（热能工程专业论文）基于opc规范的火电厂监控信息系统构架研究.pdf

摘要 摘要 随着2 0 世纪9 0 年代计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现代大型火电厂已 经普遍采用分布式控制系统d c s 和p l c 程控系统，大大提高了机组的自动化水平。由 于i i 前我国大部分电厂所采用的m i s ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m i n p l a n t l e v e l t 简 称m i s ) 主要为全厂运营、生产和行政的管理工作服务，主要完成设备维修管理、生产 经营管理和财务管理等功能，即使有部分生产过程的实时数据，也仅仅实现了对生产信 息的浏览，功能水平较低。因此，建设厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m i np l a n tl e v e l ，简称s i s ) 变得越来越重要。 s i s 建立在单元机组d c s 系统之上，主要处理全厂实时数据，完成厂级生产过程的 监控和运行优化，厂级故障诊断和分析，厂级性能计算、分析和经济负荷调度等功能。 s i s 大量数据的传输和处理，都涉及到软件之间的接口和硬件设备的驱动程序。在过去， 由于各控制系统往往不是由一家公司实施。从而造成各系统相互独立，信息不能共享。 由于缺乏统一的开放式标准接口，为了将不同厂家的软硬件产品集成到一起，必须为他 们开发专用的驱动程序。对于一些典型的信息系统，大约2 5 一3 0 的精力被用于开发 这些驱动程序，而且当软硬件设备修改、升级时，通信接口或驱动程序又必须修改。这 样无论对用户还是对于开发商，系统集成和长期维护的成本都是非常高的。而o p c 规范 的出现使这一问题迎刃而解。 o p c ( o l e f o r p r o c e s s c o n t r 0 1 ) 是由过程控制和生产自动化领域中处于全球领导地 位的软硬件提供商与微软合作创立的o p c 基金组织( o p cf o u n d a t i o n ) 制定的工业标准。 o p c 规范致力于成为一个开放的、易实现的、即插即用的标准，在工业控制设备和控制 软件之间建立统一的数据存取规范，它不但能够应用于单台计算机，而且可以支持网络 上分布式应用程序之间以及不同平台上应用程序之间的通信，实现系统软件与设备之间 完全无缝集成和真正开放的通信。 本论文主要研究基于o p c 规范的电厂监控信息系统构架，主要内容如下： 1 介绍电厂信息监控系统的定义，指出电厂信息监控系统组成和功能根据 w i n d o w sd n a 策略和多层软件设计思想，组件化软件设计思想，应用b s 构 架，设计电厂监控信息系统构架。它主要由w e b 浏览器和w e b 服务器层( 客 户层) 、业务逻辑层、实时历史数据库层和自动控制设备物理层等部分组成。 2 利用o p c 规范实现电厂监控信息系统统一、开放的数据访问平台，设计基于 o p c 规范设计电厂监控信息系统数据通道，利用w i n 3 2s d k 平台，应用嵌套 类设计思想，设计o p c 数据访问服务器，实现跨操作平台、不同数据源以及 不同语言编写的应用软件模块的系统顺利集成。 3 考虑到随着i n t e r n e t j i n t r a n e t 的快速发展，基于b s ( w e b 浏览器w e b 服务器， 数据库服务器) 的架构成为非常流行的应用方式。新技术之一的x m l 东南大学博士学位论文 ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言，简称x m l ) 作为w e b 数据 使用的通用语言为数据信息共享提供了强大的数据信息定义和交换机制。 o p c 和x m l 的结合，将能够实现从工厂底层的监控和控制系统到较高级别的 企业应用程序整个工业信息系统的纵向信息集成，提供更好的方式将获得的 实时生产数据嵌入到办公自动化信息处理的应用程序中去，进一步满足企业 对各种数据信息的需求。本论文提出基于a c t v i e x 技术、x m l 技术和a s p ( a c t i v es e r v e r p a g e ，简称a s p ) 技术的w e b 应用，根据o p c x m l 纲要， 实现电厂监控系统的客户层( w e b 客户层w e b 服务器层) 。这样， i n t e r n e t i n t r a n e t 用户可以通过w e b 浏览器从w e b 服务器得到生产现场的实时 数据，了解生产现场的实际情况，同时用户也可以按照各种方式处理这些实 时数据。从而可以实现基于i n t e r n e t i n t r a n e t 上的远程监控，远程故障诊断、 远程指挥调度和远程设备管理。 4 指出正确安装注册o p c 服务器以及o p c 相关组件也是整个监控系统正常运行 的关键，是实现客户程序与服务器程序通信的基础。对如何正确注册o p c 服 务器及其组件进行了分析。同时，对在网络环境下，系统设计人员如何对安 全性予以充分考虑，选择最合适的安全机制，进行了研究。 论文最后总结全文，并指出今后进一步工作和研究的方向。 关键词：电厂监控信息系统o p c 规范 c o m d c o mo p c - x m l数据通道 一i i a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y ，c o n t r o lt e c h n o l o g ya n di n t e r n e t t e c h n o l o g yi nt w e n t yc e n t u r y ，d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) a n dp l c ( p r o g r a m m a b l e l o g i cc o n t r o l l e r ) h a v eb e e nu s e da n di n c r e a s e dt h ea u t o m a t i cl e v e li nm o d e r np o w e rp l a n t b e c a u s et h em 1 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 mi np l a n tl e v e l ) a r cm a i n l yw o r k e df o r b u s i n e s sa n dm a n a g e m e n t ，l a c k e dt h er e a l t i m ed a t af r o mf a c t o r yf l o o r ，o ro n l yc a nb r o w s et h e r e a l - t i m ed a t a i tb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt ob u i l dt h es u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o n s y s t e mi np l a n tl e v e l ( s i s ) b a s e do nd c sa n dp l c ，s i sa r ew o r k e df o rt r e a tt h er e a l - t i m ed a t a ，s u p e r v i s ep r o d u c t i o n a n de n e r g y - s a v i n gm o d i f i c a t i o n ，e c o n o m i c a la n a l y s i s ，f a u l td i a g n o s i s ，p e r f o r m a n c e c a l c u l a t i o na n dl o a da p p o r t i o n m e n ti np l a n tl e v e l a l lt h e s ed a t at r a n s f e ra n dt r e a t m e n t ，a r e r e l a t e dt oi n t e r f a c ea n da p i s ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e s ) b e t w e e ns o f t w a r ea n d h a r d w a r e a l lp r o c e s s c o n t r o la n di n f o r m a t i o ns y s t e m so nt h em a r k e tt o d a yh a v ep r o p r i e t a r y t e c h n i q u e s ，i n t e r f a c e s ，a n da p i s h a r d w a r ea n ds o f t w a r ec h o i c e sf o rp r o c e s sa n di n d u s t r i a l m a n u f a c t u r e r sa r es h a r p l yr e d u c e db e c a u s et h e i ra p p l i c a t i o ns u p p l i e r sp r o v i d el i m i t e d c o n n e c t i v i t y f o rap a r t i c u l a rd e v i c ea p p l i c a t i o no ri n t e r - a p p l i c a t i o nc o m b i n a t i o n ，l i m i t i n g e n du s e r s o p t i o n so rf o r c i n gt h e mt oh a v eo n ew r i t t e n ( a n dd e b u g g e d ) e v e r yt i m eak e y s u p p l i e rc o m e so u tw i t han e wc o n t r o l l e r ，a l ls o f t w a r ed e v e l o p e r sh a v et ow r i t ean e wd r i v e r f o rat y p i c a ls u p e r v i s o r y c o n t r o ls o f t w a r ed e v e l o p e r a sm u c ha s2 5 3 0 o fe n g i n e e r i n g d e v e l o p m e n tt i m ei ss p e n tw r i t i n gd r i v e r s a p p l i c a t i o ns o f t w a r es u p p l i e r ss p e n dt o om u c h m o n e yd e v e l o p i n ga n dm a i n t a i n i n gp r o p r i e t a r yi n t e r f a c e s ，a d d i n gt oe n d u s e rc o s t sa n d c o n t r i b u t i n gn o t h i n gt os o l v et h ep r o b l e mo fg e t t i n gav a r i e t yo fs y s t e m st ow o r kt o g e t h e r t h eo p cf o u n d a t i o n ，an o n - p r o f i tc o r p o r a t i o n ( t h e “o p cf o u n d a t i o n ”) ，h a se s t a b l i s h e da s e to fs t a n d a r do l e c o mi n t e r f a c ep r o t o c o l si n t e n d e dt op r o v i d e sr e a lp l u g - a n d p l a y s o f t w a r et e c h n o l o g yf o rp r o c e s sc o n t r o la n df a c t o r ya u t o m a t i o nw h e r ee v e r ys y s t e m ，e v e r y d e v i c ea n de v e r yd r i v e rc a nf r e e l yc o n n e c ta n dc o m m u n i c a t e h a v i n gs u c has t a n d a r dm a k e s p o s s i b l et h ep r o s p e c to ft o t a l l ys e a m l e s s ，t r u l yo p e na n de a s ye n t e r p r i s e - w i d ec o m m u n i c a t i o n s b e t w e e ns y s t e m sa n dd e v i c e s ，f r o mp l a n tf l o o rt ob u s i n e s s o f f i c ea p p l i c a t i o n s o p cd r a w sa l i n eb e t w e e nh a r d w a r ep r o v i d e r sa n ds o f t w a r ed e v e l o p e r s i tp r o v i d e sam e c h a n i s mt op r o v i d e d a t af r o mad a t as o u r c ea n dc o m m u n i c a t et h ed a t at oa n yc l i e n ta p p l i c a t i o ni nas t a n d a r dw a y av e n d o rc a l ln o wd e v e l o par e u s a b l e ，h i g h l yo p t i m i z e ds e r v e rt oc o m m u n i c a t et ot h ed a t a s o u r c e ，a n dm a i n t a i nt h em e c h a n i s mt oa c c e s sd a t af r o mt h ed a t as o u r c e d e v i c ee f f i c i e n t l y i nt h i sp a p e r ，m a i n l yd i s c u s st h ea r c h i t e c t u r eo fs u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi np o w e r p l a n tb a s e do no p cs p e c i f i c a t i o n ： 1 i n t r o d u c et h ed e f i n i t i o no fs i s ，p o i n to u tt h ec o n s t i t u t ea n df u n c t i o no fs i s ， 一i i i 东南大学博士学位论文 a c c o r d i n gt ot h ew i n d o w sd n as t r a t e g y ，t h et h i n k i n go fm u l t i t i e rs o f t w a r e d e s i g na n dc o m p o n e n ts o f t w a r ed e s i g n ，u s i n gw e bb r o w s e r w e bs e r v e r a r c h i t e c t u r e ，d e s i g nt h ea r c h i t e c t u r eo f t h es u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi n p o w e rp l a n t t h ea r c h i t e c t u r eo fs i si sc o n s i s to fw e bb r o w s e r w e bs e r v e r t i e r ( c l i e n tt i e r ) ，r e a l - t i m e h i s t o r i c a ld a t a b a s et i e r ，s e r v i c el o g i ct i e ra n da u t o m a t i o n c o n t r o ld e v i c e st i e r 2 d e s i g nd a t ac h a n n e l sa n db u i l dc o m m o n a n do p e nd a t aa c c e s sp l a t f o r mf o rs i s b a s e do no p cs p e c i f i c a t i o n d e s i g no p cs e r v e rb yv i n 3 2s d kt e c h n o l o g y o p c s e r v e rm a d ei n t e g r a t i o ns o f t w a r ea n ds y s t e mi ns p i t eo fd i v e r s eo p e r a t i o ns y s t e m a n dv a r i o u sd a t as o u r c eb e c o m ee a s i e r 3 w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t i n t r a n e tt e c h n o l o g y ，i ti sb e c o m em o r e p o p u l a rw a yt ou s ew e bb r o w s e r w e bs e r v e ra r c h i t e c t u r e x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ) ，au n i v e r s a ll a n g u a g eu s i n gb yw e bd a t a ，p r o v i d ea p o w e r f u ld a t ad e f i n i t i o na n de x c h a n g em e c h a n i s mf o ri n f o r m a t i o ns h a r i n g o p c a n dx m lw i l le n a b l ev e r t i c a li n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ni nt h ei n d u s t r yi n f o r m a t i o n s y s t e mf r o mf a c t o r y f l o o rm o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m st oh i g h e r - l e v e l e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n s ，p r o v i d i n gab e t t e rw a yt of e e dr e a l - t i m em a n u f a c t u r i n g d a t ai n t ot h et r a n s a c t i o n - b a s e de n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n st h a tn e e di t i nt h i sp a p e r ， a c c o r d i n gt oo p c x m ls c h e m a ，d i s c u s sa n da c c o m p l i s ht h ec l i e n tt i e ro fs i s b a s e do na c t i v e xt e c h n o l o g y ，x m lt e c h n o l o g ya n da s pt e c h n o l o g y ，t h e s u p e r v i s o ro fp o w e rp l a n tc a ng e tr e a l - t i m ed a t ao ff a c t o r y - - f l o o rf r o mw e bs e r v e r b yw e bb r o w s e ra n dt r e a tt h er e a l t i m ed a t ac o r r e c t l y ，a n dt h e yc a na c h i e v e r e m o t em o n i t o r ，r e m o t ef a u l td i a g n o s i s ，r e m o t es u p e r v i s ea n dd e v i c em a n a g e m e n t 4 p o i n to u ti no r d e rt oc o m m u n i c a t i o nb e t w e e no p cs e r v e ra n dc l i e n tt i e r , i ti sa v e r yi m p o r t a n tt h i n gt oi n s t a l la n dr e g i s t e rt h eo p c s e r v e ra n dt h ec o m p o n e n t c o r r e c t l y a n a l y s eh o wt oi n s t a l la n dr e g i s t e rt h eo p cs e r v e ra n dt h ec o m p o n e n t c o r r e c t l y a n ds t u d yh o wt oc h o i c et h ef i t t e s ts e c u r i t ym e c h a n i s mc o n s i d e r a t e l yi n i n t e r n e t i n t r a n e te n v i r o n m e n t f i n a l l y ，s o m ep r o b l e m sw h i c hn e e df u r t h e rs t u d yo nt h et o p i ca n dt h en e x ts t u d y o r i e n t a t i o na r ep o i n to u t k e y w o r d s ：s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n tl e v e lo p cs p e c i f i c a t i o nc o m d c o m 0 p c x m ld a t ac h a n n e l i v 譬7 i 1 6 9 0 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 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，也不包含为获得东南大学或其它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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：丛煎建日期：捌 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档。可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：燃。导师签名：卑日期：加多? | 第一章绪论 1 1 论文选题背景 第一章绪论 随着2 0 世纪9 0 年代计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现代大型火电厂已 经普遍采用分布式控制系统d c s 和p l c 程控系统，大大提高了机组的自动化水平，但 是各控制系统往往不是由一家公司实施，从而造成各系统相互独立，信息不能共享，对 生产过程的脏控只局限于集中控制室。电厂的管理人员难于掌握机组运行的实时安全和 经济指标情况。随着近年中国电力体制改革的深入开展，厂网分开、竟价上网已经成为 必然的发展趋势。面对激烈的市场竞争，国内各电力企业为了提高电厂的整体效益和竞 争力，开始注重企业信息化建设，提高全厂综合自动化水平，实现全厂监控和管理信息 网络化，在全厂范围内实习信息共享，真正实现管控一体化。由于目前我国大部分电厂 所采用的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 mi np l a n tl e v e l ，简称m i s ) 主要为全厂运 营、生产和行政的管理工作服务，主要完成设备维修管理、生产经营管理和财务管理等 功能，基本没有生产过程的实时数据，或者仅实现对生产信息的浏览，功能水平较低。 因此，建设厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n tl e v e l 简称s i s ) 变得越来越重要。 2 0 0 0 年国家经贸委颁发的火力发电厂设计技术规程( d l 5 0 0 0 - - 2 0 0 0 ) 第1 2 1 0 条 “厂级监控和管理信息系统”中明确规定：“当电厂规划容量为1 2 0 0 m w 及以上、单机 容量为3 0 0 m w 及以上时，可设置厂级监控信息系统。”目前，s i s 己在新建大型火电工 程中普遍推广应用；同时，已经投入运行的一些大型火电厂也纷纷在增配s i s 的功能。 s i s 建立在单元机组d c s 系统之上，主要处理全厂实时数据，完成厂级生产过程的 监控和运行优化，厂级故障诊断和分析，厂级性能计算、分析和经济负荷调度等功能n s i s 大量数据的传输和处理，都涉及到软件之间的接口和硬件设备的驱动程序。在过去， 由于缺乏统一的开放式标准接口，不同厂家为他们各自的产品开发了不同的接口a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g i n t e r f a c e s ) ，为了将不同厂家的软硬件产品集成到一起，必 须为他们开发专用的驱动程序，对于一些典型的信息系统，大约2 5 一3 0 的精力被用 于开发这些驱动程序，而且当软硬件设备修改、升级时，通信接口或驱动程序又必须修 改。同时，由于采用不同的通信接口或驱动程序，当多个用户同时对同一设备进行访问 时往往造成冲突，大大降低了系统性能。这样无论对用户还是对于开发商，系统集成和 长期维护的成本都是非常高的。而o p c 规范的出现使这一问题迎刃而解。 o p c ( o l e f o r p r o c e s s c o n t r 0 1 ) 是由过程控制和生产自动化领域中处于全球领导地 位的软硬件提供商与微软合作创立的o p c 基金组织( o p cf o u n d a t i o n ) 制定的工业标准。 东南大学博士学位论文 o p c 规范致力于成为一个开放的、易实现的、即插即用的标准，在工业控制设备和控制 软件之间建立统一的数据存取规范，它不但能够应用于单台计算机，而且可以支持网络 上分布式应用程序之间以及不同平台上应用程序之间的通信，实现系统软件与设备之间 完全无缝集成和真正开放的通信【2 l o 1 2o p c 规范的产生和发展 1 2 1o p c 基金会，4 ，5 ，6 7 , 2 2 , 2 8 早期的o p c 标准是由提供工业制造软件的5 家公司所组成的o p c 特别工作小组所 开发的。f i s h e r r o s e m e n t ，i n t e l l u t i o n r o c k w e l ls o f t w a r e ，i n t u i t i v e t e c h n o l o g y 以及o p t 0 2 2 早在1 9 9 5 年开发了原始的o p c 标准，m i c r o s o f t ( 微软) 同时作为技术顾问给予了支持。 o p c 基金会( o p cf o u n d a t i o n ，o p c f ，其网址为：h t t p ：w w w o p c f o u n d a t i o n o r g ) ， 1 9 9 6 年9 月2 4 日在美国达拉斯举行第一次理事会，并于同年l o 月7 日在美国芝加哥举 行的第一次全体大会上宣告正式成立。其目标是制订一套针对于控制对象和设备的公共 接口标准，它可以让任何o p c 客户机去请求和获取o p c 服务器的数据。这里的o p c 客户机和服务器可以是任何厂商的任何产品，通过这种方式，繁杂的各类设备驱动程 序问题可以消除，同时也加速了数据的传输。为了普及和迸一步改进于1 9 9 6 年8 月完成 的o p c 数据访问标准版本1 0 ，o p c 基金会开始了全球范围的活动。现在的o p c 基金会 的理事会是由f i s h e r - r o s e m e n t ，h o n e y w e l l ，i n t e l l u t i o n ，r o c k w e l ls o f t w a r e ，n a t i o n a l i n s t r u m e n t 以及欧洲代表s i e m e n s 和远东代表东芝所组成。 1 9 9 7 年2 月6 日，在德国法兰克福成立了o p c 基金会f 属的o p c 欧洲委员会，负 责欧洲地区的技术支持、产品兼容测试等工作；在日本，为响应以美国为中心的国际标 准活动，由1 l 家公司作为发起人。于1 9 9 7 年6 月开始基金会成立的准备活动，并于1 9 9 7 年1 0 月1 7 日正式成立了日本o p c 协会( o p c - j ) ；为了在中国推广o p c ，消除中国与 其它发达国家的信息差距，由i n t e l l u t i o n ( 北京) 、s i e m e n s ( 北京) 、f i s h e r r o s e m o u n t ( 香港) 、n a t i o n a l i n s t r u m e n t s ( 上海) 等4 家公司和清华大学作为发起人，于2 0 0 1 年 1 2 月正式成立了中国o p c 促进会( o p c ，c ，其网址为：h l t 口：w w w o p c c h i n a o r g ) 。 目前，o p c 基金会的会员已经超过2 2 0 家，世界上各主要的工业自动化仪表、控制 系统厂商都是该组织的成员。 o p c 基金会是一个非盈利性的国际组织，其宗旨是在向会员提供范围广泛、形式多 样的利益的同时，发展和推动o p c 技术规范。o p c 基金会提供的服务育：技术规范和标 准、技术支持，教育、出版刊物、供货商o p c 产品证明、与微软公司的联络、提供会员 公司的产品目录以及市场商机。o p c 基金会对所有国际上的生产企业、最终用户、公司 和非赢利组织开放，如果想成为其会员，可以从其网址下载会员申请文件以及其它法律 文件，经o p c 基金会的董事会批准即可成为会员。 o p c 基金会的工作比其他许多标准化集团能够更高速运转。原因十分简单，只是由 一2 一 第一章绪论 于o p c 是建立在已普遍使用的m i c r o s o f t 标准基础上。而其他标准化集团必经完全从最 基本开始定义标准，因此在其工作范围内达成一致的意见往往是费时费力。自然其工作 效率是不能和o p c 基金会比拟。m i c r o s o f t 是o p c 基金会的一个成员，已给予o p c 基 金会强有力的支持。但m i c r o s o f t 在o p c 中的作用主要在于其强大的后援支持，而让具 有丰富的行业经验的成员公司指导o p c 基金会的工作。 目前，负责制定o p c 规范的技术小组分为：d a t a a c c e s s ( 数据访问) ，h i s t o r i c a l a c c e s s ( 历史数据访问) ，a l a r m sa n d e v e n t s ( 报警和事件) ，s e c u r i t y ( 安全性) 和b a t c h ( 批处理) ，o p c x m l 等。技术委员会主席由i n t e l l u t i o n 公司的a ic h i s h o l m 担任。 1 2 2 什么是o p c i 2 3 4 2 3 o p c 是一个工业标准，o 代表o l e ( 对象链接和嵌入) ，p ( p r o c e s s ，过程) ，c ( c o n t r o l ，控制) 。o p c 规范基于微软的o l e ( 现在的a c t i v e x ) 、c o m ( c o m p o n e n t o b j e c t m o d e l 组件对象模型) 和d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l 分布式组件对象 模型) 技术，是包括一整套接口、属性和方法的标准集。a c t i v ex c o m 技术定义各种不 同的软件部件如何交互使用和分享数据。不论采用什么软件或设备，o p c 为多种多样的 过程控制设备之间进行通信提供了公用的接口，允许在自动化控制应用、现场设备和商 业办公室应用之间进行简明的、标准化的数据交换。 1 2 3 已制定的o p c 规范1 1 2 0 i 经过不到一年的高效工作，o p c 基金会于1 9 9 6 年8 月完成了最初的o p c 规范，即 1 0 版。后来于1 9 9 7 年9 月发布了o p c 规范1 0 a 版，并改名为数据存取规范1 0 a 版( d a t a a c c e s ss t a n d a r d ) 。目前，该规范现已升级到2 0 4 版。1 9 9 8 年1 2 月发布了报警事件规 范1 0 版( a l a r m s e v e n t ss p e c i f i c a t i o n ) 。1 9 9 9 年1 2 月升级到1 0 2 版。1 9 9 8 年还发布 了历史数据存取规范1 0 版( h i s t o r yd a t a a c c e s ss p e c i f i c a t i o n ) 。2 0 0 0 年1 月发布了批 量过程规范1 0 版( b a t c hs p e c i f i c a t i o n ) 。2 0 0 0 年1 0 月发布了安全性规范1 0 版( s e c u r i t y s p e c i f i c a t i o n ) 。2 0 0 2 年7 月发布了o p cx m l d a 规范r c l 8 版( o p cx m l d a s p e c i f i c a t i o n ) o p c 数据存取规范1 8 , 9 】 数据存取规范定义了o p c 服务器中一组c o m 对象及其接口，并规定了客户程序对 服务器程序进行数据存取时需要遵循的标准。该规范分为定制接口规范和自动化接口规 范两部分。 o p c 报警与事件处理规范，1 2 i 提供一种由服务器程序将现场报警和事件通知客户程序的机制，使工控软件可以按 照统一的标准处理现场的各种报警事件。 o p c 历史数据存取规范1 1 3 , 1 4 1 东南大学博士学位论文 提供一种通用的历史数据引擎，可以向感兴趣的用户和客户程序提供额外的数据信 息。目前大多数历史数据系统采用专用接1 ：3 分发数据，这样无法在即插即用的环境中增 加或使用已有的历史数据解决方案，限制了其应用的范围和功能。o p c 历史数据存取规 范将历史信息看成某种类型的数据，用统一的标准把不同应用层次的数据集成起来。 o p c 批量过程规范【1 5 , 1 6 基于o p c 数据存取规范和i e c6 1 5 1 2 1 国际批量控制标准( 对应的美国标准为 i s a 8 8 ) 制定，它提供了一种存取实时批量数据和设备信息的方法。该规范的目的不但 为批量过程控制提供某种解决方案，而且使异构计算环境下不同的生产控制方案能有效 地协同工作。 o p c 安全性规范【1 7 】 o p c 服务器为应用提供了重要的现场数据，如果这些参数被误修改将会产生无法预 料的后果，因此需要防止未授权的操作。o p c 安全性规范就提供了这样一种专门的机制 来保护这些敏感数据。 o p c 可扩展置标语言一数据存取规范 o p c x m l d a 规范使用x m l 对厂级数据采用灵活的、一致的规范和格式自我描述， 建立了一组关键字和属性，用于描述工业设备、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 2 4o p c 规范的意义，1 8 t 2 1 在o p c 规范出现之前，工业控制软件缺乏统一的工业标准，不同厂家的s c a d a 、 d c s 、h m i 软件之间进行通信是非常麻烦的一件事。在今天的市场上，所有过程控制系 统和信息系统有其专用的技术和接1 ：3 以及a p i ( 应用程序接1 3 ) ，目的都在于存取所包 含的信息。为了实现不同系统之间的集成以及长期维护和支持集成环境等所需的费用是 昂贵的。尽管可以编写定制的驱动程序和接口程序，但因为各个设备供应商的软件对控 制系统硬件操作的设备驱动程序接口也各不相同，这样为了对市场上不同厂家的设备都 能管理，控制软件厂家必须针对市场上的几百种常用的硬件都开发设备驱动程序，而且 当硬件设备升级、修改时，驱动程序也必须修改，这是做的代价无疑是非常高的。此外， 一个系统中如果同时运行不同的工业控制软件，他们通过各自的设备驱动程序同时对同 一个硬件设备操作，往往会由于相互之间的不协调、不兼容造成系统的崩溃，影响整个 系统的运行。如果设备驱动程序由硬件设备制造商开发，那么他也必须为市场上常用的 各种工业控制软件开发都开发驱动程序，代价同样是非常高的。传统控制软件与硬件设 备之间的通信如图1 1 所示。 问题的解决方案是，给出一个标准，这个标准为过程控制和工厂自动化提供真正的 即插即用( p l u ga n dp l a y ) 软件技术，使得过程控制和工厂自动化的每一系统、每一设备、 每一驱动器能够自由的连接和通信。有了这样一个标准，使得系统及设备之间，包括从 一d 一 第一章绪论 车间级到m i s 和更远距离，完全无缝地、真正开放和方便地进行企业级的通信成为可能。 o p c 规范就是这样一个标准。采用o p c 规范的控制软件与硬件设备之间的通信如图1 2 所示。 o p c 客户ai | o p c 客户bl lo p c 客户c o p c 服务器a | i o p c 服务器b l l o p c 服务器c 设备aii 设各bll 设备c 巨1 - ! 传统控制软件与硬件设备之间的通信国i - 2 采用o p c 规范的控制软件与硬件设各之间的通信 o p c 规范使设备软硬件提供商和用户都受益匪浅。 1 2 4 1 对软硬件设备提供商的利益 节省时间( 减少了驱动程序的开发) 硬件设备提供商只需要开发一个版本的o p c 服务器程序，使之能与所有其它o p c 客户机应用程序通信。本质上讲，昂贵的i o 驱动程序的开发不复存在，硬件设备提供 商可以将它们的开发资源集中到与最终设备的通信上。而不是与不同客户的通信上。对 于软件开发商来说也只需要开发一套o p c 客户端程序，就可以访问硬件设备提供商提 供的o p c 服务器，而不需要考虑与具体硬件设备通信的细节，这大大节约了开发时间， 降低了开发成本。 增强豹连接性和互操作性带动了增长的服务市场 产品将更容易地插装在一起。i i o 制造商将更容易地销售它们的硬件( 一个o p ci o 服务器将取代许多专用的驱动器，且能与不同的产品进行通信) 。 聚焦于增值的活动 软件提供商可以将其精力投入到为其s c a d a 、h m i 和b a t c h 增加其新功能。还允许 第三方的应用程序提供商( 如性能优越的商品软件包、先进的功能模块) 更容