了服务器的注册及实现程序，并进行了简单的模拟仿真，并验证了OPC技术的软件开放性。
（毕业设计）
关键词：
OPC；开放性及互操作性；OPC数据访问；OPC数据交换
ApplicationandStudyof
OPCforIndustrialControlSystem
Abstract
Withthedevelopmentofcomputertechnology,moreandmoresoftwareandhardwareareusedinindustrycontrolfieldandsystemintegrationbecomesharderthanbefore.Soitisverynecessarytousethesamestandardtocommunicationforbothuserandvendor.
OPCDataAccessprimarilyprovidesverticaldataintegrationandinteroperabilitybetweenmeasurementandautomationsystemsonthemanufacturingfloorandclientapplication.OPCclientapplicationscancommunicatewithoneormoreOPCserversfromdifferentsuppliers.OPCDataexchangemakesitpossiblebydefiningasetofinterfacesthatprovidesinteroperabilityandallowsdataexchangeamongdevicesandcontrollersconnectedtoEthernetnetworksusingdifferentfieldbusprotocols.
ThistextfirstanalyzedOPC'sgeneralsituationanditsadvantage,andunderstandsvariousOPCcarefully.OnthebaseofunderstandingthestructureoftheOPCserverandtherealizationprocedure,designedanimitatetruemodelexperiment.Includedtheregisterandrealizationprocedureoftheserver,andcarriedonasimpleimitatetrueexperiment,andprovedtheOPCsoftwaretechnique'sopenness.
Keywords：
OPC；OpennessandInteroperability；OPCDA；OPCDX
研究课题的提出
从OPC技术的应用和开发来看，OPCDA数据访问规范是核心，在工业控制系统的实际应用也最广泛，应用软件中OPCDA几乎成了必须的接口标准。
基于工业以太网的控制系统己经成为比较流行的趋势，而且OPCDA就做为一种开放的软件技术在系统的集成中获得应用。
本文跟踪OPC的最新技术，提出将OPCDA和OPCDX技术与工业以太网结合的全集成控制系统，不但使得系统的在纵向和横向都能开放集成，而且，改善了采用OPC“中间件”方案中实现异种总线网段之间数据交换的实时性。
总之，本论文课题将致力于OPC内部机制的研究和实现，从而为开发OPC具体应用提供良好的参考价值，促进利用OPC技术实现工业控制信息系统朝着开放的方向的发展。
OPC服务器应该提供有效地与物理设备通讯的方式，以优化不同的客户程序对数据的访问。
对输入（读操作）来说，物理设备返回的数据被缓存，通过同步或异步的方式提供给客户:
对输出（写操作）来说，OPC服务器应该代替客户向物理设备更新数据。
（毕业设计）
OPC规范包括:
1.OPC数据存取（DataAccess）规范
2.OPC报警与事件（AlarmandEvent）规范
3.OPC历史数据存取（HistoricalDataAccess）规范
4.OPC安全（Security）规范
5.OPC批处理（Batch）规范
6.OPC服务器数据交换（DataeXchange）规范
7.OPC_XML规范
在以往自动化领域的通信技术规范方而，很少有像OPC标准这样一出现就引起了如此强烈的轰动，OPC在今大已经逐步发展成为一个事实上的国际标准。
目前，绝大多数的土控厂家为实现其系统的开放性，其监控软件或DCS,PLC都提供了OPC接口或OPC服务器，使产品具备兼容性和二次开发能力，具备OPC接口已经成为工控厂家提高其产品市场竟争力的一个先进技术手段，不能提供OPC接口的系统必将被历史淘汰。
本课题就是在这个背景下，进行OPC服务器的开发研究，仔细了解了一下OPC的各种规范。
在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上，了解了服务器的注册及实现程序，设计了一个仿真模型试验,并进行了简单的仿真试验，进一步验证了OPC技术的巨大优势。
通过本次设计，使我在巩固原有所学知识以外，又了解了一门当今世界一门前沿的技术，并尝试着进行了初步的探索，使我受益匪浅。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章绪论 1
1.1引言 1
1.2工控软件的发展 1
1.2.1传统的工业控制系统开发存在的问题 1
1.2.2采用OPC技术开发工业控制系统 2
1.3OPC技术的优点 3
1.4国内外研究的现状 4
1.4.1OPC技术在国外的现状 4
1.4.2OPC技术在国内的研究和应用 4
1.5研究课题的提出 5
第二章OPC规范的内容 6
2.1概述 6
2.2OPC数据存取（DataAccess）规范 7
2.3OPC报警与事件（AlarmandEvent）规范 9
2.4OPC历史数据存取（HistoricalDataAccess）规范 10
2.5OPC安全规范 10
2.6OPC批处理规范 11
2.7OPC-XML规范 12
2.8OPC数据交换规范及适用范围 12
第三章OPC服务器的开发与实现 13
3.1OPC服务器的总体结构 13
3.2OPC服务器程序实现步骤 14
3.3OPC服务器的注册及程序的实现 14
3.3.1OPC服务器组件的注册 14
3.3.2OPC服务器程序的设计 15
3.4OPCDA服务器接口的实现及组对象的设计 17
3.4.1OPCDA服务器接口的实现 17
（毕业设计）
3.4.2设计OPCDA组对象 19
3.5OPC服务器的读取过程 21
3.5.1同步读取 21
3.5.2异步读取 21
第四章服务器测试及模型仿真设计 23
4.1服务器测试 23
4.2OPC客户测试过程 23
4.2.1初始化服务器组件 23
4.2.2建立与OPC服务器的连接:
23
4.2.3获取服务器标签列表:
25
4.2.4添加OPC组和项 26
4.2.5数据的刷新及断开连接 27
4.3测试结果 27
4.4.模拟仿真 30
4.5监控系统结构设计 30
4.6OPC接口开发 31
4.6.1定义全局变量 31
4.6.2连接服务器程序 32
4.6.3数据更新函数 33
4.6.4OPC数据项写数据程序 33
第五章总结 34
参考文献 35
致谢 36
2.2.3应用服务器
Web上的应用需求仅靠Web编程语言还不能满足。
与传统的Web编程语言相比，应用服务器对建立基于Web的企业应用程序具有得天独厚的优势，主要体现在以下方面:
（1）开发优势
应用服务器使用人们熟悉的开发语言进行开发，并提供大量基于Web的企业应用功能，如数据库访问、安全性等，使得开发Web应用程序更加简单。
（2）实施优势
应用服务器能够支持高性能的事务处理，如多CPU系统、多并发用户、多线程、对象管理和核心级的动态负载平衡。
它能够通过系统级服务如线程池管理、数据库连接的高速缓存、动态结果的高速缓存和数据流等，在重负载情况下提供高性能的数据访问和快速的响应时间。
通过状态管理与对话管理能力，应用服务器可支持用于以事务处理为基础的操作所具有的多步骤和复杂的请求。
事务管理员和请求管理员一起能够提供事务处理的完整性，并能够靠牢固健全的事务管理处理多个后端数据源。
事务管理系统支持数据库资源管理、查询自动提交与回退、成功提交和失败回退。
使用通用的数据访问和事务处理API可实现对异类数据库系统的统一访问。
（3）集成的管理能力
应用服务器允许管理员通过浏览器来远程管理和监视服务器，并进行性能调整，分配服务器上的负载。
（4）安全性
应用服务器可提供安全的通信功能，并内置了支持SET,SSL,SHTTP等安全协议的组件，并通过日志来跟踪对服务器的操作，营造一种安全的应用环境。
OracleWebApplicationServer应用服务器
Oracle针对Web技术的应用服务器产品是WebApplicationServer.OracleWebApplicationServer由（WebRequestProgramInterface）应用编程接口和WebServerApplicationServerBroker（WRB）,（WRBAPTApplication）管理工具组成。
WRB是一个多进程多线索的HTTP服务器。
WRBAPI是一个开放的应用开发环境，封装了WRB应用编程接口。
这些API优于底层的第一代HTTPAPI（如那些通过Web服务器厂商提供的API）。
通过WRBAPI，应用程序开发人员能够建立定制的应用部件，可选用PL/SQL,Java,PERL,LiveHTML,C/C++等多种编程语言来进行Web应用程序的开发。
所有的服务器部件可以作为独立的进程运行，从而确保在任意一个第三方提供的部件（Cartridge）发生错误时，不会影响业务其他部分的工作。
嵌入式对象及Java和ActiveX小程序等。
其内置的全文检索引擎可很容易地为用户提供检索功能。
Domino的工作流处理能力可方便地在客户合作伙伴和供应商之间进行商务活动。
Domino提供了集成的开发环境NotesDesignerforDomino，可以方便地开发网上应用程序。
其中的LotusBeanMachineforJava是一个交互式、可视化的设计工具，可以方便地为网上应用系统创建JavaApplet,而NotesGlobalDesigner则可以使应用程序运行在不同的语言环境中。
Domino还提供了很多周边工具可以增强网上应用系统的Web站Domino.Action可以自动生成Web站点，Domino.Merchant可以实现联机贸易，Lotus.eSuit提供了基于100%纯Java,面向瘦客户机的解决方案。
Notes.Pump提供了基于服务器的数据传输工具，Domino.do。
可以在分布网络环境中进行协同文档管理。
总的来说，Domino比较适合文档的管理和传输，以及企业中各级人员之间的通讯，但不适合数据库的增、删、改、查询和统计等基本操作，因此它常用于Internet上的办公系统而非基于关系数据库的管理信息系统。
（5）InternetInformationServer（IIS）
IIS（InternetInformationServer,Internet信息服务器）是Microsoft公司开发的一种集Web,FTP和Gopher服务于一身的服务器，它可以利用Windows2000Server的各种功能，并且能在Internet上发布信息。
IIS是随着Windows2000Serve附带的一个软件。
IIS提供Internet信息服务器应用程序接口（ISAPD扩展Web服务器的功能，并可通过ASP实现Web程序的快速开发，ASP支持服务器端JavaScript.VBScript.MicrosoftJava和ActiveXServerComponent，还支持用VB编写的CGI程序，甚至用VB开发的C/S架构的程序不经过修改就可以在Web上发布，可以使开发动态主页更加方便，同时也保护了以前的投资。
IIS还包括MicrosoftIndexServer，可实现对本Web站点内容的全文检索以及SiteServerExpress用于分析站点访问的情况。
IIS的管理功能是基于Windows2000Server的，可充分利用Windows2000Server提供的安全服务和目录服务。
它的安全模型是以NTFS安全机制为基础的，这样利用资源管理器可以容易地管理使用IIS建立的Web站点的安全性。
2.3Web程序设计技术
2.3.1HTML概述
HTML是HypertextMarkupLanguage（超文本标记语言）的英文缩写。
HTML语台不是一种程序设计语言，而是一种页面描述语言，用于描述Web页面。
HTML本身是用SML定义的一种结构化文档类型，同时，它也是用来描述这种文档类型的一种标记语言。
HTML是一个既简单又强有力的语言。
HTML使Web获得奇迹般的发展有以下四个主要原因：
（1）通过设计，HTML能访问所有计算机平台，从UNIX系统到普遍流行的Windows个人计算机。
（2）HTML容易使用，不需要输入一系列复杂而深奥的计算机指令，只要使用一系列标记来组成文本，使得创建Web页面变得相当简单。
HTML的强大访问能力推动了Web的流行，使数以万计的Web站点雨后春笋般地涌现。
（3）用HTML能在一个Web站点与另一个Web站点之间建立链接。
（4）HTML提供声音、音乐、动画片、电视图像等，使Web页面可以包含比格式化文本和图像更丰富的内容。
2.3.2脚本语言
脚本语言是介于HTML和Java,C++和VisualBasic之类的编程语言之间的语言。
HTML通常用于格式化文本和链接网页。
编程语言通常用于向计算机发送一系列复杂指令。
脚本语言也可用来向计算机发送指令，但它们的语法和规则没有可编译的编程语言那样严格和复杂。
脚本语言主要用于格式化文本和使用以编程语言编写的已编译好的组件。
利用脚本（Script）可以控制页面内容，使程序更具交互能力。
脚本语言是在另一个环境（例如HTML文档）中运行的语言，用脚本语言编写的代码必须通过适当的解释器执行。
在动态网站的建设过程中，JavaScript与VBScript是两种最主要的脚本语言，而且是我们的网上教学系统开发使用的脚本语言，因此在这里着重介绍一下。
2.3.2.1JavaScript
一种编程语言通常是由另一种编程语言演变来的，JavaScript也不例外Netscape最初开发了一个LiveScript语言，在Navigator和Web服务器产品中加进基本的脚本功能。
当Navigator2.0中加进了Java小程序支持后，Netscape把LiveScript变成了JavaScript最初的JavaScript不过是LiveScript的更名，但每次新的Navigator都使JavaScript有所改进。
JavaScript支持Web浏览器和服务器脚本。
浏览器脚本用于生成更直观、更有影响性和更紧密的插入件、ActiveX组件和Java小程序相联系的Web页面。
JavaScript支持这些特性，提供动态产生HTML和定义专用事件处理函数等特殊编程功能。
JavaScript脚本把HTML标志