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重庆邮电大学硕士论文 摘要 当前多种现场总线并存，无法统一，不同标准产品自成体系。形成的“信息 孤岛”难以与外界交换数据和信息共享，而o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 保证了各种标准产品互连互通，将o p c 技术应用到e p a ( e t h e r n e tf o rp l a n t a u t o m a t i o n ) 当中解决了e p a 设备与其它标准设备间互操作性问题。 本文首先概述了o p c 技术产生的背景、特点和数据访问规范。然后介绍了 e p a 的通信模型、系统模型、服务、组态和设备。在对e p a 标准和o p c 技术深 入理解的基础上，分析了e p a 设备与其它标准设备间互操作性的问题，提出了 基于e p a 的o p c 服务器模型，对异步数据访问、e p a o p c 间通信规约转换和差分 压缩编码进行了详细设计与实现。异步数据访问采用定时器实现了o p c 服务器以 异步事件方式通知o p c 客户端，o p c 客户端不须阻塞等待o p c 服务器运行结果， 使得o p c 客户端与o p c 服务器并行运行。e p a - o p c 通信规约转换实现了将o p c 客 户端的操作请求转换成e p a 报文和将e p a 设备的操作结果转换成o p c 的数据格 式。差分压缩编码实现了在o p c 客户端与o p c 服务器问的数据按编码方式进行传 送，节省了网络带宽，充分利用了网络资源。 最后，开发了一个基于o p c 技术的无线监控系统( 即o p c 客户端) ，对e p a 网络中的e p a 阀门定位器( 蓝牙) 和e p a 温度变送器( 8 0 2 1 l b ) 等现场设备进 行了测试，结果不但验证了异步数据访问、e p a - o p c 间通信规约转换和差分压缩 编码正确性，同时也验证了o p c 服务器模型设计的可行性，具有一定的应用价值。 异步数据访问和e p a o p c 间通信规约转换是本课题研究的难点；在差分压缩 编码方面具有一定的创新性。 关键宇：e p a ，o p c ，c o m ，系统集成，互操作性 l l i 重庆邮电大学硕士论文a b s t r a c t a b s t r a c t b e c a u s et h e r ea r el o t so fs t a n d a r d si nf i e l d b u so r g a n i z a t i o nn o w a d a y s ，d i f f e r e n t s t a n d a r d sh a v eb e c o m ed i f f e r e n ts y s t e m si ti sd i f f i c u l tf o r “d e t a c h e di s l a n d s t o e x c h a n g ea n ds h a r ew i t hd a t a o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ) f o rp r o c e s s c o n t r o l ( o p c ) m i g h tg u a r a n t e ea l lt h ed i f f e r e n tp r o d u c t st oc o m m u n i c a t em u t u a l l y t h u s ，e x p l o i t i n go p ct e c h n o l o g i e si ne p a w i l ls o l v et h ei n t e r o p e r a t i o nb e t w e e ne p a d e v i c e sa n do t h e r s i nt h i sp a p e r , t h eb a c k g r o u n da n dc h a r a c t e r i s t i co f o p c ，t h es p e c i f i c a t i o no f o p c d a t aa c c e s sa n dt h es t a n d a r do fe p ah a v eb e e ni n t r o d u c e do nt h eb a s i so ft h e t h o r o u g hu n d e r s t a n d i n go fe p as t a n d a r d ，o p ct e c h n o l o g i e sa n dt h ei n t e r o p e r a t i o n b e t w e e ne p ad e v i c e sa n do t h e ro n e s ，t h ed e s i g no fo p cs e r v e rb a s e do ne p ai s p r o p o s e d ，a n dt h ed e t a i ld e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa s y n c h r o n s md a t aa c c e s s ， c o m m u n i c a t i o nt r a n s m i s s i o nb e t w e e no p ca n de p aa n dt h ed i f f e r e n t i a lc o m p a c t c o d i n ga r eg i v e na s y n c h r o n i s md a t aa c c e s sn s e st i m e rt of i r et h ea s y n c h r o n o u s e v e n t sa n do p cs e r v e rn o t i f i e so p cc l i e n to f t h ea s y n c h r o n o u se v e n t s a n di ti sn o t n e 6 e s s a r yf o ro p cc l i e n tt ob eb l o c k e di no r d e rt ow a i tf o rt h eo u t c o m eo fo p c s e r v e r s ob o t ho p cs e r v e ra n dc l i e n te x e c u t e p a r a l l e l l y c o m m u n i c a t i o n t r a n s m i s s i o nm o d e ir e a l i z e st ot r a n s m i tb e t w e e no p ca n de 队0 p cc l i e n ta n d s e r v e re x c h a n g ed a t av i at h ed i f f e r e n t i a l c o m p a c tc o d i n gw h i c hw i l ls a v et h e b a n d w i d t ho f t h en e ta n du t i l i z et h er e s o u r c et ot h ef u l l e s te x t e n t t h er e m o t es u p e r v i s o r ys y s t e mn a m e l yo p cc l i e n tw a sd e v e l o p e dt h es y s t e m t e s t e de p ad e v i c e sa n di ts h o w e dt h a ta s y n c h r o n i s md a t aa c c e s s c o m m u n i c a t i o n t r a n s m i s s i o nm o d e la n dt h ed i f f e r e n t i a lc o m p a c tc o d i n gw e r ec o r r e c t ，t h a tt h ed e s i g n o f o p cs e r v e rw a sr a t i o n a l ，a n dt h a ti tw o u l dm a k es e n s ei nt h er e a la p p l i c a t i o n a m o n g t h ed e s i g ni sd i f f i c u l t yi nd e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n ga s y n c h r o n i s md a t a a c c e s sa n dc o m m u n i c a t i o nt r a n s m i s s i o n a n dt h ed i f f e r e n t i a lc o m p a c tc o d i n gi st h e l i g h tp o i n tt oac e r t a i ne x t e n t k e yw o r d s ：e t h e r n e tf o rp l a n ta u t o m a t i o n ，o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l ，c o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ，i n t e g r a t e ds y s t e m ，i n t e r o p e r a t i o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究土作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重迭邮电太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：嘲倒薇魄a 弥万阳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭壑壹太堂 有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留蓑向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权 重鏖邮电盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 彳叮孙 沙奶 孙 瑚 辚 期 稚 泞 袱 签亭日 画卜栩斯 p ： 净 名 签 h 格 知 论 日l 业- 产 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1o p c 产生的背景 第一章绪论 没有规矩，不成方圆。事物之间必须有一个标准，才能相互交流。像早期不 同的计算机制造商的产品不能互相通信迫使产生了一系列的硬件软件制作规范 一样，工控领域遇到的问题也迫切需要制定一个规范。 由于开发商的不同和设备的不同，目前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，不具有互操作 性m ，而且对集成为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。 在目前大多数分布式系统中常采用的客户端服务器结构中，没有设备接口 的通用标准，各个厂家都是按照自己的标准接口来开发服务器和应用程序，尽管 各个厂家都尽量地使自己的系统具有开放的特点，但从系统集成的角度来看，不 免有各自的局限性。1 ，如图1 1 所示。没有标准可依，一个硬件制造商的产品需 要一个专门的驱动程序才能与一种应用软件进行交流，而且这个驱动程序一般并 不适合与其他的应用软件交流。这样一来，硬件厂商不得不再为另个应用开发 一个驱动程序，而且当硬件设备升级或修改时驱动程序也必须修改，无疑其代价 图1 1 传统工业控制程序的开发示意图 是非常高的“1 。尤其在市场决定一切的经营模式下，企业要面对激烈的竞争，客 观要求企业的m i s ( 管理信息系统) 和决策层生产线的数据保持实时的不问断 的联系，实现企业范围内数据的开放交流。这个简单的要求对以前的自控系统已 经近于苛刻。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 这些问题的解决，要求控制过程中使用的硬件设备和软件产品可以方便地组 合应用。标准必须制定，o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 规范”1 应运产生。 1 20 p c 技术的特点 0 p c 规范采用客户端服务器模型，建立了一套在硬件供应商和软件开发商 之间相互遵循的规则。只要遵循这套规则，数据交换对两者来说都是透明的，硬 件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件 的实质和操作过程。不管现场设备以何种形式存在，o p c 客户端都以统一的方式 去访问，从而保证了软件对o p c 客户端的透明性，使得用户完全从低层的开发中 脱离出来。 图1 2 描述了使用0 p c 技术后工业控制系统“1 的开发过程。o p c 技术将成为工业 图1 2 基于o p c 客户端o p c 服务器模型的工业控制系统结构图 管理控制中系统集成”1 与数据交换的重要工具。它具有以下特点： ( 1 ) 采用标准的w i n d o w s 体系接口吼，硬件制造商为其设备提供的接口程序 的数量减少到一个，软件制造商也仅需要开发一套通讯接口程序。即有利于软硬 件开发商，更有利于最终用户。 ( 2 ) o p c 规范以0 l e d c o m 【1 “”1 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，因此可以将各个子系统从物理上分开，分布于网络的不同节点上。 ( 3 ) o p c 按照面向对象的原则“，将一个应用程序( 0 p c n 务器) 作为一个对 象封装起来，只将接口方法暴露在外面，o p c 客户端以统一的方式去调用这个方 法，从而保证了软件对0 p c 客户端的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离 出来。 ( 4 ) o p c 实现了远程调用，使得应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于 系统硬件配置，使得系统的应用范围更广。 ( 5 ) 采用o p c 规范，便于系统的组态，将系统复杂性大大简化，可以大大缩短 软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 ( 6 ) o p c 规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，o p c 客户端都以统 一的方式去访问，从而实现系统的开放性“5 ，” ”3 ，易于实现与其它系统的接口。 1 3 国内外研究现状 o p c 标准的制定虽然主要由少数几家公司所推动，但是己制定的o p c 标准由 来自9 0 多家公司的专家参与，并参考了来自2 0 0 多个合作伙伴的评论意见，所 以具有广泛的代表性。一批国际知名的控制类公司如：a b b 、a s p e n t e c h 、 e u r o t h e r m ，f o x b o r o ，h o n e y w e l l 、n a t i o n a li n s t r u m e n t s ，s i e m e n s ，t o s h i b a 、 j o h n s o n - y o k o g a w a 、g ef a n u c 等相继宣布支持o p c 标准。在这种情况下，毫无 疑问o p c 将会在控制领域发挥重大的作用。o p c 将会成为大势所趋。目前，o p c 基金会的全球成员大约有3 0 0 家，登记在册的已有6 0 0 多种o p c 产品。 现在许多公司正在致力于利用o p t 标准开发产品。w o n d e r w a r e 公司原来一直 采用n e td d e 开发其软件产品，并且做得相当成功，但鉴于o p c 正在成为业界标 准的形式，现在正逐步转向采用o p c 标准开发其软件产品。u sd a t a 公司开发了 一种叫做o p c 友好插座的产品，该产品允许任何符合o p c 标准的对象加入到该公 司的软件中。在己开发成功的f i s h e r - r o s e m o u n t 的d e l t av 系统中采用了o p c 技术。i n t e l l u t i o n 作为o p c 董事会成员，在推行o p c 标准方面始终是不遗余力， 现己利用o p c 技术开发出了v i s u a lb a t c h ，f i x d y n a m i c s 等组件产品。 o p c 技术作为一项工业标准在国内也得到了逐步推广和应用，特别是近年来 引起了广泛的关注。不少高等院校、研究机构和制造厂商都开展了对o p c 技术的 研究和应用。2 0 0 0 年1 2 月正式成立了中国o p c 促进会。目前，己有多家公司加 入了o p c 基金会，成为其会员单位，如北京华富惠通、北京华控、浙大中控、北 京中瑞泰等。 在应用方面，沈阳自动化研究所在开发新代分布式控制系统时就采用了 o p c 技术，实现了上层应用软件通过o p c 服务器访问现场设备信息的功能，同时， 还开发出了o p c 数据服务器的开发工具软件s m a r to p c 。一些国内工控软件公司 也充分利用o p c 技术增强和扩展其软件功能，例如北京亚控公司的组态王，三维 力控等等。 虽然在我国有越来越多的厂商推出了采用o p c 技术的产品，但其兼容性、操 作性还有待提高。因此，国内工业自动化领域的科研机构和制造厂商应加强和合 作，紧紧把握住最新技术，推动我国自动控制系统及仪器仪表水平的发展。 1 4 本文主要研究内容 当前多种现场总线并存，无法统一，不同标准产品自成体系，形成的“信息 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 孤岛”难以与外界交换数据和信息共享，而o p c 保证了各种标准产品互连互通， 将o p c 技术应用到e p a ( e t h e r n e tf o rp l a n ta u t o m a t i o n ) 当中解决了e p a 设 备与其它标准设各间互操作性问题。 0 2 级韩冷师兄对该问题进行了研究，但他实现的o p c 服务器存在以下不足之 处： ( 1 ) o p c 服务器运行的是模拟数据，并非与e p a 现场设备实时连接，不能监视 是设备运行情况： ( 2 ) 在o p c 服务器中并未实现异步数据访问： ( 3 ) 最重要的是采用m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ) 实现o p c ，在网络 上要传送类库等额外信息，浪费了网络带宽“”。 针对以上问题，运用a t l “9 12 ”( a c t i v et e m p l a t el i b r a r y ) 重新设计了o p c 服务器，实现了o p c 中的异步数据访问和o p c 服务器实时连接现场设备。本文所 做的工作： ( 1 ) 概述了o p c 服务器整体架构，并详细阐述了o p c 数据存取规范。 ( 2 ) 对e p a 的通信模型、系统模型、服务、组态和设备等做了概括介绍。 ( 3 ) 本文重点是完成基于e p a 的o p c 服务器的设计与开发，并对o p c 数据服 务器的开发框架和开发步骤进行了深入的研究。 ( 4 ) o p c 服务器一旦开发完成，对其测试也非常关键，只有通过测试的服务器 才是个比较完各的服务器。 1 5 本章小结 首先概述了o p c 技术产生的背景。然后介绍了o p c 的国内外研究现状。最后 归纳了本文的主要研究内容。 重庆邮电大学硕士论文 第二章o p c 技术 2 1o p c 技术的概述 第二章o p c 技术 o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 是专为过程控制而设计的标准。它将访问现 场设备的开发任务以标准接口和服务器形式透明地提供给客户端，使得用户得以 从底层的通信模块中解放出来，而专注于工控软件的功能。 o p c 提供了一种方便、高效的通信机制，它所关心的是现场数据的访问方式 而不是实际的数据类型，它给工控软件提供了一种统一的访问现场设备数据的方 法。 软件之间建立单一的数据访问规范。这个接口规范不但能够应用于单台计算 机，而且可以支持网络上的分布应用程序的通信，以及不同平台上应用程序之问 的通信。o p c 的基础是微软0 l e c o m 及d c o m 。1 2 2 1 技术，该技术完全支持上述分布式 应用和异构环境下应用程序之间软件的无缝集成和互操作性。 o p c 的开发目的最重要的是即插即用，也就是采用标准方式配置硬件和软件 接口。一个设备可以很容易地加入现有系统并立即投入使用，不需要复杂的配置， 且不会影响现有的系统。系统中的信息也可以很方便地分散到众多支持o p c 的软 件应用当中，如维护、监督、操作、显示和文档管理等应用。 现在成熟并发布的o p c 规范主要包括数据访问规范。1 、报警和事件规范。“、 历史数据访问规范。”、批量过程( b a t c h ) 规范o ”和安全性规范o ”。报警和事件规 范提供了一种机制：i o 设备有指定的事件或报警条件发生时，o p c 客户端可以 得到通知。历史数据访问规范提供了对原始数据存储、压缩、汇总和分析等功能。 批量过程规范是基于o p c 数据访问规范和i e c 6 1 5 1 2 一l 国际批量控制标准制定的， 它提供了一种访问实时批量数据和设备信息的方法；安全性规范采用与n t 安全 模型兼容的安全性参考模型，该模型包括访问主体、访问标识、安全对象、参考 监视器、访问通道和安全控制列表等部分。数据访问规范讲述了o p c 客户端如何 自由有效的读写过程控制装置数据这是一个基于o p c 技术的应用程序必须实现 的一个基本的功能，所以本论文旨在研究o p c 的数据存取服务器的开发过程。 2 2o p c 数据存取规范 o p c 规范是由o p c 基金会制定的一个工业标准，它规范了过程控制和生产自动 化软件与用o p c 服务器实现的硬件驱动程序之间的开放接口。其设计目标是为现 场设备、自动控制应用和企业管理应用软件间提供开放的一致的接口规范。为来 重庆邮电大学硕士论文第二章o p c 技术 j 自不同供应商的软硬件提供。即插即用( p 1 u ga n dp 1 a y ) ”的连接。当客i 【c f 场设 备和应用软件都具备有标准的0 p c 接口时，便可集成来自不同数据源的数据，使 运行在不同平台上的用不同语言编写的各种应用软件顺利集成。 。 2 2 1o p c 数据访问规范的目的 o p c 数据访问规范( o p cd a t aa c c e s ss t a n d a r d ，以下简称d a ) 的目的是对 过程数据访问的接口进行标准化，使其具有开放性和一致性，以确保运行在不同 平台上的用不同语言编写的各种应用软件能够顺利集成在一起。与动态数据交换 ( d d e ，d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 相比，o p cd a 的主要优势体现在数据传输速率上。 由于o p cd r 服务器每秒能管理成百上千个事务( 在i np r o c e s s 方式下甚至能达到 百万数量级) ，而且与d d e 不同的是它的每个事务能包含成批的数据项( i t e m ) ，因 此在效率上，采用o p c 传输数据要k l d d e 高得多0 1 。此外，采用o p c 可以利用w i n d o w s 系统对d c o m 的安全机制，对系统进行一定的安全性管理。 2 2 2 队的功能 首先，o p t 客户端要能够连接到d a 服务器上，并建立o p c 组( g r o u p ) 和o p c 数据 项( i t e r n ) ，这是o p cd a 的基础，如果没有这个基础，d a 的其它功能是不可能实现 的。为了访问过程数据，o p c 客户端需要事先指定d a 服务器的名称、运行d a 服务 器的机器名、d a 服务器上的i t e m 定义。 其次，o p c 客户端通过对其建立的g r o u p 与i t e r n 进行访问实现对过程数据的访 问，o p c 客户端可以选择设备( d e v i c e ) 或缓冲区( c a c h e ) 作为其访问的数据源。o p c 客户端的过程数据访问包括过程数据的读取、更新、订阅和写入等等，过程数据 的读写还分为同步读写和异步读写。 第三，完成通知，当o p c 服务器响应o p c 客户端的过程数据访问请求且处理完 毕时，通知o p c 客户端。t ：l 血n 异步读写，o p c 服务器要在该操作完毕时通知o p c 客户端。 以上3 方面的功能是d a 必须要实现的。除此之外，d a 还可以可选提供： ( 1 ) d a 服务器的地址空间浏览。 ( 2 ) 停机通知，当o p c 服务器发生异常要断开与o p c 客户端的连接时，向o p c 客户端发出通知。 2 3d a 的对象和接口 o p cd a 定制接口包括定制对象有 重庆邮电大学硕士论文 第二章o p c 技术 图21o p c 数据存取规范中对象与客户端的关系 ( 1 ) 服务器对象( 0 p cs e r v e r ) ( 2 ) 组对象( 0 p cg r o u p ) ( 3 ) 项对象( 0 p ci t e m ) o p c 服务器对象维护有关服务器的信息并作为o p c 组对象的包容器，可动态地 创建或释放组对象；而o p c 组对象除了维护有关其自身的信息，还提供了包容0 p c 项的机制，逻辑上管理0 p c 项；0 p c 项则表示了与o p c n 务器中数据的连接。图2 1 示意了这几个对象的相互关系以及它们和o p c 客户端的关系。 从定制接口的角度来看，0 p c 项并不是可以由0 p c 客户端直接操作的对象，因 此0 p c 项没有定义外部接口，所有对0 p c 项的操作都是通过包容该项的0 p c 组对象 进行的。而o p c 服务器对象和组对象是聚合关系，即o p c 服务器对象创建0 p c 组后， 将组对象的指针传递给o p c 客户端，由o p c 客户端直接操纵组对象。这样既提高了 数据存取的速度也易于功能扩展，体现了组件软件的重用性。 下面将详细讨论这些对象的接口与行为，以及0 p c 客户端的接口。 2 3 1 服务器对象 服务器对象是o p c 服务器要实现的最主要对象，它负责0 p cd a n 务器级的信 息管理，包括获取服务器状态信息，比如： ( 1 ) 服务器启动时间( s t a r tt i m e ) ( 2 ) 服务器当前时间( c u r r e n tt i m e ) ( 3 ) 服务器最后更新时间( l a s tu p d a t et i m e ) ( 4 ) 服务器运行状态( s e r v e rs t a t e ) 7 重庆邮电大学硕士论文第二章c t c 技术 ( 5 ) 组的数量 i o p c c o m m o n i o p c i t e m p r o p e r t i e s i c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r i o p c s e r v e r ? u b l i c g r o u p s i o p c b r o u s e s e r v e r a d d r e s s s p a e e i p e r s i s t f i l e 图2 2 标准o p c 服务器对象及其定制接口 ( 6 ) 版本与厂商信息( v e r s i o n ，v e n d e ri n f o ) 以及管理组对象，比如： ( 1 ) 增加组对象( a d dg r o u p ) ( 2 ) 删除组对象( r e m o v eg r o u p ) ( 3 ) 根据名字查找组对象( g e tg r o u pb yn a m e ) ( 4 ) 创建组对象枚举器( c r e a t eg r o u pe n u m e r a t o r ) 按o p c d a 2 o 版的规范说明，标准的服务器对象如图2 2 所示的7 个接口，其中 带方括号的是可选接口，下面对每个接口分别做简单介绍。 u n k n o w n 接口是所有c o m 组件啪”1 都必须实现的一个基本的标准接口，它为 o p c 客户端提供了q u e r y i n t e r f a c e 0 的方法进行接口查询，并且引用计数的方法 决定c 伽对象的生存周期。 i o p c c o m m o n 接口是各类o p c , q 务器都使用的接口，通过该接口可为某个特定 的客户端服务器对话设置和查询本地标识( l o c a l e i d ) 。这样，一个o p c 客户端的 操作将不会影响其它客户端。 i o p c s e r v e r 接口是o p c , 暇务器对象的主要接口。o p c 客户端可通过该接口创 建、查询和删除组对象，并了解o p c 服务器自身的信息。这些信息包括服务器创 建时间、运行状态、组对象的个数和版本号等。 i c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r 接口是c o m ：规范。”中的标准接口，用于实现o p c 服务器向o p c 客户端发送通知或事件。当o p c h 鼹务器关闭时它需要通知所有的客户 端释放0 p c 组对象和其中的0 p c 项，此时可利用该接口调用o p c 客户端的 i o p c s h u t d o w n - 接口实现服务器的正常关闭。 重庆邮电大学硕士论文第二章o p c 技术 i o p c i t e m p r o p e r t i e s 接口为o p c 客户端提供了一种方便浏览o p c 服务器存储 区中数据项属性的方法。这些属性包括工程量、设定值、高限报警值、低限报警 值和注释等。通过该接口，o p c 客户端无需创建和管理组就能直接得到这些信息， 简化了操作。 o p c 规范中组对象可分为公共组( p u b l i c ) 和局部组( 1 0 c a lg r o u p ) ，公共组可 以被多个o p c 客户端共享，而局部组只能被个o p c 客户端使用。因此可采用特定 的l o p c s e r v e r p u b l i c g r o u p 可选接口来管理公共组。公共组可以由0 p c 服务器或 o p c 客户端创建。对o p c 客户端而言，它总是先创建一个局部组，然后再转换为公 共组。o p c 客户端可通过该接口改变公共组对象的激活状态，设置其中o p c 项的数 据类型等，但这些操作并不影响已与公共组连接的其它客户端。与局部组不同的 是，o p c 客户端不能添加或删除公共组内的o p c 项。 可选接口i o p c b r o w s e s e r v e r a d d r e s s s p a c e 为o p c 客户端提供了浏览o p c h 匣务 器中有效数据项的机制。这些数据项往往和实现现场各相关联，代表某个现场信 息。o p c 服务器总是先浏览这些数据项，然后将需要的数据项作为o p c 项添加到o p c 组对象当中进行数据存取。如果没有实现该可选接口，o p c 客户端添加o p c 项时必 须知道o p c 服务器中数据项的确切名称才能建立起与数据源的正确连接。 可选接口i p e r s i s t f i l e 也是标准的c o m 接口 3 1 o 该接口允许o p c 客户端调入或 存储o p c 服务器的设置，这些设置包括o p c 服务器通信的波特率、现场设备的地址 和名称等。这样，当系统重新启动时不需要再对服务器进行设置。需要注意的是 o p c 客户端创建的组对象名称和项对象名称等信息应该由o p c 客户端存储，与该接 口无关。 2 3 2 组对象 o p c 组提供了一种让o p c 客户端组织数据的方法，o p c 客户端可以将逻辑相关 的一组数据作为o p c 项添加到同一个组当中，例如同一个反应器的各点温度等。 o p c 客户端可创建多个组对象，并分别设置其属性。o p c 客户端对o p c 务器进行 数据存取时是以组对象为单位进行的，目p o p c 客户端对组内的o p c 项进行统一的读 写操作，这样无疑提高了数据通信的效率。 ( 1 ) 设定组属性 组名( g r o u pn a m e ) ，每个g r o u p 都有一个大小写敏感的名字，m y g r o u p ”与 “m y g r o u p ”是两个不同的g r o u p 名，0 p c 服务器上所有私有组的名字要各不相同， 同样所有公共组的名字也要各不相同，但是私有组的名字可以与公共组的名字相 同，只要同一o p c 客户端不同时访问相同名字的私有组和公共组即可。另外，o p c 客户端可以更改私有组的名字，但不能更改公共组的名字。 重庆邮电大学硕士论文第二章o p c 技术 i o p c i t e m m g t i o p c s y n c l o 1 0 p c a s y n c l 0 2 i c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r i o p c p u b l i c g r o u p s t a t e m g t 工o p c g r o u p s t a t e m g t i o p c a s y n c i o i d a t a o b j e c t 图2 3 标准o p c 组对象及其定制接口 组的活动状态( a c t i v e i n a c t i v e ) ，这里值得注意的是，组的活动状态与 项的活动状态是相互独立的，组状态的改变并不意味着组内项的状态的改变。 更新周期( b p d a t ar a t e ) ，o p c 客户端可以为每个不同的组制定不同的更新 周期，o p c b 艮务器不应该l z o p c 客户端请求的更新周期更快地给o p c 客户端发送数 据。 组在o p c 客户端的句柄( c l i e n tg r o u ph a n d l e ) 组在o p c 服务器中的句柄( s e r v e rg r o u ph a n d l e ) l o c a l i n ( 2 ) 管理组中的项对象 增加项对象( a d di t e m ) 删除项对象( r e m o v ei t e m ) 验证项的有效性 设定项的活动状态( s e ta c t i v es t a t e ) 设定o p c 客户端访问项的旬柄以及数据类型 ( 3 ) 数据访问 组内所有项的同步异步读写 数据更新 数据订阅 按o p cd a2 o 版的规范说明，标准的组对象如图2 3 所示的9 个接口，其中带 方括号的是可选接口，下面对每个接口分别做简单介绍。 i u n k n o w n 接口是所有c o m 组件都必须实现的一个基本的标准接口。 i o p c g r o u p s t a t e m g t ，为o p c 客户端提供管理组对象的总体状态信息的功能， 最基本地，它提供了更改组的更新周期和活动状态的功能。 o 重庆邮电大学硕士论文第二章o p c 技术 i o p c i t e m m g t ，管理组中i t e m 对象的状态，包括增加删除i t e m 等。 i o p c s y n c l o ，为o p c 客户端提供同步读写操作。 i o p c a s y n c l o ，为o p c 客户端提供异步读写操作。 l o p c a s y n c l 0 2 ，同l o p c a s y n c l o ，这个接口为d a 2 0 版对l o p c a s y n c l o 的改进 其主要区别在于采用连接点的方式进行数据传输。 i d a t a o b j e c t ，在异步通报方式下，异步读写的完成通知。 i c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r ，在连接点方式下，异步读写的完成通知。 i o p c p u b l i c g r o u p s t a t e m g t 可选接口，把私有组转化为公共组。 2 3 3 项对象 用于管理与过程数据源的连接，它对前面所描述的过程数据进行了封装，并 增加了以下一些常用的项属性，以使o p c 客户端可以方便地访问过程数据： ( 1 ) 项对象名( i t e m l d ) ( 2 ) 活动状态( a c t i v e i n a c t i v e ) ( 3 ) 读写权限( a c c e s sr i g h t ) ( 4 ) 访问路径( a c c e s sp a t h ) ( 5 ) 数据类型( d a t at y p e ) ( 6 ) 项在o p c 客户端的句柄( c i i e n th a n d l e ) ( 7 ) 项在o p c 服务器中的句柄( s e r v e rh a n d l e ) 2 3 4o p c 客户端的接口 ( 1 ) l o p c d a t a c a l b a c k ，为了使用连接点，o p c 客户端必须要建立一个支持 i u n k n o m 接口与i o p c d a t a c a l b a c k 接口的对象。 ( 2 ) l o p c s h u t d o w n ，为了实现停机通知功能，o p c 客户端必须建立一个支持 i u n k n o w n 接口与l o p c s h u t d o w n 接口的对象。当o p c 服务器需要关闭时， s h u t d o w n r e q u e s t 函数将会被调用，通女n o p c 客户端0 p c 服务器已经关闭，o p c 客户 端在按到停机通知后应该释放与该服务器的所有连接。 2 4 本章小结 首先，阐述了o p c 技术。然后，重点介绍了o p c 数据存取规范。最后，详细介绍 了o p c 数据存取规范的对象和接口。 重庆邮电大学硕士论文第三章e p a 标准简介 3 1e p 通信模型 第三章e p a 标准简介 e p a 通信模型( 图3 1 ) 参考i s o o s i 开放系统互连模型( i s o7 4 9 8 ) ，低四层 采用i t 领域的通用技术，其中物理层与数据链路层兼容i e e e 8 0 2 3 、 e e e 8 0 2 1 1 、i e e e 8 0 2 1 5 ”1 ，网络层以及传输层采用t c p ( u r n ) i p 协议，并在 i p 层和数据链路层之间定义了一个e p a 通信调度接口。会话层和表示层未定义。 应用层定义了e p a 应用层协议和服务和e p a 套接字映射接口，以及e p a 管理功能块 及其服务，同时还支持i t 领域现有的协议，包括：h t t p 、f t p 、d h c p 、s n t p 、s n m p 等。另外增加了用户层，采用基于i e c 6 1 4 9 9 0 ”和i e c 6 1 8 0 4 定义的功能块及其应用 冈 用户层 应用层 1 网络层传输层 j _ | 物理层 j 数据链蹿层 图3 1e p a 通信模型 进程。以下简要介绍各层功能。 e p a 应用层规范为e p a 设备与控制系统、装置之间实时和非实时的传输数据提 供通信通道和服务接口。它t 虫e p a 实时通信规范和非实时通信协议两部分组成。 其中e p a 实时通信规范是专门为e p a 实时控制应用进程之间的数据传输提供实时 的通信通道和服务接口。而非实时通信协议则主要包括h t t p 、f t p 、t f t p 等互联 网络中广泛使用的通信协议。 e p a 应用层规定以下三个e p a 实体规范，l l p e p a 应用层协议和服务实体、e p a 管 理功能块与e p a 套接字接口实体： ( 1 ) e p a 应用层协议和服务实体 从通信服务特性的观点看，e f a 应用层协议和服务实体描述通信对象、服务 以及关系模型。 在e p 系统( 包括现场设备级和过程监控级) 中，由一个或多个分布在同一 设备或不同设备中的功能块实例组成不同的功能应用进程，通信的目的是在两个 重庆邮电大学硕士论文第三章e p a 标准简介 通信站之间传输数据( 如读写被测值，下载上装程序，处理事件等) ，e p a 应用 层协议与服务实体描述了不同功能块实例( 主要是指分布于不同设备中的功能块 实例) 之间的通信特性。 对于一个设备中功能块实例与另一个设备的功能块实例间的通信，其通信访 问路径由与其相对应的链接对象来唯一指定，在一个应用进程的通信对象在被通 信服务寻址和处理之前，必须是可视且有效的。 e p a 应用层协议与服务实体为e p a 通信站之间的数据传输定义了几类必要的 通信服务，这些服务在功能块实例间的数据传输时被调用。这些服务按功能分为 三类： 域管理服务 用于字符串或文本文件( 如链接对象、调度域) 等域对象的下载或上载。 变量访问服务 用于变量对象( 如简单变量、数组对象、结构对象、复合对象等) 的读写 访问。 事件管理服务 用于工业自动化过程事件对象的请求、应答等处理的服务。 按服务类型分，e p a 实时通信服务可分为需证实的服务和无需证实的服务。 需证实服务要求向发出e p a 通信服务请求的功能块