技术规范标准_opc接口技术规范

O P C接口技术规 关键词 ：OP C C OM D C OM数据信息技术规范服务器客户应用程序 OP C基本原理 O P C 是基于M i c r o s o f t 公司O L E C O M 和D C O M技术的。 1 。 0P C概述 O P C数 据信 息 访 问技 术规 范通 过 O P C J E 务器描述了O P C C O M 部件对象和 接13的运行情况。通过一个或者多个软 件供应商所提供的O P C驱动程序一个 O P C客户应用程序能够连接到O P C服务 器 O P C客户应用程序如图 1 所示 。 图 1 (9 P C窨P应弱程序 不同的软件供应商都能够提供相应 的O P C服务器。软件供应商提供的程序 代码决定了每个服务器所能够访问的过 程控制设备和数据信息，以及服务器怎 样访问物理控制设备数据信息的详细内 容和数据名称 。O P C 技术规范有关命名 习惯在后续的介绍中会详细涉及到。 O P C客户与服务器的关系如图 2 所示。 在应用过程中O P C服务器通常包 括服务器、组和项目等几个对象。O P C 服务器对象维持着有关服务器和适合于 l I A VoI 7 N o 6 6 2003 ， 厂、r 图 2 O P C客Ps服务器的关系 O P C组对象并作为一个容器服务器的数 据信息。而O P C组对象则维持着其自身 的数据信息 ，并为容器和逻辑 O P C项 目 提供运行机制。 O P C组为客户组织数据信息提供了 一 种方式。例如 在一个特殊操作显示 或者报表中，组可以表征项 目数据信 息也 能够进 行读取 和写入操 作。此外 ， 在一个组中。客户和项 目之间也能够很 容易地建立起连接关系 而且当需要的 时候还能够及时激活和取消。一个 O P C 客户应用程序可以组态数据信息的变化 速率，一个O P C服务器应该将变化的数 据信息提供给 O P C客户应用程序。 O P C组有两种类型的组别，即公共 和本地( 或者私有) 组。公共组的数据信 图3 组 项 8的关系 周爱华先生，重庆工业自动化仪表研究所 公用自控事业部副部长：汪仁智先生，副部长。 息可 以允许多个客户应用程序共享访 问，而私有组的数据信息仅供本地化客 户应用程序共享访问。更详细的内容在 后面还将会涉及到。对于公共组还有更 加特殊的可选择接13内容。 在每个组中，客户能够定义一个或 者多个 O P C项 目。如图 3 所示。 O P C项目表征了在服务器内部数据 信息来源的连接情况。从习惯性接13 的 一 面来观察，一个O P C项目是不大可能 直接访问一个由O P C客户应用程序所建 立的对象。因此 ，对于一个 O P C项 目 必须要有一个已经定义好的外部接13 来 完成这项工作。对于 O P C项 目的所有访 问则是依靠一个包含有O P C项目的O P C 组对象来实现的 ，或者只需要对 O P C项 目进行简单的定义 即可。 与每个O P C项目相关联的内容则是 数值、品质和时 间标志。数值是 以一个 变量的形式表现 出来 而品质则类似于 通过现场总线所指定的功能特 性。 应该更加注意的是 ，O P C项 目不是 数据信息的来源 ，O P C项 目仅仅是用于 连接数据信息来源的。 2 OP C适合于什么地方 O P C技术最初的设计是用于从网络 服务器访问数据信息O P C 接13能被应 用于程序中的许多地方。如图 4 所示， 最低限度O P C服务器接13 能从相应的物 理设备获得数据信息，并将其传输到一 个S C A D A 系统或者D C S 中去 ： 另一方面 也 可以将 S C A D A系统或者 D C S的数据 信息传送到应 用程序中去。这种结构体 l， n耳 ； 华 范 服 维普资讯 O P C 接13 技术规范 ( 上) 讲 童 图 4 O P C晷P 服务 器 的关 系 系和设计的运行机制使得有可能建立一 个O P C服务器且允许一个O P C客户应 用程序访问来自于其他许多O P C服务器 所提供的数据信息 当然 这些不 同的 O P C服务器程序则需要来自于许多不 同 的O P C服务器软件供应商并且是依靠 单个对象运行于不同的节点。 3 一般 O P C结构体系和组成 O P C是一种为两组接 13 提供了预定 义的技术规范这两种接 13 是 O P C常规 接13和O P C自动化接13。一个经过修改 以后的自动化接 13在 2 0 版本的 O P C技 术规范 中得到 了体现 。O P C接 13如图 5 所示。 O P C数据信息访问技 术规范详细指 定了C O M接 13( 即接 口是什么) 而不是 接E l 的执行 即并非怎样执行) 。另外 还指定了接13 被希望提供到客户应用程 序并进行使用的行为举止。 O P C数据信息访问技术规范内藏了 对结构体系和接E l 的恰当的详细描述。 像所有C O M部件的执行一样O P C是一 种客户 服务器结构模式 ，O P C服务器 部件为O P C对象及其管理工作提供了一 个接 口。 在一个 O P C服务器的执行过程中 有几个独特的事项需要考虑。主要问题 是通过非共享通信路径到相应的物理设 备的数据信息传输频率。因此我们希 望 O P C服务器既可以进行本地服务也 能够进行远程传输其E X E 文件所包含 的代码对于物理设备进行直接性数据信 息的采集是完全可靠和完善 的。 一 个O P C客户应用程序与一个O P C 服务器之间通过指定的 O P C常规和 自动 化接口进行通信处理。O P C服务器必须 首先执行常规接13然后就可以随意地 执行 自动化接 口。 1 i r O P C服务器 供应 商特殊逻擎 1 O P C自动化 , F ( 内藏 ，本地， 远程 处理程序) 脞川任厅 r 圈 5 O P C接口 c +应用程序 O P C自定义I F 固 ： I 本地数据 圈 6 典型 O P C结构体系 一 个 I n p r o c ( O P C 处 理器 ) 部件 可以被应 用 于配置接13和提供额外 的O P C自动化接13所需 要 的项 目级功 能特 性 。 o P c自定义 I F 本地或远程 O P C服务器 由多个客户共享 服务器数据 高速缓存器 物理设备 设备数据 典型 O P C结构体系如图 6 所示。 O P C 服务器通过各种各样的客户应 用程序进行巩固和优化数据信息访问方 式也是人们所期望的这样可以促进与 物理设备的有效通信性能。在输入( 读) 方面 通过物理设备所返 回的数据信息 对于异步分发或者通过不同O P C客户应 用程序的同步采集将得到进一步缓冲： 在输出 ( 写 ) 方面 O P C服务器代表 O P C 客户应用程序刷新物理设备的数据信息。 4 对象和接口 O P C服务器对象为一组数据信息源 进行访问( 读 写) 或者通信提供了一种 方式。源变量的类型是一套服务器执行 的功能函数。 通过O P C接13 部件一个O P C客户 应用程序能连接到 O P C 服务器 而且可 以与O P C服务器进行通信 并处理相应 的数据信息。O P C服务器对象为O P C 客户应用程序建立和利用O P C组对象提 供了相应的功能特性。这种组对象允许 客户应用程序将它们所希望访 问的数据 信息有效地组织起来。当一个组对象被 作为一个单元单独处理时能被激活和 被解除激活状态 。组对象为客户应用程 序项目能够预订列表数据信息也提供了 一 种方式所以只要当O P C服务器上的 数据信息改变时 它也能及时得到通 告。 值得注意的是 所有C O M对象都是 通过接口部件进行存取的。客户应用程 序仅仅只能了解接 13 部件。因此 这里 的对象描述是采用了本地化的表示方式 而不是服务器 内部 的执行 。如图 7 ，8 和 9 分别展示了标准 O P C 服 务器、组和 项 目对象其中【 】 内的一些接口部件是 可选择性的内容 。 5 必需的接口定义 O P C服务器驱动程序的开发商必须 世 界 仪 表 与自 动 化 一 维普资讯 O P C 接口 技术规范 ( 上) 讲 座 图 7 标准 O P C服务器对象 I O P CI t e mMg t l O P CG f O u p S t a t e M口 t 【 I O P C P u b l i c G r o u p S t a t e Mg t 】 I OP CS y n c lO IOP CAs y n c IO I D a t a O b j e c t I OP C I t e mMg i Di s p I OP C Gr o u p S t a t e Mg i Di s p 【 I O P C P u b l i c G r o u p S i a t e Mg t D i s p 】 I O P CS y n c l ODi s p I OP C As y n c l ODi s p 图8 标准 O P C绍对象 I OP Cl t e mDi s p 图 9 标准 O P C项目对象 执行必需性接口的全部功能特 性。一个 O P C客户应用程序通过从 O P C必需 的接 口部件调用功能函数来实现与O P C服务 器数据信息的通信处理工作。 6 。 可选择性的接口定义 O P C服务器驱动程序的开发商可以 执行选择性接口的功能特性。 可选择性接E 1 部件是一种开发商可 以选择性执行的 O P C服务器驱动程序 。 当一个 O P C服 务器支持 一种 可选择 性 接 E 1 部 件 时 ，即 使 该 功 能 正 好 返 回 E _N O T I M P L 代码 ，在可选择性接 E 1 部 件 内部 的所有功能也必须被执行 。希望使 用可选择性接 口功能特性的 0 P C客户应 I J A V oJ 7 N o 6 一 用程序将会对可选择性接口部件询问相 应的 O P C服务器。而 O P C客户应用程序 必须被设计成不允许 这种可选择性接 E 1 部件的存在。 7 。 客户应用程序应该使用的接口 一 般而言 ， 所建立的 O P C客户应用 程序通常利用脚本程序设计语言，而且 还将使用到自动化接 口部件。采用 c + + 程序设计语言所建立的 O P C客户应用程 序最容易找到 利用常规接 E 1 部件就能 够最大限度地完成所需要的功能特性。 8 。 地址空间和服务器的配置 O P C数据信息访问技术规范已明确 规定 ，一个 O P C 服务器组态地址空间利 用 I p e r s i s t F i l e 对象接 口可进行管理和持 续性的存储，其中，只有 O P C 服务器中 带有细节性的数据信息，可进行持续性 的存储。所有 O P C客户应用程序组态数 据信息 ( 组和项 目定义) 必须通过各自的 客户应用程序进行持续性的存储。在系 统中已定义的所有处理工作不能确保客 户与服务器之间的会谈具有相同的数 值。 能够区别 O P C服务器 的地址空间是 非常重要的 ，也就是人们所熟悉 的O P C 服务器组态工作 ，由于这种地址空间是 一 种小型化子集的原 因，一些特殊的客 户应用程序可能会对详细的内容感兴趣 ， 其详细内容也就是组和项 目对象 。在 O P C数据信息访问技术规范 中，详细论 述了O P C客户应用程序所涉及到的特殊 组对象的相关内容，组对象的持续性存 储性能是各个O P C客户应用程序的职责 范围。O P C 服务器地址空间的怎样定义 和组态等详细内容在O P C数据信息访问 技术规范中特意采取了未明确的方式来 处理的。例如，O P C服务器地址空间可 以是如下的任何一种。 1 ) 完全固定方式，例如，在一定 的刻度( 标度) 范围内，对于特殊设备需 要提供专用接 E 1 部件。 ( 2 ) 在O P C环境以外的所有组态方 式 例如，对于一个已经存在的外部 D C S需要一个接 口部件。 ( 3 ) 在启动时，通过一种智能化的 服务器进行自动化组态的方式，对于已 经安装了硬件或接口部件的现有系统能 够直接获得数据信息。 ( 4 ) 在运行中，通过一种智能化的 服务器进行自动化组态的方式。这种基 于客户 应用 程序 数据信息 项 目名称的 O P C服务器运行方式是目前最需要的。 O P C服务器地址空间在服务器内部 的稳固性和易管理性也是人们所期望的。 O P C客户应用程序定义和管理相关的被 称为组的小型化项 目。利用 O P C G r o u p 对象接 口部件 。能为客户应用程序提供 容易定义、管理和重新建立相应接口对 象部件的能力。O P C客户应用程序直接 指挥O P C服务器建立管理和删除相应 的组对象，组的持续性是O P C客户应用 程序的职责范围。尽管这些分析的可能 性存在 ，借助于公共组对象的使用， O P C服务器能为这种类型的组对象提供 持续性存储性能，或者将它们作为已被 定义为组对象的服务器来对待。 9 本地与远程服务器 我们希望O P C服务器供应商将至少 能够提供下述相对于网络的两种方法中 的任何一种 ： ( 1 ) O P C服务器供应商能够进一步 表征将 O P C客户应用程序始终连接到 一 个本地化的O P C服务器上，而且是现 有私有化网络计划的应用。在这种情况 下 ，数据信息的代码可能会作为O P C项 目定义特殊化的一部分。对于 O P C服务 器供应 商来说 ，谁能将 O P C功能特性增 加到一个现有的分布式产品系统中去 ， 他就会首先取得这些方法的使用权。 维普资讯 夺 提 供标准 0 P C接 口，可与 c o n t r o X( 开 物) 2 0 0 0通 用监控软 件无缝集成 夺 夺 夺 夺 专 一 oPC 快遗开发Z 完全符合 O P C D a t a Ac c e s s 2 0 5标准 开发人 员不需要了解 COM 机制及 OP C数 据访问服务器接 口 支持 多种主 流开发 工具 。如 VC、B C、VB、De l p h i 等 用户开发简单容易， 缩短开发周期，节省投资成本 用户可 以按照 自己的界面风格设计 OP C服务器 l _I l _ I o oI =l l = ： o 维普资讯 o P c接口技术规范 iI f 座 2 ) O P C服务器供应商还能够进一 步表征在目标节点上的O P C客户应用 程序应该连接到所希望的O P C服务器 上 ，通过 D C O M技术 的应用 进而提供 网络化功能特性。由于这种原因应该 深入考虑所有” B P C E 一 ” 返回错误代码 这也有可能从后续的功能特性介绍中得 到正确的答案。 1 0 应用级服务器和网络节点选择 在一个服务器内部 O P C数据信息 访问技术规范支持将客户应用程序的需 求组织进入组对象的概念。这样的组对 象仅仅能够包含一部分O P C服务器对象 对数据信息的需求。为了能够访问数据 信息一个 O P C客户应用程序还将需要 指明下列内容 ： 1 】 O P C A c t i v e X 服务器的名称 ， 此 操作可通过C o C r e a t e l n s t a n c e 和C o C r e a t e I n s t a n c e E x 接 13 部件的操作来实现 。 2 ) O P C A c t i v e X服务器宿主机器 的名称 ，这种操作 可 以通过 C o C r e a t e - I n s t a n c e E x 接 13部件的操作来实现。 ( 3 ) O P C项 目定义特殊供应 商 ，也 就是在 O P C服务器地址空间中特殊数据 信息项 目的名称 。 然而，对于 O P C结构体系和客户程 序的用户接13部件的讨论显然已超出 O P C数据信息访问技术规范的范围。 1 1 UNl CODE，Wi n d o ws 9 5 9 8 和 Wi n d o ws N T 2 0 0 0 对于O P C接口部件的所有字符串参 数均采用了U N I C O D E 字符编码标准 ，因 为本地化O L E A P I 应用程序编程接13部 件) 都采用了U N I C O D E 字符编码标准。 Vi s u a l B a s i c 4 0 及其 以上的版本也全部 采用了U N I C O D E 字符编码标准当需要 时 只要调 用一个 D L L 动态库就能完成 从 U N I C O D E 字符编码到A N S I 字符编码 的 正常字符串转换工作 并将通过字符串 I I A V oI 7 N 0 6 = - 一 直接转换为U N I C O D E 字符编码标准 此 时，通过相应的T Y P E L I B 命令就能表现 出来 这种操作同样也适合于 O P C接13 部件 。 有关U N I C O D E 字符编码标准 更加 详尽的内容可以进一步参考Mi c r o s o f t 公 司 V i s u a l B a s i c 系列产品内的 D L L T X T 文档 文件。 在 编写 O P C服务 器驱动 程序 的 时 候 为了能够正确地编译I D L 代码和产生 相应 的 p r o x y 代理 ) s t u b 存根 ) 软 件 就需要 MI D L 3 0 或者更高版本的支持。 对于 完全 处理 O P C参 数 的配 置 Wi n - d o ws N T 4 0 和 Wi n d o w s 2 0 0 0 或者具 有D C O M支持的Wi n d o w s 9 5 9 8 也同样 是必需的。 值得注意的是为了O P C服务器的 运行 O P C服务器驱动程序将需要 能够 运行于 Wi n d o ws N T 2 0 0 0 和 Wi n d o w s 9 5 9 8 。因此 ，有 必要在运行时为这些 服务器驱动程序提供测试平台。在这种 情况下的 Wi n d o ws 9 5 9 8 不需要任何 条件就可 以将 字符 串从 U N I C O D E 转换 到A N S I 进而也就将任何字符 串转换到 Wi n 3 2 平台。 1 2 线程和多任务 O P C数据信息访问技术规范规定 ， 对于 O P C服务器而言 。并不需要任何特 殊的线程运行模式。 多线程的主题以及它们之间的关系 对于 O L E 是至关重要的。虽然这些论点 也具有不同的概述，但对于增强中等规 模服务器的运行性能具有相 当重要 的投 资价值。 1 】 对于 O P C服务器 对于 O P C服务器 通过 O L E 所进行 的缺省线程处理是十分简单化的。对于 所 有 客户 应 用程 序 的全 部 需 求来讲 O L E 每次对本地或者远程服务器的处理 将会使用一次线程。一种交替的方式涉 及到被称作” 公寓” 模式的线程处理，所 有O L E 调用O L E 服务器的处理方式能够 确保线程的串行化。” 公寓” 模式进一步 简化了环境以及多客户应用程序访问等 具体问题。 这种单线程处理方式的一个优势在 于简化了服务器的运行。同时也解决 了有关的再进入问题。因为所有调用方 式通过消息循环而被 自动串行化 相对 于其他运行方式 串行化处理方式将不 会被再进入或中断。另外的优势还在于 通过线程处理方式能够确保对对象的所 有访问 有助于及时建立对象。 另一方面这种单线程处理方法所 存在的主要不足在于 所有调用方法必 须在没有重大延迟 的情况下才能很好地 运行。采用调用方式所产生的任何延迟 会阻碍消息循环的运行和额外请求的分 派 。因此 。也会阻碍服务器所对应的全 部客户应用程序。这就意味着只要不在 真正影响传输速度 的情况下 。对于数据 信 息的读或写操作将需要得到缓 中。尤 其是 ，在一个服务器内的物理通信只要 通过隔离的线程就应该能够得到处理， 除 非它们 所传输 的速 度非 常快 。很 明 显 ，通过这种线程处理方式所形成的数 据信息之间的逻辑关系需要得到可靠的 线程关系。此外，对于数据信息写操作 的确认和错误处理更加困难 。这些问题 可以直接反映到接13部件的设计工作中， 从设计上一开始就允许可选择性的读和 写模式，这样 ，数据信息就可以直接对 控制设备进行读和写操作。 2 ) 对于 O P C客户 对象若要通过线程方式建立和访 问那就需要 C O M技术的支持。这种技 术可以应用于服务器中的实际对象 以 及通过 编组 s t u b 存根 ) 或者处理器方式 进而表 现 出来 的任何 P R O X Y 代 理 ) 对 象 。然而 另外还有一些方式可 以部分 地应用于放松这种约束条件例如 可 以通过 C o Ma r s h a l I I n t e r T h r e a d I n t e r f a c e I n 维普资讯 O P C 接口 技术规范 S t r e a m( ) 函数的应用来实现 ，通过线程 处理可以简化所 有调用方式 的发送 ，以 便进一步建立对象。此外，不管如何多 的线程试图以对等方式来访问数据对象， 在线程 自认的对象中 ，可以通过循环派 遣的操作模式来完成，这将有助于改善 任何运行性能。 需注意 ，在异步 O L E 访 问方式 ( 如 O n D a t a C h a n g e ) 中代 码 的一般 性 O L E 规 则是 不允许 进 行 同步或 者异 步 O L E 调 用。 1 3 同步与串行化发布 通过同步方式 ，在单个处理方面 ， 可以预见客户所具有的读或写操作的数 值和属性。例如，大多数应用程序希望 能够确保这些数值 特殊项 目的品质和 时间标志等属性是处于同步状态的。 O P C自身不能确保所有这些同步任 务都能完成。对于单个这样的状态 ，客 户应用程序与控制设备服务器之间额外 的握手关系和标记消失会被分为准备就 绪和完成两个阶段来处理 ，这种处理过 程 对于 O P C服务器是必需的。还有一些 事 情需要 为 O P C服务器 指定 相关 的操 作 ，以便能够确保 O P C服务器在处理过 程 中不会出现短时间的同步关系。 在后续讨论 中我们还将会看到 ， O P C允许 直接对项 目的组或者个别项 目 进行读和写操作，但基于数据信息的连 接除外 ，如 O n D a t a C h a n g e 操作。对于这 些问题和相关服务器的行 为我们有可能 会取得一般性的观察资料。 通常 ，O P C服务器应该设法保持数 据项 目和属性的同步 ，也就是说 ，在单 个操作中完成读或写的操作。在个别操 作中，项目读或写操作的同步不是必需 的 因而 ，来 自于不 同物理控制设备的 数据信息读操作是很难达到同步的。 数据项 目的读和写操作可以通过超 过一种线程必须被执行 的方式来实现 ， 而且要求线程本身需要有安全特性。在 O P C数据信息访问技术规范 中，对于数 据信息较宽范围内的同步需要作为一种 特殊情 况而得 到保护 。其 重要特 性包 括 ：按服务器 内部的逻辑关系 当一个 隔离线程与控制设备完成物理通信时， 执行一种线程服务方式 ，将所接收到的 数据信息写入一个缓冲 区后能够与第一 个线程实现共 享。另外 的特性还有 ，通 过处理器或者代理服务器而建立的逻辑 关系， 通过O n D a t a C h a n g e 子脚本程序操 作获得一个隐藏型R P C线程服务，可将 数据信息写入到一个共享的数据缓； 中区 之中。因此，在客户应用程序中的一个 线程可以进行读取操作。 数据项 目的读和写操作通过多个线 程必须能执行并以线程 安全化处理的方 式来取得访问能力 ，为了能够实现这种 处理方式 。数据信息的同步问题 已经被 作为特殊问题来