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摘要 i 基于 opc 技术的 lonworks 组态监控系统的研究与应用 摘要 基于 opc 技术的 lonworks 组态监控系统的研究与应用 摘要 lonworks 总线作为一种工业总线在工业控制监控系统中得到广泛应用，lns 作为 其操作系统也逐渐在普及。传统基于 dde 技术的访问方式已经不能满足客户端访问服 务器对 lns 网络进行监控的要求。而基于 opc 技术的 lonworks 组态监控系统，有效 地发挥 lonworks 总线、组态软件和通用软件各自的优势并弥补彼此的不足，可广泛应 用于工控系统开发，是当前自动控制系统开发的一个模式与方向。 本文简要地介绍了 lonworks 现场总线与 lns 网络操作系统， 描述了 opc 技术及 其规范，并对新一代 opc xml-da 规范进行了展望。依照 lns 和 opc 技术，在深 入研究 opc da 规范和 com 技术的基础上进行了 opc da 服务器和客户程序的设计和 开发，阐述了主要的实现方法和步骤，提出了解决数据存取与通信的详细方法。并结合 lonworks 现场总线与 rsview32 组态软件，开发出了一套阀门监控系统。 作者参与完成了江西省南昌市科技局项目：“基于 lonworks 的数据采集与处理的 研究”，具体设计并建立了基于 lonworks 的阀门监控系统。目前，此阀门监控系统已 经在株洲某阀门公司得到运用，系统使用良好。 系统在 windows xp 操作平台上进行开发， 并使用了 visual c+ 6.0、 rsview32 等 开发工具完成了系统的设计实施。 论文详细叙述了各个部分的设计方法， 包括设计思想、 编程方法及实现技术等。 关键词关键词：lonworks， opc，lns，组态软件， 监控系统 abstract ii the research and application of lonworks configuration supervisory system based on opc technology abstract lonworks, which is one of the field buses, is wildly used in the industry control supervisory system, lns (lonworks network service), the os of lonworks,becomes more and more popular too. the tradition technology based on dde already can not satisfy the request for monitoring of the lns network. and the lonworks configuration supervisory system based on opc technology, effectively displays the lonworks field buses, configuration softward and the common software respective superiority and makes up each other the insufficiency. the supervisory system can widely applies to the industry control system development ,and that is also a pattern and a direction for automatic control system develops. this paper indicates the lonworks field bus and the lns network operating system firstly. then described the opc technology and its specification, and forecast to new generation of opc xml-da specification. according to the lns, opc technology, the paper studies deeply opc da specification,designs and develops opc server and client based on com technology, provides main methods to implement it. the paper goes deep into the process of data access.with the lonworks field bus and rsview32 configuration softward, developed a valves supervisory system. the author participated in building the jiangxi province nanchang scienc bureau project. the lonworks data acquisition and the processing research , designed and established a valve supervisory system based lonworks fieldbus. the result of experiment shows that the system isvalid. at present, this valve supervisory system already obtained the utilization in the zhuzhou valve company, the system runs normally in factory and makes good result. this system is developed on windows xp. the development tools are visual c+6.0, rsview32. the paper goes into particulars in parts design including design theory, program methods and implementing technology. key words: : lonworks, opc, lns, configuration software, supervisory system 独创性声明独创性声明 本人郑重声明：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和撰写的研究成果，也不包含为获得华 东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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了谢 意。 本人签名_日期_ 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。 本人签名_导师签名_日期_ 第一章 绪论 2 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 选题的背景和意义 1.1 选题的背景和意义 本课题来源于南昌市科技局课题“基于 lonworks 的数据采集与处理的研究” 。 近年来，现场总线技术迅猛发展，取代传统的集散式控制系统已成必然趋势。现场 总线控制系统(fcs)凭借其开放性，分散性和可互操作性等特点，正成为新型工业控制 系统的发展方向1。而 lonworks 现场总线以其协议的完整性、网络拓扑结构的多样性 以及强大的网络通信能力，成为现场总线技术中的佼佼者2，已经在工业控制、楼宇自 动化、数据采集、scada 得到应用3。随着企业信息化、家庭智能化进程的不断发展 以及 internet 技术的使用和迅速发展，将控制系统与管理信息系统紧密结合，研制、开 发控制网络与信息网络集成技术成为企业综合自动化系统发展的必然结果。 而基于 lonworks 的自动控制系统越来越多的与组态软件、通用开发软件及第三方 专用软件集成在一起来实现数据的采集、处理、算法优化、系统监控等功能，因此研究 基于 lonworks 的数据采集处理，系统监控等技术有助于解决这些问题，能寻找到实现 控制系统集信息传输、数据采集、数据处理、图形显示为一体的完整解决方案，构建一 种可广泛地应用于工控系统的开发模式，达到监控系统的高度集成与充分可靠，为工业 自动化生产做出积极贡献。 opc(ole for process control)技术的应用范围非常广泛，它作为一种具有开放性、 互操作性的数据交换技术，给工业控制软硬件的发展带来了巨大的影响。以 opc 服务 器作为连接上位机与下位机的中间服务器在 lonworks 中的应用，改进了 lns dde 服 务器的不足，使其更适应多数据的交换。上位机组态监控软件对 opc 等数据存取技术 和通信协议的支持，使其可与其他应用程序相互交换数据，从而建立了基于 opc 技术 的 lonworks 组态监控系统。 1.2 本课题相关领域的现状及发展趋势 1.2 本课题相关领域的现状及发展趋势 1.2.1 lonworks 的发展现状及趋势的发展现状及趋势 美国 echelon 公司在 1991 年推出了 lonworks 网络控制系统。 至今， 全世界已有 56 个国家和地区的 2000 多个公司在使用 lonworks 的产品。为了更好地推广 lonworks 技 术，由世界上十几个国家的 140 多个公司组成了一个独立行业协会，负责定义、发布、 确认产品的互操作性标准，并且已有多家公司正在生产 lonworks 产品或将其产品纳入 lonworks 网络。比如：ibm， hp， motoroal 等组成了一个独立的行业协会，负责定 义、发布、确认产品的互操作性标准4。honeywell 已将 lonworks 技术用于楼宇自控系 统，rosemount 公司也已将它用于环境监测系统。lon 网的应用不仅仅局限于某个特殊 领域，它已应用于各行各业。 第一章 绪论 3 lonworks 逐渐成为了世界日用电器和控制设备网络化方面重要的跨行业标准，它 还被美国铁路协会(aar， american association of railroads)、美国国家标准协(ansi， american national standards association)、美国暖通空调工程师协会(ashare ， american society of heating ，,refrigeration and air conditioningengineers )、电子电气工 程师协会(ieee， institute of electrical and electronicsengineers,inc.)、国际加油站标准论 坛(ifsf, international forecourt standards forum)和半导体设备与材料学协会(semi， semiconductor equipment and materials incorporated)5等世界标准化组织认证为各自的 行业标准。 目前，国内已经掀起研究 lonworks 现场总线的热潮。我国已有十几家公司也推出 了自己的基于 lonworks 的产品，分别在智能楼宇，隧道灯控系统，大桥路灯系统、酿 酒、电力、建筑、工业自动化和化工行业中应用并取得了效果，并且允许将 lontalk 协 议移植到任何的 cpu 上6。随着业内人士的更多了解，相信会有更为广阔的应用前景。 北京冶金自动化研究院研制出图形化编程组态软件 onlon、网络管理软件 visual lon、 远程接入服务器软件 web lon 及一系列的符合 lonmark 标准的硬件产品7； 上海高校仪 器设备公司、上海船舶运输科学研究所等许多高校科研院所都在进 lonworks 现场总线 系统的研究。 lonworks 以其突出的统一性、 开发性及互操作性正在受到各行业的重视。 lonworks 技术必定以全新的概念，在各个领域发挥出其无可比拟的优越性。 1.2.2 opc 技术在组态监控系统中的现状及发展趋势技术在组态监控系统中的现状及发展趋势 opc 技术的出现使组态软件向更广的应用领域扩展和渗透， 而且促进了组态软件更 加标准化。正因此 wonderware、intellution、三维力控等大公司都相继推出支持 opc 技 术标准的组态软件8，这些软件具有强大的通讯功能，能够实现在线数据检测、报警和 事件处理、历史数据访问和远程数据访问等功能；并充分利用 opc 技术本身开放、灵 活、即插即用的性能，提高数据访问能力。最早的可运行的 opc 规范标准9是 1996 年 8 月发布,它是多家世界先进的自动化公司和微软公司合作的结晶。 为了更加完善 opc 技术，成立了 opc(opcfoundation)国际基金会，目前包括世界 范围内 220 家控制系统、仪器仪表和过程控制系统等主要供应商，opc 国际基金会一直 在对 opc 技术规范进行不断的改进，使其更适用于工业控制，这是 opc 技术发展的关 键。 由于工业设备种类的增多和现场总线技术的不断发展，opc 通讯方式有逐渐取代组 态软件中直接驱动通讯方式的趋势。 opc 技术在监控组态软件中的应用前景主要取决于 下列方面10： (1)opc 国际基金会成员的不断增加， 使得 opc 技术规范的被接纳程度也不断提升， 这意味着各个硬件厂商在开发硬件设备的同时， 也会相应提供可以与该硬件设备想连接 的 opc 服务器。而组态软件公司只需要开发标准的 opc 接口，不用关心下层的硬件设 备。 第一章 绪论 4 (2)opc 通讯性能的不断提高也是保障其能否在组态软件通讯协议中长期立足的重 要因素。 opc技术在lonworks组态监控中的应用， 可以使lonworks监控系统摒弃原有dde 技术中流量小，实时性不强的缺点，发挥 opc 技术反应速度快传输量多，安全性高的 优点，为构建开发自动化工控系统提供了有力的保障。 1.3 本文的主要内容及创新点 1.3 本文的主要内容及创新点 本文作者在完成学业期间，首先对 lonworks 现场总线、opc 技术、组态软件监控 等进行了研究， 学习， 在学业开始的头一年， 阅读了大量的有关 opc 服务器与 lonworks 控制网络及相关的组态监控系统领域的书籍、文献，在导师的指导下，继而将基于 opc 的技术用于 lonworks 组态监控网络的研究。主要工作如下： 1. 本文通过分析 opc da 数据存取规范，opc 服务器接口方式，阐述了构建 opc 服务器的方法以及 opc 服务器与客户端的数据访问方式。在此基础上，借助 opc 数据 访问规范来进行信息的采集和共享，给出了开发 opc 服务器与客户端的具体步骤和实 现方法。 2. 分析了 lonworks 现场总线的监控网络，对 lns 监控网络的构成与功能进行了 详细的阐述，研究了 lonworks 对底层控制网络的监控，结合 lns for windows 编程技 术，将 opc 服务器应用在了 lns 控制网络中。 3. 对组态软件 rsview32 进行了研究， 研究了组态软件与 opc 服务器的通信过程， 并对以 rsview32 作为服务器与 opc 客户端进行通信做了测试。 4. 最后以 rsview32 为监控组态平台下， 开发了基于 opc 技术的 lonworks 阀门监 控系统，分析了系统设计过程和具体设计方法。 本文创新点在于利用 opc da 数据存取规范设计了基于 opc 技术的服务器与测试 客户端，具有一定的通用性。在类似的工程中，通过 i/o 设置的改动就可以满足客户的 要求。在对 lonworks 现场总线监控网络进行深入研究基础上，将 opc 服务器应用在了 lns 控制网络中， 并结合运用 rsview32 组态软件开发了一套 lonworks 阀门监控系统。 系统中结合 rsview32 与第三方通用软件对数据进行集成处理。本论文对自动控制系统 开发形成了一套较完整的解决方案，可以促进系统开发的进度，简化开发难度，能提高 自动控制系统的集成度与可靠性，产生良好的经济效益与社会效益。 1.4 论文的结构安排 1.4 论文的结构安排 本文阐述了 lonworks 现场总线监控网络实现的方法，opc 服务器在 lonworks 现 场总线监控中的运用，利用组态软件对从服务器获取的信息进行工况显示，着重对 opc 服务器及客户端的开发，组态软件 rsview32 与 opc 服务器通信进行研究。构造 opc 第一章 绪论 5 服务器与客户端时，在 visual c+ 的 mfc 平台下采用 c+语言编写服务器接口程序， 利用 rsview32 内嵌 vba 对工况显示动画进行编程。 结合 lonworks 现场总线技术开发 出了一套阀门监控系统，包括工况显示、报警处理、历史趋势、报表显示等功能。研究 的具体内容包括：lonworks 监控网络、opc 数据存取规范、opc 服务器与客户端的开 发、组态软件与 opc 间的通信、组态监控平台的设计，最后综合以上知识运用 opc 技 术对 lonworks 现场总线进行监控，从而建立了基于 opc 技术的 lonworks 组态监控系 统。 本论文共分七章，各个章节的内容安排如下： 第一章：绪论。介绍了本文研究相关内容的背景、意义、研究现状和发展趋势、并 进对论文研究主要内容、论文结构安排进行了概述。 第二章：lonworks 现场总线监控网络的研究。首先对 lonworks 及 lns 控制网络 行了概述， 然后对lns监控网络进行了研究， 分析了传统基于dde通讯方式的lonworks 网络监控的弊端，提出了 opc 技术。 第三章：opc 技术简介。首先介绍了 opc 技术发展的历史及所解决的问题，包括 它的背景以及数据存储规范，分析了 opc da 服务器结构模型，为今后开发奠定了技术 基础。最后对新技术 opc xml-da 规范应用于远程监控中进行了展望。 第四章：opc 服务器与客户端的开发。主要内容为：opc 服务器的开发方式，开 发的基本步骤与详细实现方法，opc 数据存取访问的实现，opc 客户端应用程序的开发 以及客户端与服务器的连接，opc 服务器在 lonworks 网络中的应用。 第五章：opc 服务器在组态监控中的应用。介绍组态监控软件 rsview32，阐述了 rsview32 与 opc 服务器的通信方法， 以及 rsview32 作为服务器与客户端应用程序的 通信方法。 第六章： lonworks opc 服务器在株洲阀门监控系统中的应用。 lonworks opc 服务 器与组态软件相结合，开发了一套阀门监控系统，分析了阀门监控系统方案设计，并进 行了具体的实现。 第七章：总结与展望。对本文的工作进行了总结，并对将来的进一步工作和 opc 远程监控系统的应用上提出了展望。 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 6 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 2.1 lonworks 现场总线概述 2.1 lonworks 现场总线概述 lonworks现场总线是1991年美国echelon公司推出的一种控制局域网络，它实现 了osi的七层网络模型，所以也经常叫它lonworks控制网络。与其它现场总线相比，它 具有组网方便、通讯速率快，不局限于通讯介质等优点11。由于其实现了完整的osi网 络模型，可以与以太网的无缝集成非常方便，是一种具有良好发展前景的总线。 lonworks 控制网在某些方面相似于被称为局域网或 lan 的数据网。数据网由结 合各种通信介质以路由器连接的计算机组成，它们使用公用协议相互通信。控制网包含 类似的、就控制的成本、性能、规模和响应特征优化的部件。实现理想的控制功能的专 用网络就是局部操作网络或称为 lon(local operating network)。lon 的特征使网络系 统能扩展到数据组网技术无能为力的一类应用中。 控制系统和装置的制造商能通过在他 们产品中组合 lonworks 的设计缩短开发和设计的时间12。 lonworks 本身是一个开放的系统，用它构建的系统可以将不同厂家生产的设备及 产品互连，易于系统的扩展及重组。lonworks 拥有开发、制作、安装以及维护 lon 网 等所需要的所有工具，完全满足未来发展对测控网络的要求，具有广泛的应用前景，目 前被广泛应用于航空/航天、农业控制、建筑物控制、计算机/外围设备、工厂自动化流 体测量、家庭自动化、楼宇控制、照明/通信设备等领域。其通用性表明，它具有将不同 领域的控制系统综合成一个以 lonworks 为基础的更复杂系统的能力。 2.2 lonworks 监控网络的构成 2.2 lonworks 监控网络的构成 lonworks网络由与通信介质相连的节点组成，使用lontalk协议13相互进行通信。 lontalk协议被封装在neuron的神经元芯片内，为设备之间交换控制状态信息建立一个 通用的标准14。在lontalk协议的协调下，以往那些孤立的系统和产品融为一体，形成 一个网络控制系统。它采用iso/osi模型的全部7层通讯协议以及面向对象的设计方法， 通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，各智能测控单元通过网络通信介质互 连，形成一种全分布式、具有互操作性的局域测控网络15，特别适用于中小规模系统实 现监控和管理。 lonworks 监控网络所构成的分布式系统主要由监控计算机、现场智能节点、网络 适配器和通信介质等组成。现场总线担任过程现场与安装在控制室中的 pc 机之间的串 行数字通信链路。由于现场总线是基于数字通信的，因此在现场与控制室之间，能实现 多变量双向通信，允许现场智能节点与 pc 机之间、相关智能节点之间相互交换信息。 lonworks 监控网络结构图如图 2-1 所示： 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 7 监控计算机a 网络适配 器 智能节点1 控制 单元 测量 单元 智能节点n智能节点2 控制 单元 控制 单元 测量 单元 测量 单元 过程管理级 现场控制级 监控计算机a 网络适配 器 lonworks现场总线 . 图 2-1 lonworks 监控网络基本结构图 fig.2-1 monitor network basic structure of lonworks (1) 监控计算机 主要通过监控软件处理、显示和记录现场节点传来的实时信息。同时可以监视和管 理所连的子网以及现场智能节点。监控计算机还可与以太网等信息网络集成，实现实时 信息的沟通和传递。它是控制网络与监控计算机相互连接的接口，也可看成一个提供双 口 ram 的特殊智能节点。它主要收集监控网络上各个智能节点发来的数据，转发给监 控计算机，同时将计算机的命令和数据转发给现场节点。 (2) 智能网络适配器 以 neuron 芯片16为核心，用来加强和改善通信节点的管理，节省占用计算机的时 间；利用收发器实现与网上各个节点之间的双向通信；用双口 ram 充当通信过程中各 网络节点信息的接受、发送缓冲区，实现与计算机之间的数据传输。 (3) 现场智能节点 它们主要用于接收和处理传感器来的输入信号控制执行器操作等， 实现数据采集处 理和控制功能。作为控制网络的一部分，智能节点还提供了与通信介质的接口，采用 lontalk协议与监控计算机和其它节点进行通信。现场智能节点以neuron芯片为核心， 可独立于监控计算机实现数据采集和控制功能，并且在节点之间可直接进行点对点通 信。 2.3 lns 技术 2.3 lns 技术 2.3.1 lns 概述概述 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 8 lns(lonworks network service)即 lonworks 网络服务， 是控制网络工业界的第一个 支持多客户的网络操作系统17。lns 封装了基本的 lonworks 网络操作，提供网络应用 程序所需的路径操作、网络安装、管理、监控等服务。它基于客户服务器结构，是唯一 适用于单信道或多信道控制的网络操作系统。使用 lns 提供的网络服务，可以保证从 不同网络服务器上提供的网络管理工具能在一起执行网络安装、网络维护和网络检测 18；众多的客户则可以同时申请这些服务器所提供的网络服务。lns 为所有需要与 lonworks 网络相互作用的应用程序提供基本的目录、管理、监控、诊断等方面的服务 采用 lns 客户多服务器构架，可以大大减少开发时间和费用，lns 具有允许各种网络 工具的互操作性，可以简单的将系统集成。在监控系统中，lns 允许用户同时使用多台 人机界面(hmi)、数据站，同时访问网络上的数据。lns 支持多客户和多应用程序，这 两者都是大型系统所必备的。 lns作为网络操作系统，封装了基本的网络操作，如变量连接，消息标签连接。监 控点的建立，网络安装，网络维护等，监控或组网软件只需要与lns交换信息就可以完 成原本很复杂的工作，就如同应用程序与windows操作系统的关系一样，lns集成了 ip协议。这使得通过internet来监控lonworks网络非常方便。通过lns，几个客户程序可 以同时打开一个网络，而无需考虑同步的问题。这大大方便了网络的安装与监控。 2.3.2 lns 组件构成组件构成 lns for windows 的编程模型包括 4 个关键组件：网络应用程序，lns 对象服务器 com 组件(lns object server com component)，网络服务接口(network services interface)和数据服务器(data server) 19。 所有的网络应用程序与lns对象服务器相交互， lns 对象服务器 com 组件提供程序访问数据服务器的接口， 这一接口独立于编程语言。 lns 的结构框图如图 2-2 所示： 应用程序 lns对象服务器com组件 网络服务接口lns数据服务器 应用程序 图2-2 lns组件结构图 fig.2-2 structure of lonworks network service 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 9 lns data server主要用于向应用程序提供数据封装服务。客户通过internet监控 lonworks网络时，lns data server还用来保存客户程序创建的监控集合。lns data server不仅提供对网络变量和其他网络消息进行读写的服务，而且还提供将原始网络数 据转化为便于显示的二进制数据和格式化数据的能力。 网络服务接口是以硬件接口卡和 软件驱动程序形式给出的 lonworks 开发工具， 直接插在主机主板的数据总线上， 完成 主机和神经元芯片的数据转换。 与用户关系最密切的是lns对象服务器com组件，用户通过这个组件安装和监控 lonworks网络。lns对象服务器com组件相当于是lns数据服务器向外面提供的一个 接口。应用程序必须要通过lns对象服务器com组件才能用数据服务器来监控网络20。 2.3.3 lns 监控方式监控方式 lns 提供两种系统级别的监控方式：单点监控(single point monitor and control)与集 合监控(monitorset monitor and control)。 这两种监控方式都使用监控点(monitor point) 21。 一个监控点就是一个可被应用程序读写的网络变量或应用程序消息。 (1) 单点监控：该方式建立临时性的监控点，程序通过临时监控点控制网络变量。 当应用程序退出后，监控点由lns撤消。 (2) 集合监控：该方式则先建立一个或多个监控集合。这些监控集合由永久性的监 控点组成。程序通过监控点控制网络变量和网络消息。永久性的监控点由数据服务器负 责维护，在程序退出以后不会撤消，下一次程序运行时可以继续使用。 在以上两种方式下， 可以通过设置监控点对象或监控集合对象的属性参数来决定它 们的行为特征。一般监控点的读写方式包括对监控点对象value属性的直接读写，也包 括通过绑定(bound)或查询以事件驱动方式通知应用程序监控点值的更新(update) 22。 采用单点监控方式还是集合监控方式， 或将两者结合起来， 取决于应用程序的需要。 单点监控方式下监控点的建立和撤消比较快，但是在程序退出和重新运行后，必须重新 建立这些监控点。它适用于监控任务不是很频繁，而监控点又很多的情况。集合监控方 式下，监控集合与监控点是永久性的，建立以后各监控点可以动态地打开或关闭。它适 合于监控任务频繁，而且固定于某些监控点的场合。 2.4 传统监控系统数据访问方式在 lonworks 中的应用 2.4 传统监控系统数据访问方式在 lonworks 中的应用 2.4.1 dde 技术技术 dde (dynamic data exchange) 是 ole 技术的前身，是在微软的 win32 应用程序接 口(api)上所开发的应用程序之间动态地移动数据的一种方法，是 windows 环境提供的 一种基于消息的进程间通信技术协议，是支持客户/服务器(client/server) 模式的重要技 术19。 dde 技术在 windows 环境将一种应用程序中的数据动态连接到另一种应用程序 中，使得完全不同的两种应用程序可以进行通信，dde 会话(conversation)。每次会话 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 10 由客户(client) 和服务器( server)两个应用程序参与，客户负责初始化与服务器的会话以 及控制会话流，而服务器则负责响应客户的请求。当开始一次会话时，客户要求服务器 打开一个通信通道23。一旦会话建立，客户就能通过 dde 通道接受和发送数据。进行 dde 通信的客户应用程序采用三层标识系统来区别其他 dde 应用程序，它们分别是 应用程序(application) 、主题名( topic) 和项目名(item)。使用应用程序名和主题名确定 一次 dde 会话，加上项目名就可以唯一确定一个需要交换的共享数据。建立起一个对 话之后，客户应用程序能够创建与服务器相连的一条或多条永久性数据链路。客户程序 与服务器程序就是通过这条数据链路来交换数据的。 2.4.2 lns dde server lns dde server是lonworks网络服务工具之一，它是lns工具与人机界面和可视化应 用程序的接口，使用它可以与网络进行信息交流。lns dde服务器可以使任何兼容dde的 windows应用程序监视和控制lonworks网络。lns dde服务器在lonworks设备和windows dde客户应用程序之间交换网络变量、结构配置和应用报文，根据从网络上传过来的应用 报文和网络数据库，dde 服务器向应用程序提供相应的服务24。支持dde的windows应用 程序可作为客户程序来监视和控制lonworks网络，不仅可以观察网络变量的值、结构属性 和显式消息，也可以改变它们的值以影响整个网络的运行。对任何支持dde标准的开发工 具都可以使用lns dde服务器进行上位机监控程序的开发。lns dde server能同时和多个 lonworks网络相互作用。基于lns dde服务器的监控系统结构如图2-3所示： 应用程序应用程序 lns dde server 网络驱动器 lonworks网络接口 智能节点 智能节点智能节点智能节点 服务器 客户 ddedde 图 2-3 基于 dde 的数据传输方案 fig.2-3 data transmission plan based on dynamic data exchange 第二章 lonworks 现场总线监控网络的研究 11 当与组态监控软件建立连接后，传输数据，并将数据交给监控软件中已有的数据处 理模块进行更高级的处理。动态库程序在 dde 会话过程中使用不同的 dde 服务，服务 内容有初始化、请求数据、下发命令、中止会话等。dde 客户程序实现了会话类和数 据项类。会话类是管理 dde 会话的抽象类，控制所有的会话，包括总的会话个数、建 立会话、请求数据等；数据项类是所传输数据的抽象类，对数据进行了很好的封装。 2.4.3 dde 技术存在的问题技术存在的问题 dde 协议在应用程序间传送信息，使得应用程序共享数据和采用共享的内存交换 数据。应用程序采用 dde 协议，可以一边传送数据，一边交换数据，这样，应用程序 就可以相互更新数据，因而得到的总是最新的数据。在 opc 技术产生之前，硬件制造 商尽管认识到需要开发软件程序以连接他们的硬件， 但受限制于他们开发通信驱动程序 的能力，因而程序开发的选择范围只能局限在 dde 和一个专用的 dde 导出表之间。选 择任何一个 dde 进行程序开发，都有可能要么限制用户对软件的选择，要么妨碍用户 对硬件的接受。且由于 dde 是基于 windows 的消息(message)传递而建立的技术，所以 dde 技术存在以下的问题： (1) 数据的传送速度较慢； (2) 没有安全性的管理机制； (3) 开发难度大； (4) 功能缺乏柔韧性。 (5) 可靠性不够高。 为了解决以上问题， 采用基于 opc 技术的服务器替代 dde 服务器将是顺理成章的 事情。随着 opc 技术的导入，和过去的 dde 技术相比，在以下几个方面显示出它的优 越性24。 (1)高速的数据传送性能； (2)基于分布式 com 的安全性管理机制； (3)开发成本的降低； (4) 实现具有高度柔软性功能的系统； (5) 实现具有高可靠性的系统。 第三章 opc 技术简介 12 第三章 opc 技术简介 第三章 opc 技术简介 3.1 opc 技术概述 3.1 opc 技术概述 传统的监控系统不具备开放性和标准化，在缺少任何标准的情况下，设备供应商不 得不各自开发自己专用的硬件和上层应用软件。 随着现场对信息集成数量和种类的不断 增加，以及各个设备生产厂家所使用的生产机制的不同，迫使工控软件中产生了越来越 多的底层通讯模块，且各个通讯模块的访问接口不尽相同。尽管可以编写定制的驱动程 序和接口程序，但随着越来越多的不同种类的控制设备和软件包需要通信25。使得程序 的种类迅速增长，驱动程序的数量不断增加，从而加深了问题的困难程度。如不同设备 供应商的驱动程序之间不一致，硬件性能不能得到广泛支持，驱动程序不能适应升级后 的硬件并可能发生冲突26。为了降低各通讯模块硬件与应用软件之间的耦合性，提高各 设备的标准化、开放性及网络化，从而提出了 opc 27 (ole for process control，用于过 程控制的对象链接与嵌入)技术。 3.1.1 opc 定义定义 opc (ole for process control)是基于 microsoft 的 ole ( activex ) 、com (3)浏览 opc 服务器内部的数据组织结构。 opc 服务器对象接口如图 3-5 所示9： 图 3-5 标准 opc 服务器对象及其接口 fig.3-5 standard opc server object and custom interface iunknown ：com 标准接口。 iopcserver ： opc 服务器的一个接口.使用该接口可以增加或删除一个组以及其 它的管理信息。这一接口是必须的，而且它的函数必须都能够实现。 iopcserverpublicgroups (optional )：全局组的管理接口。 iopcbrowseserveraddressspace(optional)：通过该接口的函数可以浏览存取 opcitem 的路径或得到该服务器下 opcitem 的 id 及变更浏览的位置等。 ipersistfile (optional)：标准 ole 接口。该接口可以使客户端保存或打开服务器的 配置文件。 从 opc 服务器对象的功能可以看出，opc 服务器对象面向 opc 服务器的技术细 节，基本独立于实时数据源，可以统一实现:其中数据的组织结构与数据源属性、与具体 数据源有关，需要从用户处获取信息。 opc 组对象的主要功能为： (1)管理 opc group 对象的内部状态信息； (2)创建和管理 items 对象； 第三章 opc 技术简介 18 (3) opc 服务器内部的实时数据存取服务(同步与异步方式)。 从 opc 组对象的功能可以看出，opc 组对象面向 opc 服务器中的数据存取信息， 对实时数据源的依赖性很强，需要从用户数据源处获取信息。opc 组对象接口如图 3-6 所示9： 图 3-6 标准 opc group 对象及其接口 fig.3-6 standard opc group object and custom interface opc 组对象维护自己的信息并提供容纳和逻辑上组织 opc 数据单元的架构，为客 户程序提供了组织和管理数据项的方法。opc 组提供下列接口: iunknown : com 标准接口。 iopcttemmgt:在组中利用它增加删除项、检查项的名称是否可用以及其他对 opcitem (s)的操作。 iopcgroupstatemgt：可以对组的状态进行管理，如设定/取得组的状态、复制一 个 opcgroup 等。 iopcpublic curoupstatemgt (optional ：可以利用全局组的状态进行管理，把一 个局域组变成全局。 iopcsyncio： 通过该接口的函数可以同步方式读取/写入opcgroup内的opcitem (s)的值或取得 opcitem 的属性等。 iopcasyncio：以异步方式读取/写入 opcgroup 内的 opcitem (s)的值，值会在 读取硬件的动作结束后以 callback 的形式传回。在客户端有 iadvisesink 接口，重载其 ondatachange 函数。 3.2.4 opc da 服务器数据读写方式服务器数据读写方式 第三章 opc 技术简介 19 opc 客户和 opc 服务器进行数据交互可以有两种不同方式，即同步方式和异步方 式。 (1)同步读写数据。 opc客户程序对opc服务器进行相关操作时，opc客户程序必须等到opc服务器对 应的操作全部完成后才能返回，在此期间opc客户程序一直处于等待状态，如进行读操 作，那么必须等待opc服务器完成读后才返回。因此在同步通讯时，如果有大量数据进 行操作或者有很多opc客户程序对opc服务器进行读、写操作，必然造成opc客户程序 的阻塞现象。因此同步通讯适用于opc客户程序较少，数据量较小时的场合。 (2)异步读写数据。 异步通讯时，opc 客户程序对服务器进行相关操作时，opc 客户程序操作后立刻返 回，不用等待 opc 服务器的操作，可以进行其它操作。当 opc 服务器操作完成后再通 知 opc 客户程序，如进行读操作，opc 客户程序通知 opc 服务器后离开返回，不等待 opc 服务器的读完成，而 opc 服务器完成读后，会自动的通知 opc 客户程序，把读结 果传送给 opc 客户程序。因此相对于同步通讯，异步通讯的效率更高，适用于多客户 访问同一 opc 服务器和大量数据的场合。 opc 应用程序向 opc 服务器发出请求后，可以不等待返回的结果处理其它事务。 当 opc 服务器完成数据访问时，触发 opc 应用程序的异步访问完成事件，将数据访问 结果传送给 opc 应用程序。异步方式实现较为复杂，需要在客户程序中实现服务器回 调函数。然而当有大量客户和大量数据交互时，异步方式的效率更高，能够避免客户数 据请求的阻塞，并可以最大限度的节省 cpu 和网络资源。 opc 的异步通讯有四种方式： (1) 数据订阅，客户端通过订阅方式后，服务器端将变化的数据通过回调传送给客 户程序。 (2) 异步读，返回操作结果和数据值。 (3) 异步写，返回操作结果，成功，失败。 (4) 异步刷新，异步读所有的 item 的值。 3.3 opc xml-da 规范 3.3 opc xml-da 规范 在 opc 规范中，数据访问(da)规范具有极其重要的地位，因此研究得比较成熟， 所以 opc 基金会目前推出的基于 web 服务的规范也初始定义在数据访问规范上，即 opc xml-da 规范33。使用基于 web 服务作为远过程调用的方式有如下的优势：跨平 台，基于 internet/intranet 便于实现远程人机接口 (hmi)，智能现场设备直接支持 opc。 3.3.1 opc xml-da 的作用的作用 opc xml-da 规范的建立，用于将 opc 数据向 internet 上的应用程序开放，实现 第三章 opc 技术简介 20 了工业控制领域工厂底层与企业管理自动化的集成。opc da 提供了不用开发专门的通 信软件就可以访问设备的最好的方法，而 opc xml-da 是实现远程和跨平台数据交换 一种最好的方法。它建立在 opc da 规范基础上，是基于 xml 技术的接口规范，它通 过两个 web services 的基础技术 xml 和 soap 将数据暴露出来， 用于连接高层 erp 和