OPC客户端开发研究和应用
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通用DCS组态培训平台OPC数据通信技术的研究与实现
&&&&来源:万方数据&&&&作者：&&&&&&&&&&
本文通过介绍OPC技术的工作原理，结合通用DCS组态培训平台的工作机制，给出实现OPC异步通信客户端的一般步骤及关键技术。
&&& 分散(简称)是一个庞大的计算机和的综合体系，它以其高可靠、高性能、分散控制、集中监视和管理的功能以及合理的价格而得到工业界用户的青睐。随着计算机技术的飞速发展和市场需求的不断提高，的技术和功能更加强大和复杂，且产品在不断的升级，这给DCS的应用人员提出了更高的要求。现代工业自动化系统中大量使用着各个厂家的DCS软件，这些软件的应用大大提高了工业自动化的程度。但是不同厂家之间的DCS组态环境存在着较大的差异，甚至同一产品的不同版本之间也存在着差异。通用DES组态培训平台是基于一套现有DCS，仿真出多种DCS组态的效果，从而可以开展多种DCS组态培训。此平台的实现会大大节省开支，提高经济效益和培训效率。
&&& OPC是OPC基金会发布的一系列数据访问接口标准，旨在提高工业领域中自动化控制设备、异构系统，以及企业商务办公环境间的信息可交互性。基于COM／DCOM的OPC技术，提供了一个统一的通信标准，不同厂商只要遵循OPC技术标准就可以实现软硬件的互操作性。
&&& 1．1 0PC技术基础COM／DCOM
&&& OPC技术是以Microsoft公司的COⅣDCOM(组件对象模型／分布式组件对象模型)技术为基础的。COM主要实现了软件的复用和互操作，并且为基于WINDOWS的程序提供了统一的、可扩充且面向对象的通信协议，DCOM是COM技术在分布式计算领域的扩展，使COM可以在局域网、广域网甚至Internet上不同计算机上的对象之间通信。通过DCOM技术和OPC标准，完全可以创建一个开放的、可互操作的控制系统软件。
&&& OPC技术采用了Microsoft的COM／DCOM技术这一本质特性，使得OPC继承了COM／DCOM的优势。当各现场设备、应用软件都具有标准OPC接口时，便可集成不同数据源的数据，使运行在不同平台上、用不同语言开发的各种应用软件顺利集成。还可通过网络将不同网络节点上的软件模块连接成一个系统，成为整合计算机控制应用系统和软件的有效工具。在实现时，多种编程语言都提供了对COM的支持，对于OPC客户程序的开发，可根据实际需求，选用比较合适的语言。本系统中用Visual C++作为OPC客户端的开发语言。
&&& 1．2 OPC的对象组成
&&& OPC由3类对象组成，相当于3种层次上的接口：服务器(Server)、组(Group)和数据项(Item)。
&&& 服务器对象包含服务器的所有信息，同时也是组对象的容器。一个服务器对应于一个OPCServer，即一种设备的驱动程序。在一个Server中，可以有若干个组。组对象包含本组的所有信息，同时包含并管理OPC数据项。OPC组对象为客户提供了组织数据的一种方法，客户可对其进行读写，还可设置客户端的数据更新速率。OPC数据项是读写数据的最小逻辑单位，它代表了OPC服务器到数据源的一个物理连接。OPC数据项并不提供对外接口，客户不能直接对其进行操作，所有操作都是通过组对象进行的。OPC服务器中各个对象之间的相互关系及和OPC客户程序的关系如图1所示。
&&& 图1 OPC服务器中的对象与客户程序的关系
&&& 同样地，OPC客户端想要对Ovation系统的OPC服务器进行读写也必须确定这3类对象的信息。通常Ovation系统OPC服务器的名字为“O—VATION．OPC”或“OVATION．OPC．4”，其中4为修订码。同时想要连接到一个远程服务器，必须同时标明计算机名和OPC服务器名称。与服务器成功连接后，客户端需要向Ovation系统的OPC服务器创建和添加一个或数个组对象后，才可以通过数据项对象对OPC服务器进行读写操作。
&&& 1．3 OPC两种通信方式选择
&&& OPC数据存取规范是由OPC基金会发布的OPC DA自定义接口规范。OPC DA规范规定了两种通信方式：同步通信方式和异步通信方式。同步通信方式一般用于连接OPC服务器的OPC客户端较少，数据量较小的场合。在进行同步通信时，OPC客户端对OPC服务器进行操作后，客户端会一直处于等待状态，直到服务器对应的操作全部完成后才能返回。例如进行读操作，客户端须等待服务器完成读操作后才返回。因此如果有大量数据进行操作或者有很多OPC客户端对OPC服务器进行读、写操作，使用同步通信必然造成客户端的阻塞现象。
&&& 进行异步通信时，OPC客户端对OPC服务器进行相关操作，客户端完成操作后不必等待服务器的操作，可以立即返回进行其它操作，当服务器完成操作后再通知客户程序。例如进行读操作，客户端通知服务器后不等待服务器进行读操作完成立即返回，而服务器完成读操作后，会自动地通知客户端，把读操作的结果传送给客户端。因此相对于同步通信，异步通信的效率更高，适用于多客户端访问同一服务器和大量数据的场合。
2通用DCS组态培训平台OPC客户端异步通信的实现
&&& 2．1 Ovation系统OPC服务器通信规则
&&& Ovation控制系统采用高速度、高可靠性且高度开放的FDDI通信网络，该控制系统在网络中以“点”为中心定义并传送数据。SPD(SystemPoint Directory)中了所有点的数据库文件，包含模拟量点、开关量点及打包点等，每个点的定义包含数值和各类属性信息(字段名、点名、上下限、状态、点记录类型及ASCII描述等)。Ovation系统SUM算法的各个引脚和对应的点名如下：
&&& INl A1101
&&& IN2 AIl02
&&& IN3 A1103
&&& IN4 A1104
&&& TRIN NULL
&&& IOUT NULL
&&& OUT A0101
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12345678910基于西屋OVATION的DCS系统的应用软件设计与实现--《同济大学》2008年硕士论文
基于西屋OVATION的DCS系统的应用软件设计与实现
【摘要】：
生产企业中由于不同的生产单元采用异构DCS(分散控制系统)而使企业生产过程的全局信息难以集成与综合,阻碍了企业综合自动化的实现。论文针对这一问题首先提出了建立面向异构DCS控制系统的通用数据接口的解决方案。这个通用数据接口是企业生产信息的综合平台,它将企业的底层生产网络与上层管理信息系统连接起来。数据接口向下采集、管理和存储不同DCS控制系统、生产现场不同具体设备不同格式的生产过程实时数据,并且能够屏蔽各个DCS控制系统开发平台、网络通讯协议以及数据格式的互异性为上层管理信息系统提供标准、及时、准确的实时数据与历史数据,从而使得所有与生产运行有关的管理决策者、操作者及相关的应用程序都可以很方便及时得获得当前生产过程的实时数据和历史纪录。
由于众DCS系统一般都支持Modbus协议、OPC协议中的一种或多种,论文针对上述两种标准协议进行了程序设计。经测试针对上述协议的程序能稳定可靠的运行。
本论文在建立了通用数据接口的基础上分析了国内外众多DCS系统的软硬件结构特点。针对西屋的OVATION分散控制系统,面向DCS控制的典型应用软件,进行相关程序设计,满足控制需求,应用软件已长期稳定地在生产企业DCS中运行。
【关键词】：
【学位授予单位】：同济大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：TP273【目录】：
ABSTRACT8-11
第一章 绪论11-15
1.1 生产企业综合自动化概述11-12
1.2 西屋OVATI0N系统简介12-13
1.3 论文的选题背景及意义13-14
1.4 论文的主要工作和研究的问题14-15
第二章 面向DCS的应用软件设计15-20
2.1 生产过程DCS应用软件的发展与现状15
2.2 问题的提出与解决方案15-20
2.2.1 信息孤岛问题15-16
2.2.2 通用数据接口16-17
2.2.3 应用软件需求分析17-20
第三章 基于MODBUS协议与DCS数据交换20-37
3.1 MODBUS协议20-30
3.1.1 协议简介20-21
3.1.2 在Modbus网络上传输21-22
3.1.3 在其它类型网络上传输22
3.1.4 查询—回应周期22-23
3.1.5 两种传输方式23-24
3.1.6 Modbus消息帧24-25
3.1.7 Modbus域25-26
3.1.8 字符的连续传输26-27
3.1.9 错误检测方法27-30
3.2 MODBUS协议实现与OVATION系统的数据交换30-32
3.3 OVATION系统侧应用软件的实现32-37
第四章 基于OPC协议与DCS数据交换37-58
4.1 OPC技术规范37-39
4.1.1 OLE技术37
4.1.2 COM/DCOM技术37-39
4.2 OPC接口方式39-41
4.2.1 自动化接口的通信机制40
4.2.2 自动化对象模型40-41
4.3 OPC数据访问方式41-43
4.3.1 同步访问方式41-42
4.3.2 异步访问方式42
4.3.3 订阅访问方式42-43
4.4 OPC技术规范43-48
4.4.1 OPC数据存取规范43-47
4.4.2 OPC报警与事件规范47
4.4.3 OPC历史数据存取规范47
4.4.4 OPC批处理规范47-48
4.4.5 OPC安全规范48
4.4.6 OPC数据交换规范48
4.5 OPC接口实现48-56
4.5.1 开发环境准备48-49
4.5.2 应用程序实现49-50
4.5.3 客户端详细设计50-56
4.6 小结56-58
第五章 基于OVATION的应用软件58-74
5.1 过程监视程序58-63
5.2 过程控制计算程序63-67
5.3 公共应用程序67-74
5.3.1 历史站的特点68
5.3.2 数据归档过程68-71
5.3.3 数据收集过程71-72
5.3.4 收集历史数据产生报表72-74
第六章 结论与展望74-75
6.1 结论74
6.2 进一步工作方向74-75
参考文献76-78
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果78
欢迎：、、)
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