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鄒云濤   吳重光

1  引言

    OPC(OLE for Process Control)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，他是許多世界領(lǐng)先的自動(dòng)化和軟、硬件公司與微軟公司合作的結(jié)晶。管理該標(biāo)準(zhǔn)的組織是OPC基金會(huì)。該基金會(huì)的會(huì)員單位在世界范圍內(nèi)超過150個(gè)，包括了世界上幾乎全部的控制系統(tǒng)、儀器儀表和過程控制系統(tǒng)的主要供應(yīng)商。OPC技術(shù)建立了一組符合工業(yè)控制要求的接口規(guī)范，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與SCADA、HMI等軟件無縫連接起來，同時(shí)將硬件和應(yīng)用軟件有效地分離開。只要硬件開發(fā)商提供帶有OPC接口的服務(wù)器，任何支持OPC接口的客戶程序均可采用統(tǒng)一的方式對(duì)不同硬件廠商的設(shè)備進(jìn)行存取，無須重復(fù)開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。如果希望將數(shù)據(jù)引入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就要進(jìn)行客戶端開發(fā)。

2  客戶程序的設(shè)計(jì)方法與比較

    客戶程序的設(shè)計(jì)主要是指客戶程序中OPC接口部分的設(shè)計(jì)。客戶程序本身可以完成很多復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理與顯示功能，但需要通過OPC接口部分訪問OPC服務(wù)器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。

    開發(fā)OPC、Data、Access、Client之前，要弄清服務(wù)器的大體情況，比如需要訪問的服務(wù)器是否提供自動(dòng)化接口、服務(wù)器的OPC的版本等，到目前為止，OPC有1.0和2.0兩個(gè)版本，兩個(gè)版本的接口定義不同，2.0版是對(duì)1.0的改進(jìn)，但不兼容。

    OPC客戶端的主要任務(wù)：
    ①創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)象。
    ②建立與服務(wù)器的連接。
    ③瀏覽OPC服務(wù)器的功能?？蛻舫绦蛐枰?jiǎng)?chuàng)建OPC基金會(huì)提供的OPC服務(wù)器瀏覽器對(duì)象（OPCServerList）再通過該對(duì)象的IOPCServerList接口獲得OPC服務(wù)器名稱的列表；可以通過枚舉注冊(cè)表中包含“OPC”子鍵的程序名來瀏覽符合OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范的服務(wù)器，但效率較低。
    ④通過OPC接口讀寫數(shù)據(jù)。
    ⑤斷開連接。

    注意事項(xiàng)：
    設(shè)計(jì)時(shí)需要注意OPC對(duì)象的VARAINT結(jié)構(gòu)類型、引用計(jì)數(shù)問題、內(nèi)存管理問題和處理錯(cuò)誤返回代碼問題。由于一個(gè)OPC客戶程序可能與多個(gè)OPC服務(wù)器相連，因此設(shè)計(jì)時(shí)也最好采用多線程，同時(shí)與多個(gè)OPC服務(wù)器程序進(jìn)行交換以保證較高的通信效率。另外客戶程序中OPC接口部分如何與其它功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換需要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)考慮。

2.1 使用MFC的COM庫函數(shù)開發(fā)OPC客戶端

    直接使用COM庫函數(shù)開發(fā)OPC客戶端，是最基本也是最靈活的方式，這種開發(fā)方式難度和工作量都大，要求開發(fā)人員對(duì)OPC規(guī)范和COM技術(shù)原理又比較深入的了解。早些時(shí)候VisualC++編譯器還不支持模板，因此，它們不得不借助非模板的其它手段來將COM功能摻入類中。Microsoft通過加入一些虛函數(shù)到CCmdTarget類和一些宏中解決了這個(gè)問題，使得在MFC中實(shí)現(xiàn)COM接口有了可能。

    客戶要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)COM對(duì)象首先應(yīng)得到類廠對(duì)象，再由類廠對(duì)象創(chuàng)建COM對(duì)象。為了實(shí)現(xiàn)類廠對(duì)象，MFC提供了一個(gè)通用的類廠COleObjectFactory，其從CCmdTarget派生，并實(shí)現(xiàn)了IclassFactory2接口。在COleObjectFactory的成員中，最主要的是對(duì)象的類標(biāo)識(shí)符（CLSID）和類型信息，類廠的CreateInstance成員函數(shù)利用這些信息在運(yùn)行中創(chuàng)建COM對(duì)象。

    OPCServer應(yīng)用程序包括了一個(gè)Server對(duì)象、多個(gè)Group對(duì)象、多個(gè)Item對(duì)象，Server對(duì)象實(shí)現(xiàn)IOPCServer接口；Group對(duì)象實(shí)現(xiàn)IOPCItemMgt、IOPCSyncIO接口；Item對(duì)象不實(shí)現(xiàn)任何接口，只是建立與數(shù)據(jù)源的連接。

    數(shù)據(jù)通信是通過OPC客戶對(duì)OPC服務(wù)器的多次調(diào)用完成的。OPC客戶首先要通過類廠對(duì)象創(chuàng)建OPCServer對(duì)象，由OPCGroup對(duì)象的IUnknown接口查詢到IOPCServer接口，再通過調(diào)用這一接口根據(jù)客戶需要增加多個(gè)OPCGroup對(duì)象；這樣OPC客戶就可以通過創(chuàng)建的OPCGroup對(duì)象調(diào)用IOPCItemMgt接口增加實(shí)際數(shù)量的Item對(duì)象；即創(chuàng)建OPCItem對(duì)象；接著通過調(diào)用OPCGroup對(duì)象的IOPCSyncIO接口成員函數(shù)Read和Write同步讀寫該組所包含的Item對(duì)象的屬性，即實(shí)際數(shù)據(jù)值；最后OPC客戶在退出時(shí)釋放所有的接口并依次刪除OPCItem、OPCGroup和OPCServer對(duì)象。

    客戶端程序與OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器連接的過程：
    步驟1：初始化COM庫。
    hr=CoInitialize(NULL);
    if(FAILED(HR))
    {
       AfxMessageBox(“CoInitialize fail!”)
               return true;
     }
    …….
    CoUninitialize();
    return FALSE;

    步驟2：創(chuàng)建Server對(duì)象（以下代碼均略去變量定義、出錯(cuò)處理等部分）。
    CLSIDFromProgID(PROGRAM_ID,&clsid);
    HRESULT hr=CoCreateInstance   (clsid,NULL,CLSCTX_INPROC_SERVER,IID_IUnknown,reinterpret_cast<void**>(&m_pUnknown));
    if(FAILED(hr))
    MessageBox(“can't create server”);
    return TRUE;

    步驟3：獲得IOPCServer 接口。
    m_pUnknown->QuertyIterface(IID_IOPCServer,( void**)(&m_pServer));

    步驟4：添加組
    m_pServer->AddGroup(“GROUP”,TURE,CLIENT_RATE,1,NULL,NULL,O,&m_hGroup,&revisedUpdateRate,ID_IOPCItemMgt,(LPUNKNOWN*)(&m_pItemMgt));

    步驟5：添加其他接口
    m_pItemMgt->QueryInterface(IID_IOPCSyncIO, ( void**)(&m_pSyncIO));
    m_pItemMgt->QueryInterface(IID_IOPCASyncIO, ( void**)(&m_pASyncIO));

    利用IOPCServer接口，可以實(shí)現(xiàn)增加或刪除組對(duì)象等管理功能；利用IOPCItemMgt接口在組中可以實(shí)現(xiàn)增加(IOPCItemMgt::AddItems()、刪除(IOPCItemMgt::DeleteItems())及管理項(xiàng)等功能，利用IOPCSyncIO和IOPCASyncIO可進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步或異步讀寫操作，不多贅述。

2.2 通過創(chuàng)建包裝類實(shí)現(xiàn)客戶端

    利用#import偽指令引入類型庫，編輯器從類型庫中讀取信息并且創(chuàng)建包裝類。不僅可以對(duì)類型庫文件（.tlb）使用#import指令，也可以對(duì)組件DLL或EXE文件，甚至支持類型庫的復(fù)合文件和LoadTypeLib函數(shù)可以理解的任何其他文件格式使用#import指令。#import指令將產(chǎn)生兩個(gè)文件，他們位于輸出路徑，和類型庫具有相同的名稱，后綴分別為“.tlh”和“.tli”。用#import指令引入類型庫時(shí)，在StdAfx.h文件中添加：#import “...\...\OPCServer\OPCServer.tlb”\，其他步驟代碼類似COM庫函數(shù)開發(fā)方式。

    包裝類封裝了COM庫函數(shù)，Visual C++客戶程序通過包裝類訪問組件提供的屬性和方法。雖然中間多了一層，但對(duì)客戶程序開發(fā)人員來說，卻方便多了。#import指令利用了一個(gè)新的類：_com_ptr_t，也被成為智能指針，是一個(gè)模板類，它封裝了接口指針并提供了一些方法和重載操作符來簡(jiǎn)化指針的操作。智能指針自動(dòng)執(zhí)行COM的CoCreateInstance和QuertyIterface、AddRef和Release函數(shù)。要實(shí)現(xiàn)異常處理，可使用try/catch塊。在catch塊中，異常對(duì)象類型為_com_error對(duì)象。_com_error類封裝了HERSULT錯(cuò)誤代碼和IerrorInfo接口提供的相關(guān)環(huán)境信息。用#import偽指令，使得在Visual C++中使用代碼組件和在VBA中一樣方便，而且不需要在工程中對(duì)組件進(jìn)行源代碼維護(hù)。

2.3 利用第三方的動(dòng)態(tài)連接庫或工具包快速開發(fā)OPC客戶端

    互聯(lián)網(wǎng)上有一些OPC客戶端和服務(wù)器的開發(fā)工具包（ToolKit），利用這些工具包可以快速地開發(fā)OPC程序，但這些工具包大多需要付費(fèi)。Factory Soft還開發(fā)了比較通用的服務(wù)器和客戶端的快速開發(fā)工具，文獻(xiàn)[4]介紹了把它用于先進(jìn)控制軟件平臺(tái)的開發(fā)和應(yīng)用情況，但這個(gè)開發(fā)工具價(jià)格昂貴，不適合中小型系統(tǒng)的自主開發(fā)。也有一些是免費(fèi)的客戶端程序和可產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù)的服務(wù)器程序以及一些測(cè)試評(píng)價(jià)工具。比如Wintech OPC Server Client Develop Kit (1.0)，其源代碼可從http://www.csdn.net或http://www.win-tech.com /index.htm 下載，解壓縮后需注意四個(gè)文件：WTclient.dll、Wtclient lib文件、WTclientAPI.h、Wtclient Word文檔。WTclientAPI.h 定義了部分API函數(shù)，這些API函數(shù)的實(shí)現(xiàn)以DLL的形式封裝起來，詳見WTclient DLL User