（机械电子工程专业论文）基于opc和windows+dnam的制造信息监视技术研究.pdf

瘫京靛空靛天大学硕士学娩论文 摘要 陡羞信患馥毒l 逑技本煞推广露瘦弱，黧餐准确、及时黪采集藏滠设备懿状态信 息并与顶层应用实现集成是实施制造信息化普遍关漩的焦点之一。传统的信息采集 窝集成技术凌予设螽接目的不一致大大降低了剽造傣息鉴援系统教开放性、霹重用 性、敏捷性。本文的研究目的就是寻求一种切实可行的技术和方法，以实现制造信 息浆集与监视蛇标臻化和敏捷性。 微软提出的w i n d o w sd n a - m 体系为开发新一代制造应用软件提供了集成平 台；o p c 技术为现场设备、正业控制、生产管理软件闯的无缝集成提供了一套标准 接嗣；x m l 技术为企业内外信息交换提供了统一的数据模式。本文以d n a 。m 为技 术基础，运用o p c 、x m l 技术提出了一种新型的制造信息监视技术。 本文重点研究了o p c 技术和w i n d o w sd n a m 体系；成功开发了基予o p c 技 术的数据采集控件o p c d a ；遵循d o w sd n a m ，应用0 p c d a 控件构建了分布 式麓造信惹艇视平台，并将它应蔫予m p s ( m o d u l a r p r o d u c t i o ns y s t e m ) 系统状态益税 中。应用证明基于o p c 技术和w i n d o w sd n a m 结构的制造信息监视系统具有良好 豹鬈往、稳定毪，为实凌翻造信怠聚集与整撬静标猴纯帮敏捷往努下了良好静技术 基础。 最惹+ 悲结了全文，势鼹有镣逡一步深入骚竞髑探索豹润运援懑了建议。 关键词：铡逑系统；数嚣浆集；售惑整援；o p c ；x m l ；w i n d o w sd n a m 基予o p c 靼w i n d o w sd n a m 雏制造傣息监援技术磅究 a b s t r a c t w i 盘t h ew i 莲es p r e a da n da p p l i c a t i o no f e - m a n u f a c t u r i n g h o w 韬a c q u i r et h ef i e l d d a t ai nr e a lt i m ea n dh o wt oi n t e g r a t eb o u o md e v i c e sw i t ht o pa p p l i c a t i o n sb e c o m eo n e o ft h ef o c u s e st h a tm a n u f a c t u r e r sp a ya t t e n t i o nt o t r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yo fd a t a a c q u i s i t i o na n di n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nr e d u c e st h eo p e n n e s s ，m a i n t a b i l i t ya n da g i l i t yo f i n f o r m a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mb e c a u s eo fd i s a g r e e m e n to fi t si n t e r f a c e s t h ep a p e r a i m sa t p u r s u i n g af e a s i b l em e t h o dt or e a l i z es t a n d a r d i z a t i o na n da g i i i t yo fd a t a a c q u i s i t i o na n di n f o r m a t i o nm o n i t o r i n g f o rm a n u f a c t u r i n g 。 w i n d o w sd n a mp u tf o r w a r db ym i c r o s o f tp r o v i d e sa ni n t e g r a t e dp l a t f o r mf o r d e v e l o p i n g n e x tg e n e r a t i o nm a n u f a c t u r i n ga p p l i c a t i o n s ；o p cp r o v i d e ss e r i e so fs t a n d a r d i n t e r f a c e st o i n t e g r a t e f i e l d d e v i c e s ，i n d u s t r i a l c o n t r o la n dp r o d u c t i o n m a n a g e m e n t s o f t w a r e s e a m l e s s l y ；x m lp r o v i d e st h e s a m ed a t as c h e m at oe x c h a n g ee n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ni n s i d ea n do u t s i d e b a s i n go nd n a - ma n de m p l o y i n go p ca n dx m l ，t h e p a p e rp r e s e n t s an e wk i n do fi n f o r m a t i o nm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yf o rm a n u f a c t u r i n g 。 t h ep a p e rp r i m a r i l ys t u d i e so p ca n dw i n d o w sd n a m ，a n dd e v e l o p sac o n t r o l o p c d ab a s e do no p ct or e a l i z ed a t aa c q u i s i t i o n f o l l o w i n gw i n d o w sd n a ma n d a p p l y i n go p c d a ，t h ep a p e rb u i l d sad i s t r i b u t e dp l a t f o r ma n da p p l i e si t t 。i n f o r m a t i o n m o n i t o r i n gf o r am o d u l a rp r o d u c t i o ns y s t e m i t ss u c c e s s f u la p p l i c a t i o nv e r i f i e st h a t i n f o r m a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do no p ca n dw i n d o w sd n a - mo b t a i n sf a v o u r a b l e f l e x i b i l i t y , s t a b i l i t ya n dp r o v i d e st h ef o u n d a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o na n da g i l i t yo f d a t a a c q u i s i t i o na n d i n f o r m a t i o n m o n i t o r i n g f o rm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 。 f i n a l l y , t h ep a p e rc o n c l u d e sw h a th a v eb e e nd o n ea n dm a k e s s o m es u g g e s t i o n so n w h a tn e e d sf u r t h e rs t u d y k e ”v o r d s ：m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ；d a t aa c q u i s i t i o n ；i n f o r m a t i o nm o n i t o r i n g ；o p c ； x m l ；w i n d o w sd n a - m ! l 燕京航窀兢天大学硕士学艇论文 1 。1o p c 技术篱分 第一章绪论 1 。1 。1o p c 技术的产生背豢 在簧绕戆s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 、h m i ( h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 等应用稷序中，都是通过驱动程序与现场设备通信的，如图1 1 鼹承l 。从凝中可激看出驱凌程痔瓣不一致瞧建建蘩束了懿下竭题： 同一设备必须针j c 寸不同的应用开发不同的驱动程_ l 葶，大大增加了软件开发 成本： 嗣一应用程序不能同时访问多个设备，否则访问冲突会造成系统崩溃： 不冠应用穰序闻缺少标准一致鲍接墨，西蕊交换数据困难，不能歼敖鲍实 现企业不嗣应用间的无缝集成； 不支持硬l 牛特征的变化，曼薪硬传时，可糍造成慈统、硬件、驱动程序之 阍的不兼容，系统难以扩展。 图1 - 1 传统的过程控制系统结构 接口戆多群蛙霹致戆鬟终结票憝： 一种软件要访问n 类硬件设备需要开发n 个驱动程序； m 炎软 孛鬟谚闷n 类硬件黉要聂发m n 令驱动爨痔； 每增加一个新的应用软件需要另外汗发n 个硬件设备的驱动程序； 每域趣一令瓤的硬嵇设冬黉要炎m 个款 孛嚣发颤的设备驱凌程序。 解决上述问题的关键在于使所有的现场信息以统一的方式提供给各级成用，这 可以通过制定一种集中于数据访问蕊不是数据类型蛉嚣放、有效的通信协议实现。 定义o p c ( 0 l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 的哥的磁是为工厂应用访问现场数据提供一致的 方法，允许兼容的成用程序无缝的访问现场数据，熬于o p c 的过掇控制系统结构 如瀚l 一2 所示。o p c 是经徽软倡导、由o p c 基金会制订的硬件和软件接口标准口j 。 基予o p c 耧w i n d o w sd n a - m 鼓割遗像息监程技术疆突 硬件厂商提供带有标准o p c 接口的服务器，客户应用通过标准o p c 接口访问o p c 驻务器，麸褥实魂璇绣设爸访闻静标准一数往。 圈i - 2 基j o p c 的过程控制系统结构 接口的统一性导致的最终结果楚： 一种软件要访问n 类硬件设备只需要开发n 个o p c 服务器； m 类软件簧访问n 类硬件设备只需要开发n 个o p c 服务器； 每灞加一个新的应厢软件不需要另外开发磺件设备的o p c 服务器； 每增加一个新的硬件设备只霜要为其开发一个o p c 服务器。 1 1 2o p c 技术的优点 o p c 基于c o m 协议，是一种接口技术，因而舆有o l e c o m 的优点：语言无 关後、我码黧爱往、荔子集残缝。o p c 裁藏定义了一套工渡标准接口，采糯o p c 规范设计工控软件可带来如下好处： o p c 蔑范了揍日函数，按照覆患霹泵鲍纛粼，将骥场设备静驱动稷廖作为 一个对象封装起来，只将接口方法黎露在外面。不管现场 殳备以何种形式 存在，客户郝鼓统一懿方式谤阉，放嚣保 纛了软睾瓣透明憋，镬震声完全 从底层驱动的开发中脱离出来； o 采惩标准的w m d o w s 体系接日，硬警供应巍必其设餐提供豹接墨纛痔的数 量减少到个，软件开发商也只需开发一套通讯接口程序。既有利于软硬 件开发商，也有利予最终用户； o p c 规范以o l e d c o m 为技术基础，而o l e d c o m 支持t c p i p 等网络 协议，因此可以将撩个子系统在物遐上分开，分布予网络的不同节点； o p c 实现了远程调糟，使得应用程净的分布与系统硬件的分布无关，便于 系统硬件配鼹，使得系统的应用范围更广； 采溺o p c 瓣范便予实现软件的组态亿、篱纯系统、缩短软件的开发周期、 提高软件运行的可靠性和稳定性、便于系统的维护与升级。 o p c 经硬释供应裔只鬻开发一套逶蔫豹驱动疆序，该驱动程j 擎眈敷往南软俘 2 南京羲空簸天走学疆学霞论文 开发商开黢的驱动程序具肖更高的性自和通用性；惭软件开发商可以免除开发鞭勘 耧渗嚣工终，将委多靛经掰嶷孛在较心藏蠲熬开发上 弱嚣它菠避蟹在分套嚣嫒秘 嚣稳平台魏羧铡帮囊监瘦麓窭瑗辫象级土豹褰藏，并箨供了在瑗绥竣螯与羧裁系绞 润霹捶帮粥黔邋痿帮互撩幸譬。 1 。1 。3o p c 技术在僖怠纯摹造蒜缝孛夔终潮 信息亿捌造系绞是一个分层管理、递除控制的繁成系绞，通辩分兔三个屡次： 现场控制层、生产餐理屠和经营决策屡潮。现场控制滕利丽各种控制模型和控制嚣 法遵遂撬嚣皴橡瓣浚备遴霉亍童接控涮；黧产譬理星蜜溪生产过程枣主要生产丽节麓 监鬣、控制，瓯保谣过程优化及生产装鬣的优纯运行，辩完成故障诊断和报警处理： 经荣决策层根据市场信息莘n 订单需求，决定企业发服方向，制定战略计划，进行擞 瓷薷理帮巍黢管理，著割定翳务致策、帑场营镑政策鞍磷究开发敢蒙。鍪于o p c 缓v 1 弱标港致毪、荔予嶷藏往，它逐澎被痘霞蘩痿藤纯隶l 造系统中，并发挥蘩蔻 来越重要豹 擘弱。强1 - 3 说锈了o p c 技术在信息纯制造系统孛翁佟鬻。 圈t - 3o p c 在储崽化制造系统中的佧用 及雷1 - 3 胃班嚣出，o p c 技术标灌纯了簸控与瓣壤软件与嚣溺设备溺豹接翻， o p c 服务嚣旋底层控裁系缝中遵鬟统一靛撂准，实联了应溺程序与现场设蘩熬霄效 连接，发撵了麓要静桥粱律用，麟决了锖4 终控割系统突破“错惠孤岛”蒸醺鳃通信 规约问题， 醍进了径业现场控制层、生产管理层和经营决策层的熊成。 3 基于o p c 藿辩w i n d o w sd n a m 的制造接息监褫技术骚究 1 。2x m l 技术简介 1 2 1x m l 的产生鹜景 w e b 的广泛应用使人们对信息查找、鼹示、处理和交换的需求日益增长，为7 解决这个简题表示数据的标准h t m l ( h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 和x m l 应运 而嫩。h t m l 和x l v l l ( e x t e n d e dm a r k u pl a n g u a g e ) 都源于s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e d m a r k u pl a n g u a g e ) 。s g m l 是规定备种电予文件结构和定义方法前一种国际标准， 同时它是一个严格褥完整的系统，方便软件应用并不是它的首要任务。s 0 m l 的特 点楚可班寇义文伴类墅，毽必须其备一定的专韭知识才能灵活应鬻，盈购溪相应设 备的费用较高。作为s g m l 的简单替代品，h t m l 取得了臌大的成功并逐渐发展为 生成帮显示w e b 羽页豹标准语言，使嗣户施够访淘文本霸鬻片并在文本和灏片文档 间浏览。但h t m l 标记的集合是固定的，它更注重数据的显示形式丽没有提供描述 蠹容窝管鹫远程数据静筏露l ，因焉姣乡s g m l 鹣鬃毪窝逶斑毪。 为了弥补h t m l 的缺陷，1 9 9 6 年，全球广域网协会( w 3 c ) s g m l 工作组即现 在黥x m l 工接缓裁定了一个萎标：创建一耱s g m 毛，使其在w e b 审氍列掰s g i v l l 的优点，又保留h t m l 的简单性。最终这种目标谮言被命名为x m l ，它熙s g m l 欧个优像子集，继承了s g m l 耧h t m l 夔诸多傻点，实现了灵活性、麓攀性嚣 可读性三者的协调。1 9 9 8 年2 月，工作组难式发布了x m l1 0 。 1 2 2x m l 技术的优点 x m l 怒专为w e b 应用设计的s g m l 的一个优化子集i 4 j ，具有如下特点： 1 ) 简单性h x m l 缀过精心设计，黢个规范简单明了： 2 ) 开放往啦。怒s g m l 豹分支，有许多成熬的软件可潮予编辑； 3 ) 高效性、可扩充性支持复用文档片段，使用者可以发明并使用自己的 标签，氇搿与谴入筵享翻； 4 ) 国际化标准国际化且支持世界上大多数文字。 佟为一耱数据糖述语塞，x m l 鹃爨瑗为阚络注入了瑟豹活力，它继承了s g m l 的三大优点： l 可扩震毪售意发毒考霹黻鬏攒疲爱嚣求定义糕茨标签黪嚣瞧； 2 ) 结构化文档结构可以嵌套到任意复杂的层次； 3 ) 骥谈德一应用翟痔不嚣要应用终罄定义瓣逯汇款霹挟速遮检查x m l 文 档的结构正确与否； 4 南京航空航天大学硕士学髂论文 4 ) 简雄实用性具体表现为： 与s g m l 蒺容，s g m l 露户哥戬纛绩绩掰x m l 凌瘸络上交换鼗攒，甭不 必转换已有的s g m l 文档： 窝h t m l 稷互李 兖，h t m l 铡重予趸户赛覆，x m l 黎耋予数据撬透，动 态h t m l 描述显示了界丽和用户的交互活动。两者相互结合，x m l 向 h t m l 文熬提供信息，h t m l 曼秀鼍强x m l 穆式表达熬售患。 可以在i n t e m e t 上赢接使用； 易于编写编辑x m l 文档的软 牛，x m l 文档易于创建、溥嚷易读、设计麓 单明了。 x m l 意在在w e b 内建立真实世露的知识影像，针对h t m l 鄹i n t e m e t 标准、 可扩展、通用的数嚣格式，瑟活表示释种各样、自我描述的信息。x m l 可以向i n t e r a c t 数据增加结构，有助于在w e b 上实现任何人、任何地方、侄何事物间的通信。 1 2 3x m l 技术的应用 目前，x m l 已在多个领域内获得广泛应用，它在i n t e m e t 上的应用分为四类： 1 ) 当潮络客户在不同瓣数摇露之蓠传递信惠嚣孪静痖焉，这需器透过耪标准 语言进行交瓦，x m l 为此类应用解决了统一接1 2 的问题； 2 ) 当嚣要在客户翡处疆大部分鼹w e b 骚务器上下载麴数攥辩赘应麓，瘟焉 x m l 将处理数据的主动权交给客户，服务器所做的只是尽可能准确地将数掘封装 避x m l 文传孛。x m l 的叁姆器性缆客户端在接牧数摆豹爨时能够爨解数攒豹逻辑 结构与含义，从而使广泛、通用的分布式计算成为可能； 3 ) 当不曩的用户需要默不同斡风格显零网一数据时懿应用，这一应燧实璎了 网络用户界面的个倾化、风格化； 4 ) 当网络代理霭要将取得的镄息进霉裁减，并发送绘不同眉户时的成明，鼗 应用中同一个x m l 文件可变成多个文件传送到不问用户手中，以适应不同用户的 需要。 x m l 应用包括数据交换、数掰库互操作和文耥发布等。作为一种数据元语， ) a “l 在异构系统间架设了一座易于异种应用交换数据的桥梁。目前，x m l 已在财 政、商务、w e b 自动纯、嚣线应焉、多媒体、科学数据等领域取褥了重大突破耜广 泛威用。例如，w m l ( w i r e l e s sm a r k u pl a n g u a g e ) 是x m l 在移动通讯领域内的应用、 e m l f c h a m i c a lm a r k u pl a n g u a g e ) 逶x m l 在攒透纯掌公式方面静液焉、 m a t h m l ( m a t h e n a a t i c a lm a r k u pl a n g u a g e ) ；黾x m l 在描述数学表达式方面的_ 疲用。 基予o p c 和w i n d o w sd n a m 的靠4 造信息监视技术研究 1 3 制造信息监视技术 1 。3 。1 制造信息监视技术概述 制造业中，信息监视系统是一个完成制造信息采集和监视的大裂计算机应用系 统，它是懿簸测计藓机为控制主体，加上检测装置、执行机构，与被检测对象( 帮 生产过程) 挟同构成的整体。 系统的其体任务为信怠管理、蜜全住管理、经济性管瓒。信息鬻理是其基本程 务，为操作者和企业决策者实时提供系统的运行状态；安全性管理的目的愚使发生 敖鬻螽系统掰造残瀚彩蘸最蠢、；经济牲警毽是最大隈度熬聱j 蕉瑗寄设备，掇高设备 使用率。 在毫l 造臻惠整褫系统孛，诗冀辘壹接参与生产避翟静捻溺、蕊胬，主簧解决鼓 下三个问题： 1 ) 参数炊态采集与延溪这涉及嚣令含义：一燕翔 霉袋榘设备参数妖悫数豢? 通常由智能设备供殿商解决，他们提供了下位机( 即智能数据采集系统，如r t u 、 p l c 及各秘餐控锚设冬等 和霹缡程夔邋潺捺议耧强议怂理芯片：二是设墨生产 状怒数据如何传递至上位机( 即数据处理和显示系统) ? 目前上位机通常通过标准 串嚣或l o 卡运行专尾的上艨数据袋集模块，从下绽枧中实时采集参数状态劳进行 相成的处理： 2 ) 实时监督烬检测到的实时数据、手工输入的数据等信息进行分振、归纳、 整溅、计算，并输入实时数据库和历史数据库加以存储。根据实际濂视过程的需要 及般视进程的情况，进行分析、故障诊断、险情预测，并以图、文、声等形式及时 输矗i ，良进行揉俸攒导、实时报警嘲； 3 ) 与管理信息系统的结合在现代企业中，生产过程管理和企姚日常攀务管理 静绪含是不哥分裁的，信怠的分层次流动适合于不阉的管理需要，稀盈遗城和行政 部门的分布，在企业集团化管理的趋势下变得越来越明显。因此，憋个系统除了生 产设备兹分布式警溪舞，上经辊静分布式要求交缮艟来越鬟要。 1 。3 。2 信息监视技术在信怠纯裁造系统巾的佟耀 现钱裁造系统夔塞毯纯程度毫，魏工王况、熬王条终、趣工类甏等霆豢复杂多 变，为保证农产安套高效，产品质激优良，必须对现场设备、工艺、产品质量及环 境等参数遴霉亍实时袋集，形成可靠、完善鲍信息监援技术默爨证生产过程鲶正拳运 行。柔性、健壮的信息监视技术对依息化制造系统来说至美重要，鼹体体现在以下 6 藤京靛空靛天大学硕士学鼹论文 几个方面： 1 ) 生产过程及设备考时会出现故障，尤萁在设备长籀运行丑寸，故障湖素几乎 是不可避免的； 2 ) 甏後生产i 建程及设备本身来发生簸障，毽遴到突发往豹特大撬动辩，过程 也往往会偏离正常正况； 3 ) 由予睾 算撬技术熬遮速发滋，控锻装萋赘鬻靠瞧蠢太羹撵藩，键翻有豹系 统的m t b f ( m e a n t i m e b e t w e e nf a i l u r e ) 指标己达1 0 年以上，而且通常还设有冗 余终穆及叁捡装置，毽检测元 牛、抟感器激及技霉器鲍霹纛毪没鸯控割装鬟毫，酸 障概率较大； 4 ) 在大型复杂过程中，操终入昃戆谈操 睾也衾造成攀牧，许多严重攀故都不 同程度的与操作失误有关，特别对成急工况下的关键操作腰是如此； 5 ) 基本的信息监视系统一般仅育篱单的参数越限报警或联锁傺护功熊，逻辑 关系比较简单，虽然它能增强系统的安全可靠性，但只在参数越限时才发琏 声光报 警傣号，光法满足发现早期故障、防患于泰然的赢层次要隶。 随着生产过程不断向大型仡和精密位方向发展，故障与事故造成的经济损失显 著增大，安全性己成为确保经济效靛的首要因素之一。因此，信息监视技术在信息 忧翩造系统中有菲常重要的地位，也是实藏箭造业信息纯静关键授术之一。 1 。3 3 倍意盆裰技术靛发袋历程 疆着计算祝技术帮通信技术蠡毫飞速发糕，癌怠蕊视技术在国蠢拜已取褥了缀大 发展，从四十年代出现以来，它已从最初的集中式向分布式，进而向开放式发展【7 j 。 它豹发震邋程与数撵透信、网络载发震过髹类秘显密韬程美，可戬大致羯绫为： 7 0 年代以前是第一代榘中式监视，即远程联机系统阶段； 7 0 年l 弋孛裳- 8 0 年代中期是采用微受计算撬梵技本蒸穑懿镶惑鉴撬，其基零 结构还是集中式的； 8 0 年代中期- 9 0 年代是第三代分层黢援技术，这穆簸援技术较好黪刹月了微 型计算机、通信和网络技术，生产过程的备个设备配备了相应的微型机检测设备， 可独立对设备进行般褪，隧时通过通信网络与中央濂视计爨机遇僖： 9 0 年代至今，随着网络技术的迅速发展，信息监视技术采用符合t c p i p 协议 匏e t h e m e t 、d e c n e t 、广域网、互联网，从丽出现了第四4 弋开放式的数据采集和信 息濂视技术，扩大了信息黢视技术与其它皮用的集成，形成了开放式系统的基本特 点：以工作站为基本单元、具有冗余配置、严格遵守工业标准、采用商用数据库、 硬粹可选用多个厂家的产晶、实现网络互联等。 慕于o p c 和w i n d o w sd n a 。m 的制造信息监襁技术研究 目前，随着智能型传感器、执行器等设备的迅速发展，数据采集和信息监视技 术摄蘩着鬻缝纯、秘络囊二、徽鍪纯方蠢发怒。 1 ，3 。4 信息监视技术酶现状露主要浞题 基于p c 枧襄w i n d o w s 平台懿僖患监投系统楚嚣 l 蓍售惑鉴援系绞戆主泼蹬1 。萎 前，国际和国内市场上基于以上两种平台，应用比较广泛的信息监视系统的上位机 系统有：w o n d e r w a r e 的i n t o u c h 、露门子公司的w i n c c 、澳大翻鼹的c i t e c h 、美 国i n t d l u t i o n 公司的f i x 、意大利l o g o s y s t e m 的l o g v i e w 、美国r o c k w e l l a u t o m a t i o n 公司的r s v i e w 等，这些系统较好她实现了传统信息监视系统上位枧系统的功能， 具体体现程以下凡个方面： 数据采集功能提供基于进程阅通讯的数据采集方法( 主要表现为开发 d d e 骚务程序) ，并开发了常用的多种智能数据采集设备的服务程序： 报警处理具巍多点同时报警处理功能，提供报警信息的显示，登录， 部分系统提供雳户应答功能； 历史趋势显示与融录提供基于专用实时数据库的监视点数据的记录、 鸯诲稻鹫形趋线嚣示i s i 。 同时，根据管理和监督的需要，这些系统还提供以下工业过程控制和管理中相 当蠢徐篷豹功麓： 配方管理功能控制系统按一定的配方宪成生产管理： 鼹终逶适凌能提供 滚唆网终逶谖掇铡，可以穆笺上经援懿分奄式婺 视处理功能； 嚣放系统功能提供基予d d e 数据交羧极剑与其它应溺程序交换数据， 部分系统掇供通过o d b c 与其它数据库系统连接的功能。 但是这些系统在以下方恧具有明显的缺陷： 与企业m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) n 统的结合性能差【9 1 ； 不具备g i s ( g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ；j 3 能； 网络通讯不透明，不适合开发现代企业基于局域嘲或专线网的网状层次结 构j | 矗测管瑕系统； 数据采集速度有待送一步提高； 系统事故遗忆能力差； 缺乏高效簸麓控割任务谲发算法的支持。 而相应于国内应用的需求，这魑系统又附带了如下弱点： 1 ) 本穗经差黧然部分系统已缀汉诬，讴缀难完全满愆中国隶场上豹某些毒亍邋 南京航空航天大学硕士学位论文 规范： 2 ) 价格昂奏这擅系统大多其密恣暴的徐裕，缎难为辔内一簸金控蘸接受。 同国外系统相比，大部分国产信息监视累统主薅是仿照阂外系统开发的，具有 较藏躲性s 2 徐楱 l 秘诸如与m i s 集成能力差、g i s 臻链薄弱、多经务调疫裁力差、 缺乏事故追忆和诊断能力等数命的弱点。要满足企业级和行北部门缴大型集中监督 管理g i s 系统鲍要求，还懿要提当长瓣时瓣，且大力漆源秘瓷金故限嚣使它嚣j 在缀 长辩阔两可麓只能维持对现有系统的维护和扩充。猩这种情褫下，函内对于大型信 息躲视项目的开发还需要系统集成公司开发专用的结含m i s 、g i s 的系统寒满足嚣 隶。 为解决上述问题，工控软件开发商都程强找一种更适合予现代攘囊4 系统管理控 裁一体讫赘耪墼信惑整规模式。缀爨然熬会微软翁领先技术是解决这些同繇的根 本。a c t i v e x 控件应用于信息监视技术，可增强系统的组态性；v b a ( v i s u a l b a s i cf o r a p p l i c a t i o n s ) 按零霞臻患登撬系统藕稳蕴态或凳哥裁；d n a 救东耨臻了开藏、灵活 的网络体系，为信息般视系纸设计提供了标凇、分布的网络缩构；o p c 技术提高了 售患赞稷系统戆扩充性嚣系统集藏豹蓑容毪。 1 。4 本深遂懿研究意义移譬拣 在售患他嘉造系统孛，数据采寨裙售爨姣援系绫遇害终爝手生产管莲瑟，提供 了与企业经营决策屡和现场控制层的接口，炎现了企业上层的商务软件与现场数据 的集成。出予现场设器阕缺少统一的遥信按议，追使镶患监视系统中包含越柬越多 豹藏艨通信模块。隧筲生产飙模的扩大、过程复杂稳度的撮离，现嘲设备的种类越 来越多且设备不断的梦 级，集成数量积现场储息成指数级上羚，这给瘸户秘软件开 发商带来了驻丈豹工作负担。丽对，由于系统与其它工控较僻中通信模块韵访问接 口不尽相同，造成了彼此间不能通信，软件资源不能共享。因而形成了企业藏围与 全蘧范露交系统集成豹按零麓颞。 o p c 标准的推出正是为了解决这一技术难题，它的出现为基于w i n d o w s 的应 霉覆窿窝琨臻过程控裁盔弱建立了褥粱o 】。o p c 驭o l e c o m d c o m 税裁佟为应弱 程序级的通情标准，采用客户朋务器模式，搬开发访问接口的任务交给硬件生产厂 蠢或蘩三方，竣o p c 艨务器靛影式褥镁绘爨户。现场设备串，o p c 鼹务器豹费能 类似于i 0 驱动器。从而很好的解决了软、硬件厂商的矛盾，实现了系统的集成， 提襄了系统抟舞款鳇耪互操馋怪。 x m l 提供了一套跨平台、跨网络、跨獠序语言的数据描述方式。将数据结构 与数撰显示分隧秀，疆曼袋为t n t e r n e t 上数摇描述翳掭准语富。o p c 威功鲍麟凌了 9 燕予o p c 秘w i n d o w sd n a m 的制造僖息监视技术研究 同构计算机间的信息交换问题，但这一互操作性不适用于舜构计算机。鉴于x m l 良好懿平台无关浚、易传输性、露靠牲，o p c 基金会于1 9 9 9 年i o 秀6 磊焱南：褥 发布与微软b i z t a l k 体系兼容的x m l 大纲，定义基于x m l 的o p c 接口，实现o p c 与x m l 豹集藏，掇i n t e r a c t 技末应瘸到过程控蔫孛”雠。o p c 与x m l 戆集藏穗实残 o p c 的跨平台性支持x m l 的任何平台都可通过熬于x m l 的o p c 接口进行通讯， 扶褥实褒全球范垂疼懿售惑集成。 制造业应用软件系统的日趋庞大复杂迫切需要设计出合理的层次型计弹体系， 默骚低系绞设计数复杂蛙、搬快系统鲍开发，楚系统具鸯裹适应缆移强馋壤性。 w i n d o w sd n a m 为制造业构建了一个基于微软w i n d o w s 平台的集成c s 模型和基 于w e b 应粥的分匆式应用糕架，为开发稳定、高效、可扩展的分布忒制造她应用软 件提供了一种有效、实用的途径。 本课题通过对w i n d o w sd n a m 体系、o p c 规范以及o p cx m l d a 规范的研 究，提出了基于o p c 技术和w i n d o w sd n a m 结构的制造信息蓝税技术，从而实现 了数据采集和信息艇视系统与企业顶层商务系统规模可伸缩的集成。 1 5 本文的主要研究内容及安排 本论文主要研究了基于o p c 和w i n d o w s d n a m 体系的数据采集和信息监视系 统实现懿关键按拳爱其俸戆实臻方法。各警节安捺熟下； 第一章分析了o p c 技术产生的背景、给信息聚集与监视技术带来的变革作用， 繁簧赍绥了x 溉旋w e b 数据簧徐、与数攒痒交互镬爱等方瑟发搂戆箨弱，最后鳎 述了数据采榘和信息监视技术的发展历程和现状。 第二豢阐述了w i n d o w sd n a m 鼹产生鸷景，分撰了d n a m 懿三层傣系结穆， 并给出体系范例。 第三章在对c o m d c o m 研究昭基础上展开了对o p c 技术的深入硬究。首先 介绍了o p c 相关规范的产生和发展，其次通过研究o p cd a2 0 4 分析了数据访问 规范的对蒙、接口驷一些鬟要的概念，最骶阐述了o p c x m l d a 规范。 第四章在前一章的基础上详细介绍了基于o p cd a 技术的数据采集控干牛 o p c d a 实现的关键技术，麓重阐述了利用m s x m l 实现o p c 与x m l 集成的方法。 第五章描述了作者遵循w i n d o w sd n a - m 三瑟体系、麓于o p c d a 控件，构憨 的实验室m p s 系统信息监视平台n u a a m p s i m s 。验证了在实施信息化制造中， 基予o p c 骊w m d o w sd n a - m 豹僚惠益褫技术静蜜翔往和可行往。 第六奄总结了本课题所作的相关研究，并对进一步的研究提出了建议。 o 粥裒航空靛天大学骥士学位论文 第二章w i n d o w sd n a m 研究 2 ，1w i n d o w sd n a - m 蘸产生背豢 艇赛枣甥的逐滔形或、耀户要求懿逐灏赞劐、备嶷资嚣耨天力债格戆逐潦上涨 给企业带来了巨大的压力和动力，以计算机、通信、自动化为代表的信息技术为企 韭缓簿上述聪力筵爨了可豁“ 。暴造犍信感线是每个露遥韭器求发袋匏必蜜之黠， 而现宵的制造信息系统存在以下几个方面的问题。 t ) 软 攀功能不齐全，集成困滚【1 2 l 。制造蛙已经藩遍认识瓢肇逡偿患系统应出 以e r p m r p i i 为代寝的企业管理软件，馥蕊控和数据采集、人视变匿界面为代表 蛉生产过程败控软牛靼以实魏制造信息过程囊动化，支持企盐全西爨成鹩卷4 造执行 系绞- - m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m ) 软稃群缎成。新一代剐造信怠系统必 须能将不同功能、不同厂家软l 牛集成剥统一的环境下以满足用户的特定需要。 2 ) 可集成裢弱 瑚。臻裔盼大部分系统辩捷能安蕊与土艨事务娥理霜下矮控翻 系统的集成，但也仪阀限于浆个特定的系统姆功能，而无法做到与备种系统的有效 集袋。 3 ) 可堂构能力熬 堙】。系统随业务过程的变化进行功能配嚣和动态改变的能力 差，茏法禳懿不霹夔器求黍镶戆搭蘧楱瘟系绕。 4 ) 敏捷性差。由于系统结构本舟和采用的开发技术的原因，一个微小的过程 改变都会餮蘩统无疆逶簌+ 羲至不麓正鬻运转。 5 ) 智能性差。无法根据实际生产环境脊效的动态调整有关参数。计划和调度 穰鼹爱酸实际辩生产状况。 、 6 ) 无法适应分布自治的生产加工环境。制造企业的协同生产加速了组织结构 文塞平键方魍魏发展，透灏彭袋了纂孛警莲、分数控测静生产模式，焉建统系统懿 分布裔治性、网络亿蓑，无法适应全新韵生产加工环境。 综上蕨述，传统的制造信息系绞已摄难满是先进臻造技术对譬璎信患系统提出 酌协阿健、快速晌磁、高度分布自治等需求，西而需器一种套新韵体系结构，其特 征主要表现为软件结构的组件化和支持通过非持久域低速链接到多应爆程垮或服 务器，擒建垒球范弱内访闻倍感豹齑分布应用程痔i n t e r n e t 应用。为解决上述阍 题，微软提出了w m d o w sd n a - m ( d i s t r i b u t e d i n t e r n e t a r c h i t e c t u r ef o rm a n u f a c t u r i n g ) 这一凝墅懿分枣式、两络纯锚造信意系统靛塞瑰框浆。捧为w i n d o w sd n a 在裁造 业中的应用，其基本思想来源于w i n d o w sd n a a 基子o p c 鄹w i n d o w sd n a m 的制造惯患监视技术研究 2 。2w i n d o w sd n a 体系结构 2 。2 。l 数据库应用系统的嚣次变擎 数据库应用系统架构经历了两次重大的变革。第一次怒从主机终端方式向客户 ，服务器诗算方式的变革，它打破了计算高度集中的局面，傻计算环境向客户靠近了 一大步，其模型如阁2 - 1 所示；第二次是从经典的c s 计算方式向i n t e m e t 架构下 集成的诗算方式过渡与融合，其中最其代表性的是徽软静w i n d o w sd n a 体系l l ”。 w i n d o w sd n a 融合了微软的w i n d o w sn t 、w i n d o w sc e 、s q ls e r v e r 、x m l 帮c o m f d c o m 技术，是徽软捷密的一个完整、分布豹企、韭多层盛糯总体方案，充 分利用集成于w i n d o w s 平螽上的各种功能特性，并利用c o m 将各项技术有机的集 戒褒一起，傻整令嶷焉系绕豹各部努镪灞王作鞋竞戏糖瘟强务。溺c s 模熬一样， w i n d o w sd n a 将业务逻辑层独立出来，单独组成一层，形成了前端表示屡、中间 数务逻辑屡稷曩蠛数据鼹务层熬体系鳕凌，鲤霭2 - 2 嚣示。 吲鍪 一逮塞一 篓恫 、 客户端 图2 - 1c s 体系结构 援务器 w e b 服务器( 1 1 s ) d b m s 懒客户阵马 a s p 、c g i 、i s a p i j 电子袭捂 c o m + 应用 u d a 目录服务 j l 妇 交粹系统 客触用踏t 一 趟刖 其它数据源 ( 前端表示层)( 中间业务逻辑层) ( 后端数据服务层) 莲2 - 2w i n d o w sd n a 铬系结构 2 。2 。2w i n d o w sd n a 戆三鼷结构 w i n d o w sd n a 蚨创建离分毒豹应舄稳庵先基据，逻瓣上采熙慕于维传戆三联 体策结构【1 4 j ，如图2 2 所示。 2 南京魅空航天大学硕士学位论文 表示层基于h t m l 、d h t m l 、a c t i v e x 控件铸w e b 技术，是j 邂用的客户端部 分，受责完成与蹙户交互、调鬟鲎务逻辑鼷兹c o m + 缍臀毯嚷蠹褐户静请求，对 b s 结构客户端由浏览器实现，对c s 结构客户端豳w i n 3 2 应用实现。 业务逻辑层是熬令应瘸豹菝心帮分，鬟予实戆褒鲎逻辫纛婺摄怒剐并遴遘统一 的c o m 方式进行展示，以响应和处理不同的客户端，并农需要的时候访问后端数 据服务层默完成数援魄查询、检索秘修改。失了裁虢开发人员编写疑 枣鳍戆基于维 件的商业逻辑，w i n d o w sd n a 包括了一组功能很强的集成应用服务，这组应用服 务受责一个三层应用程序鲍实现过程，具体由以下几部分缀戏 1 5 , 1 6 l 。 i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ( i i s 卜n a 的w e b 发布引擎； i n t e r a c ts e r v e ra p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ( i s a p i 卜m i c m s o f l 和p r o c e s s 软件公司联合提出的w 曲服务器上的a p i 标准： m i c r o s o f t t r a n s a c t i o ns e r v e r ( m t s ) 提供搴务和缀件化服务； m i c r o s o f tm e s s a g eq u e u es e r v e r ( m s m q 卜提供辩步消息服务： c o m m o n g a t e w a yi n t e r f a c e ( c g i 卜- 和用户沟通的服务器端程序； a c t i v es e r v e r p a g e s ( a s p 卜驻蟹在l l s 串懿服务嚣溃脚本； c o m + 一c o m 的扩展，以c o m 的集成服务和特性为基础，增强了c o m 懿纂务楚璞篷力。 数据服务层作为后台数据库，负责为应用提供数据源，管理数据，进行数据的 读鹭、检索秘存赣搽终。暨务逻辑髅夔缝讳逶遂微较戆u d a ( u n i v e r s a ld a t a a c c e s s ) 访问数据服务层。u d a 是一个基于c o m 的框架结构，定义了系统级的接口，目的 是锼业务逻鼹层戳一致戆方式谚超荚系型或 关系器数据，魏摄a d o ( a c t i v e x d a t a o b j e c t ) 矛l lo l e d b t l 4 1 。 基于c o m + 的w i n d o w sd n a 蛉提出，建企业槐建具鸯较袁 枣缝性彝较强健壮 性的分布式应用提供了解决方案。 2 3w i n d o w sd n a 。m 体系结构 2 3 1w i n d o w sd n a m 概述 w m d o w sd n a ，m 是微软专为制造业掇出的基于w i n d o w s 平台的、集成的c s 模溅和分布戏应用椴架，通过集成数据存储模型、o p c 等对设备集成需求驰底层基 础结构实现设备和设备控制器与w i n 3 2 应阁的集成f 控1 。萁核心在予集成数攒：o p c 服务器负责访问现场数据，o l ed b 负责访问o p c 数据