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張榮華 （1980-）
女，福建龍巖人，助理工程師，畢業于南京工程學院自動化專業，研究方向為PLC在各工業控制領域中的應用、PLC與各設備間的通訊。

摘要：本文簡要介紹了基于COM的OPC技術，包括OPC的技術結構、標準的由來。著重闡述OPC技術在溫州電廠輔機系統控制網絡中的應用，利用OPC技術成功實現遠程SCADA網絡以及不同廠家硬件與應用軟件之間的驅動。

關鍵詞：OPC；COM；SCADA

Abstract: This paper briefly introduces the OPC technique based on COM, including the 
technological structure and the origin of standard. The paper mainly describe application
 of the OPC technique in the auxiliary control network of WenZhou power plant, which 
realizes remote SCADA network, and the drivers for different hardware and software.

Key words: OPC; COM; SCADA

1 OPC簡介

    傳統工控系統的驅動和與其連接的應用程序之間的接口沒有統一標準，為了實現不同廠家的硬件和軟件之間的數據交換和傳輸，必須開發各自的通訊程序。從而引起開發成本高、重復性勞動、驅動不一致和訪問沖突等問題，很難適應現代工控系統的開放性要求。

    OPC（OLE for Process Control）規范是在Microsoft倡導下，為不同供應商的設備和應用程序之間的接口標準化，使其相互間數據交換更加簡單，OPC基金會所建立的硬件和軟件標準。它把硬件供應商和軟件開發商分離開來，在數據源和客戶之間架起一座橋梁，為解決統一標準的問題提供了方案。目前，針對OPC技術的研究主要集中在OPC服務器和應用程序開發兩個方面。OPC服務器一般由硬件供應商或由獨立的軟件供應商提供，而應用程序則由各OPC技術用戶來完成。

1.1 基于COM的OPC技術

    COM（Component Object Model，即組件對象模型）是微軟公司提出的組件通信方法之一，是軟件組件間相互交換數據的有效方法，支持客戶機/服務器模式。客戶機包含若干客戶對象，服務器負責創建服務對象的實例。客戶對象是請求的發出者，而服務對象是被請求者。客戶通過指針訪問所有的對象，如果對象位于進程內，則直接調用它；如果對象位于進程外，則調用先傳遞到COM提供的代理對象，由代理對象生成其他或遠程的調用。

    COM技術為簡單實現控制設備和控制管理系統之間的數據交換提供了技術基礎，OPC規范采用COM/DCOM為技術基礎的客戶/服務器模式。在這種模式中，同一個客戶程序可以訪問多個服務器，同一個服務器也可以同時為多個客戶提供服務。OPC提供了COM組件之間連接的工業標準化COM接口，OPC服務器組件提供一個標準接口給OPC對象，并通過這些接口進行管理，客戶通過COM提供的API創建和管理服務器。

    OPC采用客戶/服務器的通信模式。其服務器功能類似于I/O驅動器，它一方面負責與數據供應方（如現場設備或數據庫）的通信，另一方面又將來自數據供應方的數據通過標準OPC接口“暴露”給數據調用方（如MMI人機界面軟件）。數據調用方充當了OPC客戶的角色。標準接口是保證互操作性的關鍵，它使所有支持OPC的客戶能夠以一致的方式訪問所有OPC服務器。OPC服務器自上而下包括三類對象：Server、Group和Item。每個Item對象對應現場的一個實際物理點，或者說實際上對應了一個“位號”。

    OPC服務器不僅可以用于硬件設備與應用軟件之間的通信，同時還可以用于各個應用程序之間的通信。只要每個應用程序都給其他應用提供一個標準的OPC接口，它們之間就可以方便地進行數據交換。

    過去，客戶應用程序的開發商需要為每一臺控制設備開發不同的驅動程序接口，而OPC標準的出現使所有驅動與軟件的接口得到統一，這些開發商只需要通過一個全球一致的OPC接口就能訪問所有提供了OPC服務器的現場設備。

2 溫州電廠輔機控制網絡

    溫州電廠輔控網包括3個分系統，分別是水務控制系統、凝結水精處理系統和渣水處理系統。每個分系統的底層硬件均采用羅克韋爾自動化公司的RSLogix5000系列PLC，上位機監控軟件則不同。其中水務控制系統和凝結水精處理系統均采用GE FANUC公司的iFix作上位機監控軟件，渣水處理系統采用國產軟件組態王。具體的網絡拓撲結構如圖1所示。

                                圖1   溫電三期輔控網拓撲結構圖

    為了實現電廠外圍輔機控制系統的集成，所有外圍輔機控制系統全部集成在原水務控制系統的計算機上，所有對輔機設備的操作都在原水務系統的計算機上進行。

    在溫州電廠輔機控制系統的SCADA網絡拓撲結構中，凝結水精處理、渣水處理的控制系統上位機是SCADA結構中的SERVER，水務控制系統中的兩臺服務器成為SCADA網絡中的CLIENT。但這兩臺服務器具有一定的復雜性。一方面，作為SCADA結構中的CLIENT，對凝結水精處理系統、渣水處理系統兩臺SERVER進行數據的讀寫；另一方面，利用安裝在本機上的RSLINX軟件（OPC數據源）對水務系統PLC控制器進行數據讀寫。因此，集成后的這兩臺服務器兼具客戶機與服務器的職能，其數據源有多個。

    OPC技術在溫州電廠輔機控制系統中的應用主要體現在兩個方面。一是水務控制系統中，上位機利用OPC技術完成對PLC控制器中數據的讀寫；二是水務控制系統的上位機利用OPC技術實現從遠程的凝結水精處理、渣水處理上位機中讀寫數據。第一種情況下，OPC服務器相當于硬件的驅動程序；第二種情況下，則是不同的工業監控軟件利用OPC協議，實現遠程數據共享和數據交換。

3 通過OPC服務器完成硬件驅動

    溫州電廠水務控制系統中，由于硬件和軟件的生產商是不同的廠家，iFix不能直接對PLC控制器內的數據進行讀寫。因此采用OPC技術來實現工控機與PLC之間的通訊和數據傳輸。

    RSLinx是羅克韋爾自動化公司提供的OPC SERVER。上位機中安裝的監控軟件iFix內置了OPC CLIENT程序，即PowerTool。RSLinx作為OPC SERVER，從PLC控制器中讀取數據，然后PowerTool按照OPC協議從RSLinx中讀取數據。

                                      圖2   數據結構

    由圖2可以得知，OPC協議中的數據結構分3層，分別是OPCServer、OPCGroup和OPCItem。最頂層的是OPCServer，這是調用應用最先能夠連接到的COM對象。接下來是OPCGroup對象集合，OPCGroup也是COM對象。它由調用應用動態生成，用于組織和管理位號及其屬性。最底層的是OPCItem。每個OPCItem對象提供了一個與現場數據的連接，即每個OPCItem與一個信號變量（包括過程值和設定值等）對應。OPCItem對象為OPC客戶提供諸如信號的數值、屬性以及數據類型等信息。它用來完成OPC服務器與實際數據的連接。

    OPCServer和OPCGroup都是COM對象。它們都為各自客戶提供了各自的接口。從服務器的有效性和復雜性等方面考慮，OPCItem一般不作為COM對象出現，因此它不提供與客戶的接口，對它的訪問必須通過它所屬的OPCGroup對象。OPCServer接口的主要功能如下：創建和刪除OPC組、瀏覽可用位號、將出錯代碼轉換成可識別的文本、獲取服務器的狀態信息。而OPCGroup接口則提供如下功能:從OPC組中增加和刪除OPC項目、管理OPC組中數據的更新速率、讀/寫OPC組中一個或幾個項目的數值等。

                                   圖3   iFix的實時數據庫

    圖3中可以看出，iFix的實時數據庫中，每個點的I/O地址就對應了每個OPCItem的屬性，即OPC協議中OPCItem與數據庫中的每個點是一一對應的。一旦iFix利用OPC技術成功實現對PLC控制器的驅動，數據庫中實時值就會出現不斷刷新的數據。

4 利用OPC構建遠程SCADA

    OPC客戶可以訪問本機上的OPC服務器，也可以通過網絡訪問遠程計算機上的OPC服務器。在遠程情況下，客戶需要與目標節點上的OPC服務器連接，這就需要使用DCOM（Distributed COM）來提供網絡支持。實際上，DCOM是COM技術在網絡上的拓展。

    溫州電廠輔機控制系統中，凝結水精處理系統和水務控制系統都是采用iFix作上位機監控軟件，因此水務控制系統作為CLIENT與凝結水精處理系統進行數據交互比較方便。因為iFix支持遠程SCADA結構。水務控制系統與凝結水精處理系統之間的數據交換實際上就是分布在網絡各處的不同iFix節點之間的數據交換，這是上層監控程序通過網絡實現遠程數據共享。IFix支持這種基于網絡分布的數據交換，并且傳輸速率非常快，可靠性好。下面重點介紹水務控制系統與渣水控制系統之間的數據交換。

    渣水控制系統采用國產工業監控軟件組態王作上位機程序，水務系統采用iFix作服務器的應用程序。為了實現兩個分布在網絡上不同應用程序之間的通信，采用了OPC技術。作為數據源的組態王，提供了標準的OPC數據接口；iFix遵循OPC標準規范，作為OPC CLIENT從遠程OPC SERVER提供的OPC接口讀取數據。

    利用OPC技術協議，成功實現iFix對組態王的遠程訪問。其中安裝在水務控制系統上位機的應用程序PowerTool（內置于iFix）就是OPC CLIENT，這一點與利用OPC實現硬件驅動大致相同。不同的是，OPC服務器的類型包括“In -process ”，“Local”和“Remote”三種。利用OPC協議實現硬件驅動時，OPC SERVER屬于“LOCAL”；在遠程訪問組態王的情況下，OPC SERVER屬于“REMOTE”。遠程OPC數據訪問的核心技術是DCOM，為了實現遠程應用程序之間的數據交互，需要對SCADA結構中的CLINET和SERVER的DCOM屬性作設置。一旦基于OPC的遠程SCADA網絡成功構建后，在CLIENT上就可以訪問到遠程SERVER上的每個數據，包括數據對象的不同屬性和方法。圖4所示為在水務控制系統的上位機上看到的渣水系統的數據結構。

                                  圖4   遠程瀏覽OPC SERVER的數據

    最后一點需要說明的是，由于在SCADA結構中的CLIENT采用iFix作上位機監控程序，而遠程SERVER采用組態王。不同應用程序中的畫面文件無法兼容，因此必須在客戶機上用iFix重新建立渣水控制系統的畫面文件。

5 結束語

    OPC技術在國際上得到了越來越廣泛的應用，已經成為許多新型控制系統數據傳遞的核心技術。溫州電廠輔機控制系統的成功集成充分體現了OPC技術的重要性和有效性。現場總線系統要實現其開放性，使不同廠家的軟硬件能方便地互連為協調工作的系統，除了通信的一致性之外，作為標準軟件接口的OPC技術在系統集成中也具有重要作用。它將促進控制系統朝著更加開放的方向發展。此外，目前現代發電企業現場控制系統采用DCS，上層管理系統采用MIS，現在SIS又開始逐步流行。可見現代發電企業缺乏的并不是數據，而是數據的有效挖掘和深處理，這就對異構網的數據共享提出更高要求，今后OPC技術必定在這些領域發揮極大的作用。