（计算机应用技术专业论文）基于fdtopc的多现场总线设备集成研究.pdf

基于f d t 一0 p c 的多现场总线设备 集成研究 计算机应用技术专业硕士研究生孙发 指导教师刘枫教授 摘要 现场总线的产生和发展引发了工业控制领域的一场革命。现场总线以其全数字、全分散、 全开放的特点成为控制领域的一个熟点，基于现场总线的控制系统止在逐步取代传统控制系 统，代表了先进控制系统的发展方向。同时，目前现场总线种类繁多。且各自在不同领域得 到广泛应用，没有哪种现场总线能完全适用于所有戍用领域。因而，多种现场总线共存的局 面将在一个很长的时间内存在。各种现场总线产品由f 协议的不同而无法实现互操作、协同 工作，严重妨碍了用户的选择，因此，多总线集成己成为必然的趋势。 o p c ( o l ef o r p r o c e s sc o n t r 0 1 ) 是由o p c 基金会组织倡导的，由在全世界范围内自动 化领域中处于领导地位的厂商协作制定的自动化领域软件的接口标准。这是专为过程控制软 件交互数据而设计的基 f c o m d c o m 技术的规范。o p c 规范的提出，为多总线集成提供了 一个非常有效的解决方法。采_ l j o p c 技术，各现场总线能实现信息共享和无缝集成，以及现 场设备的即插即用( p l u g & p l a y ) ，大人提高了多现场总线控制系统的互操作性和适应性。 但是，用o p c 技术解决多现场总线控制系统的集成，必须要为每个不同的现场总线网 段开发一个o p c 数据访问( d a t a a c c e s s ) 服务器，同时需要实现与现场设备之间进行数据 存取。因此，在多现场总线控制系统下，o p cd a 服务器开发人员要熟悉不同现场设备的数 据采集方式和总线通讯协议，并在此基础上编写现场设备的通讯驱动程序。因此，o p c 服 务器的开发依赖于设各的现场总线类型、厂商和设备类型，这导致了开发o p c 服务器的工 作量和难度都大大地增加。 同时，为了实现不同现场总线网段之间的数据交换，还必须在o p cd a 服务器基础上， 实现o p cd a t ae x c h a n g e 规范。 f d t ( f i e l dd e v i c e t 0 0 1 ) 技术规范是由z v e i ( 德国电r ：器材_ 会) 提出并于2 0 0 0 年由 p r o f i b u s 协议用户组织( p n o ) 发布。它的推出迅速得到了众多自动化行业的大型公司的 支持，并在2 0 0 3 年成立了专fj 的非盈利组织f d tj i g 来负责研究开发推广这项技术，规范现 已成为i e c 国际标准。f d t 定义了f d t 框架应用程序对象及其接口，设备厂商提供的设备相 关软件组件和主系统厂商的t = 程软件之间的标准接口，使得主系统厂商通过一个工程| l 具软 件就可以集成不同厂商、不同现场总线协议、不同类型的设备。 针对o p c 技术解决多现场总线控制系统集成问题所存在的不足，本文通过对f d t 技术及 其解决设备访问独立于设备的现场总线类型、厂商和设备类型的有关技术与机制进行深入地 研究，并在此基础上，提出了一个基于f d t 技术的o p cd a 服务器开发模型，利用该开发模 两南人学何! f 二学1 节论文 型解决，在多现场总线控制系统卜o p c 服务器开发依赖j 二设备的现场总线类，世、厂商和没备 类璀的问题。本文最后还给出了开发模础的o p c - - f d t 框架应_ l f j 程序、服务器地址空间及数 据管理和数据转换锋模块的实现方法，开通过o p c 快速开发j 具包实现了一个o p cd a 服务 器，为开发模型的下一步应用实现打下荩础。 关键词：现场总线、f c $ 、o p t 、f d t 、系统集成 r e s e a r c ho ni n t e g r a t i o n so fm u i t i - f i e l d b u sd e v i c e s b a s e do nf d t o p c m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n a u t h o r ：s u nf a s u p e r v i s o r ：p r o f l i uf e n g a b s t r a c t t h ep r e s e n c ea n dd e v e l o p m e n to f f i e l d b u sh a sb r o u g h ta ni n v o l u t i o ni ni n d u s t r yc o n t r o lf i e l d w i t hi t sd i g i t a l ，d i s t r i b u t e da n do p e nc h a r a c t e r , f i e l d b u sh a sb e e nah o ti s s u ei nc o n t r o lf i e l d t h e c o n t r o ls y s t e mb a s e do nf i e l d b u si s r e p l a c i n gt r a d i t i o n a lc o n t r o ls y s t e m , a n dr e p r e s e n t st h e o r i e n t a t i o no fa d v a n c e dc o n t r o ls y s t e m h o w e v e r , t h ef i e l d b u si sv a r i o u si ns t y l e sa tp r e s e n ta n d a p p l i e dw i d e l yi nd i f f e r e n tf i e l d si n d i v i d u a l n ok i n d so ff i l e d b u s c a l lb et o t a l l ys u i t a b l ef o ra l l a p p l i c a t i o n s t h u st h es i t u a t i o nt h a tm a n yk i n d so ff i e l d b u sc o e x i s tw i l le x i s ti nav e r yl o n gt i m e v a r i o u sk i n d so ff i e l d b u sp r o d u c t sa r cu n a b l et or e a l i z em u t u a lo p e r a t i o na n dc o o p e r a t i n gw o r k b e c a u s eo fd i f f e r e n c eo ft h ep r o t o c 0 1 i nt h i sw a y , i th i n d e r su s e r s c h o i c es e r i o u s l y t h e r e f o r e m u l t i f i e l d b u si n t e g r a t i o na l r e a d yb e c o m e st h ei n e v i t a b l et r e n d u n d e rt h em i c r o s o f l sc o o p e r a t i o na n dt h eg u i d i n go ft h eo f cf o u n d a t i o n , o l e ( o l ef o r p r o c e s sc o n t r 0 1 ) w a se s t a b l i s h e da st h ei n t e r f a c es t a n d a r do ft h ea u t o m a t i cf i e l db yt h el e a d i n g m a n u f a c t u r e r so f t h ea u t o m a t i cf i e l da l lo v e rt h ew o r l d i tw a sb a s e do nc o m d c o mt e c h n o l o g y s t a n d a r da n dd e s i g n e df o rt h ei n f o r m a t i o na l t e r a t i o no ft h ep r o c e s sc o n t r o ls o f t w a r e w i t ho p c s t a n d a r di sp r o p o s e d , i tp r o v i d e sa l le f f e c t i v es o l u t i o ni nt h ep r o b l e mo f m u l t i f i e l d b u si n t e g r a t i o n t h t o u g ha d o p t i n go p ct e c h n o l o g y , e v e r yf i e l d b u sc a l lr e a l i z ei n f o r m a t i o ns h a r i n ga n ds e a m l e s s i n t e g r a t i o n , w e l l p l u g & p l a yo ff i e l d b u se q u i p m e n t t h em u t u a lo p e r a t i o na n da d a p t a b i l i t y o f m u l t i f i e l d b u si se n h a n c e dg r e a t l y t h o u g ho p ct e c h n o l o g yc a l lb ea p p l i e dt os o l v et h ei n t e g r a t i o np r o b l e mo fm u l t i f i e l d b u s c o n t r o ls y s t e m , i tn e e d st oi m p l e m e n ta l lo f cs e t v e rf o re a c hd i f f e r e n tf i e l d b u s t h ed e v e l o p m e n t o fa no p cs e r v e rm u s t h i e v et h ed a t ae x c h a n g ew i t hf i e l dd e v i c e s t h e r e f o r e u n d e r m u l t i f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m o p cd e v e l o p e r ss h o u l db ef a m i l i a rw i t l lt h ed a t aa c q u i r i n gm e t h o d s o fd i f f e r e n tf i e l dd e v i c ea n dt h ep r o t o c o l so fd i f f e r e n tf i e l d b u s r l l e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n to ft h e o p cs e r v e rc a n n o tb ei n d e p e n d e n to ff i e l d b u st y p e s ，a n dt h i sl e a d st oi n c r e a s ed i f f i c u l t ya n dt i m e f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e o p cs e r v e r f d t ( f i e l dd e v i c et o n i ) s t a n d a r di sp r o p o s e db yz v e i ( g e r m a ne l e c t r i c a l & e l e c t r o n i c m a n u f a c t u r e r s a s s o c i a t i o n ) a n dp u b l i s h e db yp r o f i b u si n2 0 0 0 a f t e rf d ts t a n d a r db e p u b l i s h e d ，i tw a sq u i c k l ys u p p o r t e db ys e v e r a ld o z e n s o fv e n d o r s ，a n d tu p an o n - p r o f i t o r g a n i z a t i o nr e s p o n s i b l ef o rt h ef d tj i gi n2 0 0 3 t h eo r g a n i z a t i o na i m t op r o m o t or e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to ft h i st e c h n o l o g y , a n dt h es t a n d a r dh a sb e c o m ea ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r dn o w f d t i i i 两l * ，、# 硕 。学竹论文 s t a n d a r dd e f i n e st h eo b j e c t sa n di n t e r f a c eo ff d tf i a m ea p p l i c a t i o n ，a n da l s od e f i n e si n t e r f a c e b e t w e e nd e v i c ed t m s ( d e v i c et y p em a n a g e r ) p r o v i d e db ym a n u f a c t u r ea n dt h ee n g i n e e r i n g s o f t w a r eo fh o s ts y s t e m b yd e f m e di n t e r f a c e s ，t h eh o s ts y s t e mm a n u f a c t u r ec a ni n t e g r a t ef i e l d d e v i c e ，i n d e p e n d e n t l yo f t h et y p e ，m a n u f a c t u r e ra n df i e l d b u sp r o t o c 0 1 t os o l v et h ed i s a d v a n t a g eo ft h em e t h o dt h a tu s e do p ct e c h n o l o g yt os o l v et h ep r o b l e mo f m u l t i f i e l d b u si n t e g r a t i o n t h i sp a p e rs t u d i e so nt h em e c h a n i s m s0 rt e c h n o l o g yo ff d tt e c h n o l o g y , w h i c hc a r li n t e g r a t ea n yf i e l dd e v i c ei n d e p e n d e n to fi t sf i e l d b u sp r o t o c o l ，a n dp u t sf o r w a r da d e v e l o p m e n tm o d e lo fo p cd a t aa c c e s ss e r v e rb a s e df d tt e c h n o l o g y , t h em o d e la p p l i e sf d t f r a m ea p p l i c a t i o n ，d e v i c ed t m ，n e s t e dc o m m u n i c a t i o na n do t h e rr e l a t e dt e c h n o l o g i e st oa c c e g t h ef e l dd e v i c e si n d e p e n d e n to ff i e l d b u sp r o t o c o l s i nt h i sw a y , t h em o d e ls o l v e st h ep r o b l e m t h a t d e v e l o p m e n to fo p cs e r v e r si sn o ti n d e p e n d e n to ff i e l d h n sp r o t o c o l s ，d e v i c em a n u f a c t u r ea n d d e v i c et y p e f i n a l l y , t h i sp a p e rp r o v i d e st h ew a yo f t h ei m p l e m e n t a t i o no f d e v e l o p m e n tm o d e la n d i m p l e m e n t sa no p cd a t aa c c e s ss e r v e rt h a t i sn e c e s s a r yf o ru s i n gt h ed e v e l o p m e n tm o d e lf o r a p p l i c a t i o ni nn e x ts t 印 k e yw o r d ：f i e l d b u s ，f c s ，o p c ，f d t , s y s t e mi n t e g r a t i o n 独创性声明 学位论文题目： 基主墅生! 丝塑鱼丝塑笸丝塑逊亟塑 本人提交的学位论文是在导师指导f 进行的研究工作及取得的研究 成果。论文中引用他人已经发衷或出版过的研究成果，文中已加了特别标 往。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了 明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：硐、峻、签字日期：弘力7 年j - 月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并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。本人授权西南大学研究乍院( 筹) 可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行榆索，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，本论文：口不保密，口保 密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：碉。 签字日期：v 伦7 年厂月( 7 日 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期： 电话： 邮编： 叫嵋 ) d p 7 年岁月c 1 日 第一章结论 1 1 研究背景 第一章绪论 上个世纪8 0 年代是计算机功能不断强大，网络技术迅猛发展的时期；与此同时，由于 标准制定严重滞后，工业控制系统中广泛采用的集散式控制系统( d c s ) 互不兼容、互可操 作性差以及可扩充性差的“信息孤岛”的薄弱点也日渐明显，闪此一种具有完全的数字通信 能力的采用网络集成的全分布式方案现场总线控制系统f c s ( f i e l d b u sc o n m a ls y s t e m ) ) 避 运而生。f c s 的技术设想就是让具有通信功能的现场设备构成一 厂底层的控制网络，并且通 信的标准具有公开性，从而使得设备间实现互操作。这种融合了计算机( c o m p u t e r ) ，通信 ( c o m m u n i c a t i o n ) 和控制( c o n t r 0 1 ) 以及c r t 显示技术等4 c 技术的系统满足了工业控制系统向 网络化、分散化以及智能化发展的需求，因此，它已经逐渐的替代传统的d c s 系统，成为 继基地式气动控制仪表系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及 d c s 系统之后的第五代控制系统l i j 。 目前世界上有多种现场总线标准，多个现场总线的企业集团、国家和国际性组织每种 现场总线都有各自的特点，在某些应用领域显示了自己的优势，具有较强的生命力和市场【z 】。 因此，没有哪种现场总线能完全适_ l j 丁二所有应用领域，现实情况是多种现场总线标准共存， 并在同一控制系统中出现有多种现场总线共存的局面。 同时，在企业信息化进程中，企业必须把整个工厂的各个层面的信息集成剑一起，从底 层的现场设备、过程控制层、信息管理层到上层的企业信息管理层的各层信息集成纠一起。 但是，在多现场总线控制系统下，由于各种现场总线产品由于协议的不同而无法实现互 操作、协同工作，严重妨碍了用户的选择。因此，多现场总线控制系统的集成已成为一个亟 待解决的问题”j 。 在解决多现场总线集成问题的有关技术中，o p c 技术作为： 业过程数据交换事实上的 标准，很好地解决异构现场总线的集成问题，成为多现场总线集成技术的研究热点。 它通过对每个总线段提供了一个o p cd a 服务器，o p c 客户端软件都可以通过一致的 o p c 接口访问这些o p cd a 服务器，获取各个总线段的数据，同时，o p c 服务器之间通过 o p cd x 技术实现了服务器间的数据交换。所以，通过o p c 技术可以实现不同现场总线网 段之间的设备数据交换，解决了多现场总线控制系统的集成问题。 用o p c 技术解决多现场总线控制系统的集成。必须要为每个不同的现场总线网段开发 一个o p c 数据访问( d a ) 服务器，并且要实现与现场设备之间进行数据存取。因此，在 多现场总线控制系统f ，o p cd a 服务器开发人员要熟悉不同现场设备的数据采集方式和 总线通讯协议，并在此基础上编写现场没备的通讯驱动程序。同时，为了实现不同现场总线 网段之间的数据交换，还必须在o p cd a 服务器基础上，实现o p cd a t ae x c h a n g e 规范。 因此，由于o p c 服务器的开发依赖于设备的现场总线类型、厂商和设备类型，导致了 开发o p c 服务器的工作量和难度都大大地增加。 两南大的 _ 譬位论文 1 2 现场总线控制系统的现状与发展 1 2 1 现场总线的现状 现场总线控制系统对现场控制性能进行了有效地改进，其广泛的应用前景健使各大组织 和自动化公司投入了大晕的精力进行技术和应用的研究。在现场总线技术的发展过程中，各 大企业为了尽快占领现场总线的产品市场，相继开发了自己的通讯协议，因此国际上出现了 多种现场总线协议标准，这是与现场总线开放、互可操作的特点是相悖的t 4 1 。历经1 4 年的 纷争，经过9 轮投票表决，国际电 委员会( i e c ) 丁二2 0 0 0 年初公布了i e c 6 1 1 5 8 国际标准， 其中包括了f f ，p r o 兀b u s ，w o r l d f i p 等8 种标准，正式地承认了多种协议并存的局面； 2 0 0 3 年4 月，由i e c s c 6 5 c m t 9 小组修订的i e c 6 1 1 5 8e d 3 现场总线标准第三版正式成为 国际标准，其中规定了1 0 种类型的现场总线，它们分别是：t s 6 1 1 5 8 现场总线、c o n t r o l n e t 和e t h e m e t i p 现场总线、p r o f i b u s 现场总线、p - n e t 现场总线、f f h s e 现场总线、s w i f t - n e t 现场总线、w o r l d f l p 现场总线、i n t e r b u s 现场总线、f f - h i 现场总线以及p r o f f n e t 现场 总线。另外，除去上述的这十种类型外，国际上还有很多朱列入国际标准但得到广泛应用的 总线协议。每种总线的产生都得到了一个或多个公司的支持。具有一定的应用背景，如 p r o f i b u s d p ，d e v i c e - n e t ，a s i ，l m e r b u s - s 等主要应用丁二制造工业自动化：而 p r o f i b u s p a ，f f 等应用于过程自动化：s e n s o p l e xm c 等则应用于防爆场合的本质安全； c a n 总线广泛应用于离散控制领域；l o n w o r k s 总线在工业控制、楼宇自动化等领域得剑了 广泛的使用：在一r 业仪表系统的过渡时期，h a r t 总线协议是最佳的选择【4 】p 】。 1 2 2 现场总线及其f c s 的发展趋势 现场总线的国际标准虽然制订出来了，但是想要在一个标准内容中容纳所有连续、离散 工业控制领域的众多技术需求是一个十分困难的事情。因此。现场总线今后的发展将氅以下 趋势吣】川： l 进一步改善网络性能 众多厂家在保证数据传输高可靠性的基础上尽鼍简化网络协议，在保证较高性能价格比 的基础上不断增加网络的传输带宽，加大传输的距离，网络的结构由单一主从式向多主从式 进化，并采用同一根传输电缆实现数据传送和向现场设备供电。 i i 多种总线并存 现场总线国际标准i e c l l 5 8 中采用的8 种类型，以及其他一些现场总线，将在今后一 段时间内共同发展，并相互竞争相互取k 补短。此外，国际跨国公司除了从事他们所支持的 现场总线技术的研究与开发，还兼顾其它总线的应用。 i i i 每种现场总线将形成其特定的应用领域。 目前全球用丁连接分散的i 0 产品和控制器的总线和网络产品多种多样，但朱来将会有 越来越多的市场份额集中在越来越少的总线和网络产品上，随之会产生新的市场领导者。随 着时间的推移，占有市场8 0 左右的总线将只有人七种，而且其应用领域比较明确。 多总线集成已成为必然的趋势 2 第一章绪论 由于现场总线种类繁多，且各自在不同领域得剑了广泛麻用。各种现场总线代表着币同 公司多年的研发投资和市场利益，不同总线的技术侧重不同各有特色。就目前各种现场总 线技术来看，没有哪种现场总线能够完全适用于所有的应用领域。尽管 = 业以太网因其无可 比拟的优势进入现场控制级已成为发展趋势；但至少现在看来，它难以完全取代现场总线而 成为实时控制通信的单一标准。冈此，多种现场总线共存的局面将在一个很长的时间内存在 s l l 9 1 。 1 3o p c 技术的发展 1 3 1o p c 技术概述 lo p c 产生背景 随着过程自动化的发展，自动化系统厂商希望能够集成不同厂家的不同硬件设备和软件 产品，各家设备之间实现互操作，1 ：业现场的数据能从现场车间汇入到整个企业信息系统中。 然而在工业自动化控制系统中，存在这大量的控制器和现场设备，这些没备来自不同的制 造商，遵从不同的通讯标准，只能组成各自的控制系统，与特定的应用软件通讯。虽然某些 网络之间可通过协议转换实现互联，但不具有普遍性。传统的过程控制系统中，为使每一个 应用程序与设备交换信息，必须为每个设备提供相应的驱动程序，在数据源与客户程序之间 分别建立一对一的驱动连接，如图1 - 1 所示： 图i - io p c 产生之前 由于设备多样性和驱动程序的不兼容性，这种方式存在以下缺陷5 1 0 j ： n 应用程序开发者必须花大鼍精力开发各种设备的驱动接口，计算机硬件厂家要为不 同的应用软件编写不同的驱动程序，这种程序可复用性程度低，开发时间和费用因此大 大增加。 2 ) 设备不具备互操作性，使用中硬件的升级、变更和增加都可能造成驱动程序的变化， 从而维护过程中引起二次投资。 3 ) 由于每一驱动软件有各自的驱动程序，当多个应用软件读取同一数据源时，经常发 生冲突。 4 1 设备厂商虽然可能提供驱动程序，但与用户开发软件往往不一致，限制了用户对软 件和设备的自由选择。 因此，这就需要一种能够有效地进行数据访问和管理地开放标准，能在工业控制计算环 3 西南大学硕 学位论之 境中从现场级剑控制毫以及上层管理的各个数据源之间灵活地进行通信。o p c 止是在这样 的背景卜- 应运而生。 1 1 0 p c 解决方法 o p c ，即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 sc o n t r o l ，意为用于过稃控制 的对象链接嵌入技术。o p c 是一个i = 业标准，它是由一些世界上著名的自动化系统的埂件、 软件公司和m i c r o s o f t 紧密合作而建立的。由f i s h e rr o s e m o u n t 公司在1 9 9 5 年首次提出的， 它借用了微软的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 ) 和c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t0 b j e c tm o d e l ) 技术，并戍用于过程控制中，它过程控制和上 业自动化领域提供了一套标准的接口、属性和方法，是实现控制系统现场设备与过程监控级 进行信息互连，实现控制系统开放性的关键技术【l l l 。 提出o p c 技术最初是为了解决应用软件与各种设备驱动程序的通信问题，简化系统的 i o 驱动开发方式。没有采用o p c 技术以前，对于一个m 种应用程序、n 种设备的系统，共 需开发m x n 个驱动程序，而o p c 采用客户，服务器体系，为服务器与客户程序的链接提供 了统一、标准的接口规范。采用了o p c 技术以后。只需开发m + n 个与o p c 的接口，如图 l - 2 所示【”1 。 图1 - 2 采用o p c 技术的工业控制软件与硬件设备之间的接u 因此，由于o p c 的这种数据访问特点解决了传统的过程工业数据交换存在的缺陷，具 有很大的技术优势和经济优势。通过o p c 我们可以做到： 1 )计算机硬件厂商只需要编写一套驱动程序就可以满足不同用户的需要。硬件供应商 只需要提供一套符合o p cs e r v e r 规范的程序组，无需考虑工程人员需要。 2 ) 戍用程序开发者只需要编写一个接口便可以连接不同的设备。软件开发商无需编写 大量的设备驱动程序。 3 )工程人员在设备选型上有了更多的选择。对最终用户而言，选择面更宽了一些，可 以根据实际情况的不同，选择切合实际的设备。 1 3 2o p c 技术的发展现状 4 i o p c 规范的发展 o p c 标准最初的目标是尽快制定一个 业数据交换标准，困此最初版本侧重于在线数 据存取，报警事件处理和历史数据存取等方面。o p c 基金会于1 9 9 7 年9 月发布了最早的 数据存取规范( d a t aa c c e s ss p e c i f i c a t i o n ) 。该规范现已升级到3 0 0 版。图l 一3 显示了主要规 范的发展m l 。 o p c 规范名称 版本演进 时圊跨度 规范麓述 数据存取规范定义o p c 服务器中一组c o g 对象及j 接u ，并 v 1 0 11 9 9 6 8 d a t aa c c e s s规定，客户程序对服务器程序进行数据存取 v 3 0 02 0 0 2 6 s p e c i f i c a ti o n 时遵循的标准。 报警事件舰范提供r 一种通知机制，即在指定事件或报警条 v 1 i x )1 9 9 8 1 2 a l a r m & e v e n t s 件发生时o p c 服务器能够主动通知客户程序。 v 1 1 02 0 0 2 1 0 s p e c i f i c a t i o n 历史数据存取规范 v 1 0 01 9 9 8 1 0由于现在大部分历史数据系统采用专用接口 h i s t o r y d a t aa c c e s sv 1 2 02 0 0 3 1 2分发数据。因此无法提供即插即用的功能。为 s p e c i f i c a t i o n 此，该规范提供r 通用历史数据引擎。可以向 感兴趣的用户和客户程序提供数据汇总和数 批量过程规范 v 1 0 02 0 0 0 1 据分析等额外的信息。 b a t c hs p e e i f i c a t i o n 2 0 0 1 7 基于o p c 数据存取规范，提供了一种存取实时 批量数据和设备信息的方法。 安令性规范o p c 服务器为戍用提供r 重要的现场数据，如 s e c u r i t y果这些参数被误修改将会产生无法预料的后 v i 0 02 0 0 0 1 0 s p e c i f i c a t i o n果，因此需要防止未授权的操作，o p c 安全性 v 1 o l2 0 0 1 1 规范就提供丫这样一种专用的机制来保护这 磐敏感数据。 x m l 数据存取规范 v 1 0 01 9 9 9 1 0 建立x m l 数据纲要，用于将o p c 数据向 瑚ld as p e c i f i c a t i o n v 1 0 l2 0 0 4 1 2 i n t e r n e t 上的应用程序开放。 o p c 统一架构规范一个全新的规范，提供r 统一的集成服务，具 v 1 0 02 0 0 6 6 u n i f i e da r c h i t e c t u r e有平台无关性高町靠性和开放性。 图l - 3 规范的发展 伴随网络快速发展，o p c 基金会紧随最新趋势，并利用最新技术来增强o p c 技术，使 其更适合于因特网应用。1 9 9 9 年o p c 基金会专门成立的x m l 工作组，建立了与微软的 b i z t a l k 体系结构相兼容的x m l 纲要( x m ls c h e m a ) ，用于将o p c 数据向i n t c r n c t 上的应用 程序开放，从而增强与o p c 兼容应用程序的电子商务功能。o p cx m l 建立了一组关键字 和属性，用于描述j ：业设备、控制系统等方面的特性和操作，从而使整个企业环境下的应用 程序能够共享控制系统和现场设备的信息。 1 4 论文的研究内容 论文通过对多现场总线控制系统现有主要集成技术的研究，指出在利用网关和以太网技 术的基础上，构建一个基于o p c 技术的多现场总线控制系统方案来解决多现场总线集成问 题，具有更高的可行性和有效性。但是，通过对该方案的研究，发现用o p c 技术解决多现 场总线控制系统的集成，必须要为每个不同的现场总线网段开发一个o p c 数据访问( d a ) 服务器，并且需要实现与现场设备之间进行数据存取。这使得o p cd a 服务器开发人员要 5 两南j 、学颅十学位论芷 熟悉不刚现场设备的数据采集方式平总线通讯协议，f 住此基础上编巧现场殴备的通讯驱动 程序。同时，为了实现不同现场总线网段之间的数据交换，还必须在o p cd a 服务器基础 上，实现o p cd a t ae x c h a n g e 规范。因此，由于o p c 服务器的开发依赖于设备的现场总线 类刖，厂商和设备类璎，导致了开发o p c 服务器的r ：作昔和难度都犬大地增加。针对o p c 技术解决多现场总线控制系统集成问题所存在的不足，本文通过对f d t 技术及其解决设备 访问独立丁设备的现场总线类型、厂商和设备类型的有关技术与机制进行深入地研究，并在 此基础上，提出了一个基于f d t 技术的o p cd a 服务器开发模型，利用该开发模型顺利地 解决了在多现场总线控制系统fo p c 服务器开发依赖r 设备的现场总线类型、厂商和设备 类型的问题。 论文研究的内容主要包括以下几个方面： ”现场总线及其现场总线控制系统 研究现场总线及其现场总线控制系统的现状和发展，并分析多现场总线控制系统作为今 后控制系统的发展趋势所存在的集成问题，深入分析多现场总线的集成研究现状。 2 ，o p c 数据访问规范 详细研究o p c 规范，尤其是o p c 数据访问规范的技术基础、重要接口以及数据访问方 式。 3 )基于现场总线的o p cd a 服务器的实现研究 研究多现场总线控制系统的集成问题以及集成技术，并指出一个相对更可行、更有效的 多现场总线集成解决方案。同时，针对基于o p c 技术的多现场总线控制系统的集成解决方 案进行深入研究，并指出该方案在具体戍h j 时所存在的不足。 4 1f d t 技术 详细介绍f d t 技术标准，研究f d t 技术标准的体系结构及其技术。 5 )基于f d t 的o p cd a 服务器实现模型及其实现 针对o p cd a 服务器在解决多现场总线控制系统的集成问题时所实现所存在的问题或 不足，提出基于f d t 的o p c d a 服务器实现模型，并在此基础上，深入研究开发模型的应 用实现。 6 第二审o p c 数据访问规范 第二章o p c 数据访问规范 2 1o p c 技术的基础 2 1 1c o m 技术概述 o p c 中大鼍_ j 到了c o m 技术中的知识，o p c 服务器实质上就是一个有同定接口和功 能的c o m 组件，而o p c 的客户端实质上就是一个对c o m 组件的调用。 o p c 之所以采用了c o m 技术，是由c o m 的一些优点所决定的。c o m 的出现解决了 传统编程模式存在的许多的不足1 1 4 1 ，主要有以f ) l 点： 1 )随着计算机技术的发展，软件变的越来越庞大，开发周期过长，而且维护成本高。 2 ) 应用是单一的集成软件，集中了许多的功能，然而这些功能无法单独升级或替换。 3 )各个软件之间的数据和功能难以互相调用，就算两个软件是在同一机器用同一编程 语言开发。 由于这些缺陷，开发人员采取了许多技术以求解决这些问题，但都不能很好的达到人们 的要求，直到组件化程序c o m 的出现。 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的中文意思是组件对象模型，是微软开发的一种二进 制网络标准。c o m 是一个规范，它是一个说明如何建立可动态互变组件的规范。它提供了 为保证能够互操作，客户和组件都应遵循的一些标准。标准对于组件架构是十分重要的，有 了标准才能保证客户和组件能正常交互。c o m 规范是一套为组件架构设置标准的文档，所 有的c o m 组件开发都必须要严格遵守这个规范，否则就不能称之为c o m 组件。 c o m 使得任意组件之间可以互相通信。不管这些组件是不是在一个计算机上或者是不 是在同样的操作系统中，只要是处在同一个网络中互相连通就可以传递信息。 c o m 组件化程序的目的是要将单独的、庞大而复杂的应用程序分成多个模块。这些单 个的模块并不只是过去的那些代码，而是一个个有自己功能的组件( c o m p o n e n t ) ，这些单个 的组件可以在任何位置，可以是在单一的机器，也可以是在网络中。通过c o m 的规范互相 来传递信息。 c o m 组件就像是一个个零件，把它们连接集成到一起就变成了一个功能无比强大的机 器。与此同时这个机器还是可以不断升级的，可以通过整合其它的c o m 组件使得机器拥有 更多的功能，也可以通过去除其中的一些组件来减少部分功能。这些特点给了编程人员极大 的方便。在过去，一个软件中的某些功能改变可能需要将全部程序都做出改动。而现在程序 员只需要改动整个软件中的一些组件就可以达成目的，极大减轻了工作最。由于这些特点， c o m 一经微软推出就受大了极大的好评，o p c 基金会也利用c o m 技术推出了o p c 。 2 1 2c o m 对象及接口 在c o m 规范中，对象与接口是最为重要的部分。c o m 对象被封装起来，客户通过接 口来调用c o m 对象。c o m 组件提供给客户的是对象形式的实体。客户与组件之间进行交 7 两南大学倾卜学f _ ：，论之 且的实体就是c o m 对象。通过对豫的调川，客户就町以实现c o m 组件的种种功能。 c o m 是面向对象的软什模犁，因此对象是其基本的要素，但是按照c o m 规范，对象 对客户来说足不可见的，接口将对象暴露给客户。客户不能直接的访问对象而是通过全局 标识符g u i d 进行对象的查找和初始化l 作。由丁：g u i d 是一个1 2 8 位的数字，因此基本上 可以保证c o m 对象的唯一性。全局唯一标识符( g u i d ，g l o b a l l yu n i q u ei d e m i f i e r ) 是一个 随机数，主要由两部分组成，一个是网络适配器的地址值，如果没有网络适配器就随机产生 数字，另一个是时间随机值，不同时间机器产生的数字总是不相同的。冈此，在实际当中 g u i d 是绝对不会相同的。 c o m 对象和接口都有自己单独的g u i d 值，通过自己的g u i d ，客户可以方便的访问 对象和接口。对象的g u i d 称为c l s i d ( c l a s s i d e n t i f i e r ，类标识符) 接口的( 3 u i d 称为l i d ( i n t e r f a c ei d e n t i f i e r ，接口标识符) 。由丁：g u i d 的唯一性，