OPC技术在TRACE MODE系统中的应用

AdAstrA科技集团中国办事处 付贵云

摘要：概述了OPC技术的概念及其应用，讨论了TRACE MODE使用OPC技术在现场设备间开放式数据交换，异构网段间数据共享中的作用。介绍了TRACE MODE作为OPC服务器和OPC客户端的设置方法。最后介绍了TRACE MODE中的OPC通讯方式，其必将在大型SCADA系统中得到越来越广泛的应用。
关键词：OPC  TRACE MODE  开放式  异构  组态软件

由于计算机和工控制软硬件产品开发的渐进性与生命周期，今天的工控系统已经形成多厂商产品共存的异构环境。由于开发商的不同和设备、软件的不同，目前的各种自动化系统都设计了各自专用的接口，这样不同的开发商设计生产的产品就不能实现互相通信。而对集成大型自动化系统来说，在硬、软件组件的选择上受到很大的限制，不能利用现成的硬、软件资源，浪费了大量的劳动却不能保证所集成系统的质量。随着技术的发展，自动化系统要求实现大范围的信息共享及实时监控，因而对工业控制系统的开放性、快速性、安全性提出了越来越高的要求。正是这种应用需求的强烈驱使，由基金会OPC(OLE for Process Control)提出一种专门适用于工业控制过程的标准。OPC提供了访问工业控制中的站端数据的一种通用方式。按此标准设计自动化系统，可使不同厂家的产品实现通用化，使系统能够实现即插即用和无缝连接。在这样的前提下，也促进了TRACE MODE对支持OPC通讯方式功能的应运而生，TRACE MODE在利用OPC的方式进行通讯时既能做为OPC的服务器也能做为OPC的客户端。

1.       OPC技术简介

OPC是为了解决应用软件和各种设备驱动程序的通讯而产生的一项工业技术规范和标准。它采用客户/服务器体系，基于Microsoft的OLE/COM和DCOM(Distributed Component Object Model)技术，为硬件厂商和软件开发者提供了一套标准的接口。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性。OPC是一种标准接口，它能被连接到I/O装置、PLC(Programmable Logic Control)、现场总线、组态软件等，该技术提供一种即插即用的硬、软件组件，用户很容易将它们集成为完整的自动化系统。利用OPC技术开发标准的OPC服务器来代替过去专用的I/O设备驱动器软件，并将各种应用设计成OPC的客户端，这样在OPC客户和OPC服务器之间就可进行通信和互操作，OPC硬件和软件制造商就能够在互联问题上花费很少的时间而将大量的精力放在应用问题上，从而减少大量的劳动。

OPC可以充当现场设备、数据传输和向上层的应用程序的接口。当作为下层现场设备的标准接口时它代替传统的“I/O驱动器”来完成与现场设备的通信。当OPC服务器向上层应用程序提供标准接口时，使上层的应用程序能够取到OPC服务器中的数据，从而向上实现互联。

所以基于先进的COM技术的OPC技术在过程控制中广泛使用是顺理成章的事情。OPC技术在以下方面显示出它的优越性：

(1)     系统开放

采用OPC的系统，是完全开放的系统。尽管各个厂家的硬件设备和系统有所不同，但只要采用统一的OPC接口，就可容易的接入，因此用OPC构成的系统是完全开放的系统。

(2)     成本低

一是硬件可以选择价廉物美的产品，二是软件开发费用大幅度降低。三是人员的培训期短，费用低。

(3)     构成容易使用灵活

用户可以根据自己的情况组成理想的系统，既便于组成新的系统，也便于原有系统的改造。

(4)     即插即用

即插即用在设备制造厂和监控系统的销售商都支持OPC的场合。若用OPC构成一个监控系统的话，可以根据项目自身的特点选用最佳的设备、远程终端和监控组态软件，构成最合适的系统。图2是采用OPC接口的系统结构。

2.       TRACE MODE中OPC通讯的适用场合

OPC是为了连接数据提供源（OPC服务器）和数据的使用者（OPC应用程序）之间的软件接口标准。TRACE MODE软件作为OPC的客户端时，可通过其内嵌的OPC Client功能连接现场具有OPC Server功能的数据提供源，这些数据提供源既可以是PLC、DCS的硬件系统，也可以为类似TRACE MODE、FIX、组态王的组态软件。同时TRACE MODE内嵌的OPC Server功能可很方便的向其他OPC应用程序提供数据。OPC接口既适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据使用者（OPC应用程序）的HMI／SCADA等自动化程序，也适用于TRACE MODE等应用程序和其他组态软件等异构系统之间的通讯。所以OPC接口是适用于很多场合，且具有高度柔软性的接口标准。

                             1)       TRACE MODE可以使用OPC通讯方式实现与现场设备间开放式数据交换

OPC技术的最初设计目标是创建一个有效实现底层数据交换的接口。过去，TRACE MODE需要为现场不同的硬件设备开发专用的驱动程序接口，这样就需要大量的开发工作。而TRACE MODE具有OPC功能后可采用OPC技术与现场任何支持OPC通讯方式的硬件设备进行通讯，而不再需要额外的开发工作，因而缩短工程的开发周期。在这种通讯方式中硬件设备中OPC服务器的功能类似于I/O驱动器。它负责与作为数据供应方的现场设备通信，获取现场数据，将来自硬件设备的数据通过标准的OPC接口“暴露”给TRACE MODE。TRACE MODE充当了OPC客户的角色并且可以同时与多个OPC服务器进行通讯。

                              2)       TRACE MODE可以通过OPC实现异构网段间的数据共享

现场总线系统至今仍然是多种总线并存的局面，致使系统集成和异构控制网段之间的数据交换面临许多困难。以OPC作为异构网段集成的中间件可以形成如图2所示的系统集成软件解决方案。每种总线段提供各自的OPC服务器，TRACE MODE可以利用自己的客户端软件通过一致的OPC接口访问这些OPC服务器，从而获取各个总线段的数据。

TRACE MODE的OPC功能使设备驱动程序开发中的异构问题得到圆满的解决，实现了接口的标准化。为TRACE MODE与异构计算机环境，如不同总线协议、不同厂商产品的系统集成提供了公开、方便的途径。

                                 3)       TRACE MODE可以通过OPC集成FCS、DCS、PLC

TRACE MODE通过OPC除了能连接异构控制网段之外，还可以连接不同类型的控制系统与设备。其中包括传统的离散I/O系统、DCS（分布式控制系统）与PLC（可编程逻辑控制器）系统以及FCS（现场总线控制系统）。底层设备和仪表的信息通过OPC进入TRACE MODE系统，从而使信息能够在各个系统之间充分流动。

                                  4)       TRACE MODE可以通过OPC访问专有数据库

在实际应用中，许多组态软件（包括TRACE MODE）都采用专有的实时数据库或历史数据库，这些数据库由组态软件的开发商自主开发。对这类数据库的访问不象访问通用数据库那么容易，只能通过调用开发商提供的API函数或其它一些特殊方式。不同开发商提供的API函数是不一样的，这就带来和硬件驱动器开发类似的问题：要访问不同监控软件的专有数据库，需要编写不同的代码，而且还要分别了解各个数据库提供的API函数的调用方法。这显然是十分烦琐的。TRACE MODE通过OPC则能有效的避免这个问题。TRACE MODE的OPC客户端程序能够用来访问不同的专有数据库，只要这些监控软件专有数据库在提供数据库的同时也提供一个可以访问该数据库的OPC服务器。

随着控制领域技术的飞速发展，组态软件和硬件设备的种类越来越多，更新周期越来越短，都迫切要求形成开放的工业控制系统。TRACE MODE可使用OPC的通讯方式为构建开放的自动化系统提供有效的解决方案。

3.       TRACE MODE通过OPC与第三方应用程序通讯的设置

1)        TRACE MODE作为OPC Client与第三方应用程序通讯的设置

因控制系统构成的不同，第三方应用程序（数据提供源的OPC服务器）既可以是和TRACE MODE在同一台计算机上运行的本地OPC服务器，也可以是在其它计算机上运行的远程OPC服务器。当系统中运行的是远程OPC服务器时，由于OPC是基于COM/DCOM技术的，因此需要进行DCOM的设置。

DCOM的默认属性选项卡的设置如下所示：

 DCOM的默认安全机制选项卡下添加“Everyone”的用户，设置如下：

再有需要配置的是在OPC Server程序运行的计算机的“控制面板”的“用户和密码”增加运行OPC Client程序的计算机的登录用户及其密码。

与OPC服务器进行数据交换的通道在TRACE MODE是可以自动建立的。工程自动建立技术是TRACE MODE独有的一项技术，其目的是提高控制系统的开发效率。为在TRACE MODE中建立OPC Server的通道，需进入对象编辑窗口，

 点击工具栏上的“节点”菜单，选择“连接OPC服务器”，在“OPC服务器选择”对话框中点击“添加”按钮，在弹出的“选择OPC服务器”对话框，选则网络上要连接的OPC服务器（注：所连接计算机的作为OPC服务器的工程在此操作之前应启动）。本例中，我们以连接另外的网络计算机“ADASTRA”的TRACE MODE OPC服务器为例，双击“ADASTRA”计算机，选择 后确定。

选中下图中的 ，单击“选择”。在“选择自动建立OPC通道”对话框中选中要连接的通道或通道对象，点击 按钮，加入到右边“选项”栏目中。

选择完所需进行通讯的通道后，单击“OK”按钮，在通道对象编辑窗口中出现下面图标 ，系统已自动生成采用OPC方式进行通讯的通道。至此，工程通道库的建立已完成，保存工程文件。运行工程即可实现TRACE MODE的两个节点以OPC方式的通讯。与其他第三方应用程序通过OPC方式通讯的设置与此类似，区别在于选择各自不同的OPC服务器而已。

2)        TRACE MODE作为OPC Server与第三方应用程序通讯的设置

    TRACE MODE同样具有OPC Server的功能，当TRACE MODE作为数据提供源时，并不需要特殊的设置，只需将TRACE MODE的工程启动即可。并且OPC客户端在选取OPC服务器时，选择TRACE MODE OPC gateway。

4.        TRACE MODE系统中OPC的应用

TRACE MODE的OPC通讯方式设置简单、方便，目前已经在很多工程中得到了应用。

贵铝炭素厂的SCADA系统的建设方案就是利用TRACE MODE的OPC功能而设计的。该方案主要利用TRACE MODE的OPC通讯方式与原有的控制系统实现异构系统的数据共享和交换。TRACE MODE通过OPC读取车间IPC（工控机）中采集的数据及专有实时数据库的数据，在TRACE MODE进行组态和网络发布，供其它浏览器浏览，以了解生产现场的设备运行情况等信息。

5.       结束语

TRACE MODE的OPC通讯功能具有开放性、快速性、可靠及设置简单等特点，可实现异构系统的数据共享和交换，必将在大型SCADA系统中得到越来越广泛的应用。

【参考文献】：

[1]. 陆丽萍，阳宪惠. 开放系统中的OPC与OFC技术[J]. 信息与控制, 1999 (增刊)；

[2]. 阳宪惠. 开放工控系统中的中间件——OPC技术[J]. 自动化博览，2002；

作者简介：付贵云 毕业于哈尔滨工业大学工业自动化专业，现为AdAstrA科技集团中国办事处TRACE MODE组态软件的技术支持工程师。