數據和信息是DCS監(jiān)督控制的基礎，不僅來源于DCS現場控制層，還可來源于第三方設備和軟件。一個好的DCS監(jiān)控應用軟件應能提供廣泛的應用接口或標準接口，可方便地實現將DCS控制器、第三方PLC、智能儀表和其他工控設備的數據接入到系統(tǒng)中。一般監(jiān)控系統(tǒng)都把數據源看做外部設備，驅動程序與這些外部設備交換數據，包括采集數據和發(fā)送數據/指令。
    在com/tags/OPC" title="OPC" target="_blank">OPC出現以前，應用程序開發(fā)商（DCS廠商）需要不斷地開發(fā)這些設備的驅動程序，不但帶來了大量重復性勞動，也帶來了很多問題。如硬件供應商在硬件上作出一些小小的改動，應用程序就可能需要重寫；同時由于不同設備甚至同一設備的不同單元驅動程序可能不同，很難同時對這些設備進行優(yōu)化操作。傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)是一對一的系統(tǒng)，任何一種DCS、SCADA、MES等上位監(jiān)控軟件或其他應用軟件在使用某種硬件設備時都需要開發(fā)專用的驅動程序，系統(tǒng)構建完成后的最終結果是：
    (1) 一種軟件要使用N類硬件設備需要開發(fā)N個驅動程序。(2) M類軟件要使用N類硬件設備需要開發(fā)M×N個驅動程序。(3) 每增加一個新的應用軟件需要另外開發(fā)N個硬件設備的驅動程序。(4) 每增加一個新的硬件設備需要為M個軟件開發(fā)新的設備驅動程序。
    圖1是傳統(tǒng)工業(yè)控制驅動程序的開發(fā)示意圖。

    為了解決傳統(tǒng)工業(yè)控制開發(fā)中的問題，硬件制造商一直試圖開發(fā)出一種可以被任何客戶應用程序使用的超級“設備驅動”程序。但是由于設備通信協議的不一致性，這項工作一直較為困難。
    在此背景下,本文提出了一種基于OPC的DCS第三方設備數據采集系統(tǒng)(COMMOPC)的設計與實現方法。本方法在高度抽象各種通信方式和通信協議的基礎上，實現了DCS與各種第三方設備的通信功能。
1 OPC技術簡介
    OPC[1](OLE for Process Control)是用于過程控制的OLE(Object Linking and Embedding)技術,它是世界上多個自動化公司、軟硬件供應商與微軟合作開發(fā)的一套工業(yè)標準，是專為在現場設備、自控應用、企業(yè)管理應用軟件之間實現系統(tǒng)無縫集成而設計的接口規(guī)范。這個標準使得COM技術適用于過程控制和制造自動化等應用領域。OPC以OLE、組件對象模型COM(Component Object Model)及分布式組件對象模型DCOM(Distributed COM)技術為基礎，定義了一套適于過程控制應用，支持過程數據訪問、報警、事件與歷史數據訪問等功能的接口，便于不同供應商的軟硬件實現“即插即用”的連接與系統(tǒng)集成[2]。
    OPC規(guī)范采用客戶/服務器模型，建立了一套在硬件供應商和軟件開發(fā)商之間相互遵循的規(guī)則。只要遵循這套規(guī)則，數據交換對兩者來說都是透明的，硬件供應商無需考慮應用程序的多種需求和傳輸協議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質和操作過程。圖2為使用OPC技術后工業(yè)程序的開發(fā)過程。

    基于OPC技術的系統(tǒng)構建完成后的最終結果是：
　 (1) M類軟件要使用N類硬件設備只需要開發(fā)N個驅動。
　 (2) 每增加一個新的應用軟件不需要另外開發(fā)硬件設備的驅動程序。
　 (3) 每增加一個新的硬件設備只需要為開發(fā)一個新設備的驅動程序。
    由此可見，任何一種設備只需要提供一種驅動就可以供任何軟件系統(tǒng)使用。
2 COMMOPC系統(tǒng)簡介
    基于OPC技術及多年驅動程序的開發(fā)背景，和利時公司開發(fā)了擁有自主專利的基于OPC的DCS第三方設備數據采集系統(tǒng)——COMMOPC。該系統(tǒng)是DCS、MES和RealMis等應用系統(tǒng)與現場設備之間的通用數據接口，實現對現場設備實時數據的訪問，可廣泛應用于企業(yè)自動化應用系統(tǒng)與現場設備之間的信息集成；可以把現場設備數據轉化成標準OPC數據，供OPC Client訪問，實現對現場數據的集中管理，并以OPC接口的方式供上層應用軟件訪問。只要具有OPC Client功能的應用軟件即可實現對現場設備數據的訪問，通用性好。
    COMMOPC系統(tǒng)結構如圖3所示，各個部分功能相對獨立又相互協作，形成一個統(tǒng)一的整體。

    COMMOPC系統(tǒng)IO驅動部分共有36種不同通信協議的第三方設備的設備驅動(由設備驅動開發(fā)包生成)，由OPC Server與外部設備及應用系統(tǒng)交換數據，包括采集數據和發(fā)送數據/指令，實質上是實現各種通信協議向OPC標準協議的轉換功能。這樣，DCS就不需理會具體的設備和應用類型，而只通過OPC Client與OPC Server的數據交換就能實現與外部設備和應用系統(tǒng)的數據交換。
3 COMMOPC的主要功能
    COMMOPC系統(tǒng)主要提供三個功能：
    (1)界面功能。包括:特殊操作控制，控制密碼可修改；點名、路徑兩種標簽瀏覽方式，默認為點名方式；界面配置；對組配置信息的導入導出；保存配置信息；OPC客戶端調試工具；串口監(jiān)視工具；監(jiān)視通信過程信息；監(jiān)視實時通信數據；顯示樹型列表；手動控制單個通道通信啟停；托盤顯示當前運行狀態(tài)；提供測試版(測試版最多運行10小時)；運行版，測試版通過授權后自動轉為運行版；版本顯示；配置備份及恢復；安裝時自動注冊OPC服務器功能。
    (2)通信功能。包括:支持OPC DA 1.0、DA 2.0規(guī)范，滿足應用同步、異步、訂閱任一種訪問方式OPC客戶端實現數據通信；支持OPC客戶端重連接；提供各通道、各設備狀態(tài)信息，這些信息點作為有效點供OPC客戶端訪問；提供通道冗余；提供通信診斷；36種驅動，驅動滿足：采集設備的開關量、模擬量功能；對設備遙控、設定值功能；可進行特殊配置；支持串口通信方式，可掛接串口設備；支持以太網TCP通信方式，可掛接以太網TCP設備；支持以太網UDP通信方式，可掛接以太網UDP設備；提供OPCServer、通道、設備的狀態(tài)供OPC客戶端訪問。
    (3)日志功能。包括:日志信息種類可配置功能；日志自動生成、維護功能。
4 COMMOPC的系統(tǒng)設計方法
4.1模塊組成及邏輯
    COMMOPC系統(tǒng)由OPC接口模塊、數據管理模塊、數據顯示模塊、通信管理和調度模塊、規(guī)約處理模塊、通信測試和診斷模塊、日志模塊等組成。其系統(tǒng)邏輯圖如圖4所示。

4.2 OPC地址空間的設計
　OPC服務器中包含了很多可供客戶訪問的資源，這些資源在OPC中被稱為項(Item)。為了方便客戶訪問，這些項應該按照一種合理的方式進行組織。服務器中的每個項都有一個全局有效標識名FID(Full qualified ID)。有了FID，客戶就可以找到該項，因此稱該全局有效標識名為該項的服務器地址(簡稱地址)。這種具有服務器地址的項按照一定的方式組織在一起，就形成了服務器的地址空間。服務器地址空間就是服務器上包含的可以供客戶訪問的資源的集合。服務器地址空間是由服務器確定和管理的，其描述了服務器中包含了哪些項，以及這些項是按照什么形式進行組織的。
   本文地址空間設計為4層目錄結構，如圖5所示。

   根對象(CRoot::m_Root)是4層目錄結構的根，維護通道列表(ChannelList),所有的通道都可以通過m_Root找到；通道對象(CChannel::m_branches)是本系統(tǒng)地址空間的第1層，維護設備列表(DeviceList)，每個通道都可以有n個設備；設備對象(CDevice::m_branches)是第2層，維護組列表(GroupList)，組可以將標簽分為不同的類型；組對象(CGroup::m_tags)是第3層，維護標簽列表(TagList)；標簽(CExTag)是最后一層地址空間，標簽對應具體設備的點。
    在OPC接口內含有地址空間的根，用戶通過配置通道、設備、組及選擇組內的點之后即可完成地址空間的建立。當地址空間建立后，OPC Client可以通過OPC接口訪問地址空間內任意標簽點的值。標簽的地址格式為：ChName.DevName.GrpName.TagName。
4.3 設備驅動開發(fā)包的設計
    設備驅動開發(fā)包采用動態(tài)鏈接庫形式，不同通信協議的設備驅動程序都在開發(fā)包框架內編寫。這樣可以提高設備驅動的開發(fā)效率，同時方便維護升級，設備驅動的修改不會影響軟件主體部分。
    利用設備驅動開發(fā)包可以開發(fā)各種通信協議的設備驅動模塊。規(guī)約處理是設備驅動模塊的核心任務，不同的通信協議對應著不同的設備驅動模塊。根據需求，設備驅動模塊以DLL的形式生成，模塊修改或者添加功能后，只需要覆蓋原模塊，不需要重新編譯主程序。設備驅動模塊的主要功能是從主程序得到所要請求的標簽的信息，然后打包發(fā)送給設備，從設備讀取應答、解析數據，將相應的數據發(fā)送到數據管理和顯示模塊。如果OPC客戶端有控制命令，會發(fā)送給OPC服務器，OPC接口模塊將消息發(fā)送給設備驅動模塊，由設備驅動模塊進行打包，將命令報文發(fā)送給設備。
    設備驅動開發(fā)包生成的DLL形式的設備驅動模塊，如圖3驅動部分所示。

    本文在充分研究各種通信協議的基礎上,設計了COMMOPC系統(tǒng)，對第三方設備的數據采集進行了統(tǒng)一及標準管理，該方法有很好的靈活性和擴展性。通過實際應用證明，該方法設計的數據采集系統(tǒng)，不僅完全滿足了第三方設備數據采集的需求，還具有良好的穩(wěn)定性、靈活性和可維護性。
參考文獻
[1] The OPC of data access custom interface standard version 2.05, Dec 17,2001.OPC基金會，www.opcfoundation.org.2001.
[2] 潘愛民. COM原理與應用[M]. 北京:清華大學出版社，1999:50-63.