OPC通讯协议介绍

1、OPC 通讯协议介绍OPCS讯协议介绍OPC（OLE for Process Control,用于过程控制的 OLE是一个工业标准，管理这个标准国际组织是 OPCS金会，OPC基金会现有会员 已超过 220 家。遍布全球，包括世界上所有主要的自动化控制系统、 仪器仪表及过程控制系统的公司。基于微软的OLE现在的Active X）、COM部件对象模型）和DCOM （分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标 准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OPC全称是 OLEfor Process Control，它的出现为基于 Windows 的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。

2、 在过去，为了存取现场 设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函 数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软 件开发商带来了巨大的工作负担。 通常这样也不能满足工作的实际需 要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、 可靠性、开放性、 可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下，OPC标准应运而生。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提 供一套标准的OLE/COM接口完成的，在中使用的是 OLE 2技术，OLE 标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。CO雇 Component Object Model的缩写，是所有 OLE机制

3、的基础。coM一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准，该标 准将Windows下的对象定义为独立单元，可不受程序限制地访问这些 单元。这种标准可以使两个应用程序通过对象化接口通讯， 而不需要 知道对方是如何创建的。例如，用户可以使用C+语言创建一个Win dows对象，它支持一个接口，通过该接口，用户可以访问该对象 提供的各种功能， 用户可以使用 Visual Basic， C， Pascal， Smalltalk 或其它语言编写对象访问程序。在 Win dows NT4.0操作系统下，COM 规范扩展到可访问本机以外的其它对象， 一个应用程序所使用的对象 可分布在网络上，COM勺这个扩

4、展被称为 DCOMDistributed COM。通过DCO技术和OPC标准，完全可以创建一个开放的、可互操 作的控制系统软件。OPC采用客户/服务器模式，把开发访问接口的 任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用 户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的 开放性和可互操作性。OPC服务器通常支持两种类型的访问接口，它们分别为不同的编 程语言环境提供访问机制。这两种接口是：自动化接口( Automation in terface );自定义接口( Custom in terface )。自动化接口通常 是为基于脚本编程语言而定义的标准接口，可以使用 V

5、isualBasic 、 Delphi、PowerBuilder等编程语言开发OPC服务器的客户应用。而 自定义接口是专门为C+等高级编程语言而制定的标准接口。OPC现 已成为工业界系统互联的缺省方案， 为工业监控编程带来了便利， 用 户不用为通讯协议的难题而苦恼。 任何一家自动化软件解决方案的提 供者，如果它不能全方位地支持 opc则必将被历史所淘汰。1、在控制领域中，系统往往由分散的各子系统构成；并且各子 系统往往采用不同厂家的设备和方案。 用户需要，将这些子系统集成， 并架构统一的实时监控系统。2、这样的实时监控系统需要解决分散子系统间的数据共享，各 子系统需要统一协调相应控制指令。3、

6、再考虑到实时监控系统往往需要升级和调整。4、就需要各子系统具备统一的开放接口。5、opC(oLE for process Control) 规范正是这一思维的产物。6、OPC 基于 Microsoft 公司的 Distributed in terNetApplication (DNA) 构架和 Component object Model (CoM) 技术的， 根据易于扩展性而设计的。OPC规范定义了一个工业标准接口。7、OPC是以OLE/CO肌制作为应用程序的通讯标准。 OLE/CO耀 一种客户 /服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPCB范了接口函数，不管现场设备以

7、何种形式存在，客户 都以统一的方式去访问， 从而保证软件对客户的透明性， 使得用户完 全从低层的开发中脱离出来。& OPC定义了一个开放的接口，在这个接口上，基于PC的软件组件能交换数据。它是基于 Windows的OLE对象链接和嵌入、 COM部件对象模型(Component Object Model)和 DCO分布式 COM(Distributed COM)技术。因而，OPC为自动化层的典型现场设备 连接工业应用程序和办公室程序提供了一个理想的方法。OPC应用领域1、工控解决方案用户2、楼控解决方案用户3、工控解决方案厂商4、楼控解决方案厂商5、工控解决方案集成商6、楼控解决方案集成商7、A

8、ll Automation FieldsOPC是为了连接数据源(OPC服务器)和数据的使用者(OPC应用程 序)之间的软件接口标准。数据源可以是 PLC DCS条形码读取器等 控制设备。随控制系统构成的不同，作为数据源的OPC服务器即可以 是和OPC应用程序在同一台计算机上运行的本地 OPC务器，也可以 是在另外的计算机上运行的远程 OPC服务器。OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据 提供给作为数据的使用者（OPC应用程序）的HMI（硬件监督接口）/ SCADA监督控制与数据采集），批处理等自动化程序，以至更上层的 历史数据库等应用程序， 也可以适用于应用程序和物理设备的

9、直接连 接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔软性的接口标 准。OPC解决了什么？OPC诞生以前，硬件的驱动器和与其连接的应用程序之间的接口 并没有统一的标准。例如，在 FA（FactoryAutomation） 工厂自动 化领域，连接 PLC（Programmable Logic Controller） 等控制设备和 SCADAAHMI软件，需要不同的FA网络系统构成。根据某调查结果， 在控制系统软件开发的所需费用中， 各种各样机器的应用程序设计占 费用的 7成，而开发机器设备间的连接接口则占了 3成。此外，在 PA（Process Automation） 过程自动化领域，当希望把

10、分布式控制 系统（DCSDistributed Con trol System）中所有的过程数据传送到生产管理系统时， 必须按照各个供应厂商的各个机种开发特定的接 口，例如，利用C语言DLL（动态链路数据库）连接的DDE动态数据交 换）服务器或者利用FTP（文件传送协定）的文本等设计应用程序。如 由 4种控制设备和与其连接的监视、 趋势图以及表报 3 种应用程序所 构成的系统时，必须花费大量时间去开发分别对应设备A， B， C， D的监视，趋势图以及表报应用程序的接口软件共计要用 12种驱动器。同时由于系统中共存各种各样的驱动器， 也使维护运转环境的稳定性 和信赖性更加困难。而OPC是为了不同

11、供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口 标准化，使其间的数据交换更加简单化的目的而提出的。作为结果， 从而可以向用户提供不依靠于特定开发语言和开发环境的可以自由 组合使用的过程控制软件组件产品。利用OPO的系统，是由按照应用程序（客户程序）的要求提供数据 采集服务的opc务器，使用opO务器所必需的opC接口，以及接 受服务的OPC应用程序所构成。OPC服务器是按照各个供应厂商的硬 件所开发的， 使之可以吸收各个供应厂商硬件和系统的差异， 从而实 现不依存于硬件的系统构成。同时利用一种叫做 Variant 的数据类 型，可以不依存于硬件中固有数据类型， 按照应用程序的要求提供数 据格式。利用O

12、PC使接口标准化可以不依存于各设备的内部结构及它的 供应厂商来选用监视，趋势图以及表报应用程序。为什么开发自主 OPC Server和OPC Gateway1、国外原厂商的高价格2、国外原厂商面对项目的不灵活性3、国内项目中子系统的多样性难以提供 DRIVER4、自主OPC服务器追求的是稳定、实时、迅速。5、众多子系统的不规范性6、总包项目在投标前后可能出现的不一致性7、价格昂贵的原厂平台服务器软件8、总包商集成是否投入大量的人力开发9、平台和子系统的兼容性10、建立了 OPC平台和子系统的互通11、解决厂商和集成商在项目集成的烦恼12、解决厂商和集成商分散资源进行二次开发13、解决项目中子系

13、统厂商的困扰14、为上下位的数据通讯提供透明的通道1示例系统的体系结构图0本例中以OPC为例在上位机上插入 CP5611 PLC为 S7-300C.CPU313C-2DP(6ES7313-6CE00-0AB二者 通过PROFIBUS总线相连。2软件版本描述 需要软件SIMATICNET V6.0 SP4 PB SOFTNET-S7 3 组态 3.1 在 PC 机上安装SIMATIC NET V6.0 PC NCM后，打开 NCM组态一个 PC STATION图 1 插入一个PCSTATION以上为例，把站名改为OPC双击CONFIGURATION 进入组态画面，如图2图2在第一槽插入OPC S

14、ERVE在第四槽中插入CP5611注意相应的版本号如本例中安装 V6.0 SP4插入OPCSERVERS CP5611 时，选择 SWV6.0 SP4存盘编译后，在 OPTIONS 单下选择Configure Network 单击OPC SERVE后，出来连接表，双 击其中一格，建立 S7-CONNECTQN如图3图3连接的站选择UNSPECIFIED点击APPLY进入详细组态画面图 4图4 填入S7-300C 的站号如6号站，点击 Address Details 组态CPU的槽号。 图5 S7-300PLC CPU!号为2，S7-400CPU依据组态而定，如果连接通讯 模块如CP342-5C

15、P443-5在这里也必须填上CPU的槽号。编译存盘， 准备下载。 3.2 组态虚拟PC STATION编译存盘后，配置虚拟PC STATION于实际配置一样在第一行添加 APPLICATION 6进入 虚拟PC STATION画面 图7第一行添加OPC SERVER IND表示行数NAME任意。 进入配置网卡界面 图8图9选择CP5611的模式为CONFIGUREMDODINDEX为4 （行数）配置完后退出使能 OPCS7 协议。图10图11进入STATIONJAME为OPC与配置一样。图12图13在控制面板中设置 PG/PCINTERFACE S7ONLINE指向PCINTERNACP_L2

16、_1 指向 CP5611（PROFIBUS下载 PC配置信息到虚拟PC 站中 图 14 确认配置无误 图 153.3 测试实际连线状态， 在SIMATIC NET CONFIGURATION CONSOLE基于PLC的DCS控制系统在污水处理厂中的应用随着国民经济建设的快速发展，各级政府对环境保护更加关注， 各地陆续新建了一大批污水处理厂。 这些新建的污水处理厂根据自身 特点，对控制系统的性能和价格提出了新的要求。重庆市奉节污水处理厂采用CASS工艺对生活污水进行处理，日 处理量为3万吨。其DCS系统以高性价比的PLC为控制单元，采用商 用计算机为监控站。 整个系统在实现生产自动化的情况下，

17、有效降低 了系统成本，从 20xx 年投产至今运行情况良好。1 生产工艺简介 污水处理是一种连续的生化反应过程，有氧化沟工艺、 AO、SBR、CASS等众多不同的处理工艺。奉节污水处理厂所采用的污水处理工 艺为新型改良 CASS（Cyclic Activated Sludge System，循环式活性污泥法）工艺，属于改进型SBR工艺的一种，由格栅井、CASS也、 鼓风机房、加药间、储泥池、脱水机房、接触消毒池组成。该工艺具 有以下特点：（1）可升降的滗水器最大限度降低了排水水流对底部沉淀污泥 扰动。（2）抗冲击力强，对难降解有机物的去除效率高，同时具有脱 氮除磷功能。（3）工艺流程短，占地面

18、积小，建设费用低，运转费用省。（ 4）管理简单，运行可靠，出水水质好，无异味。（5）污泥产量低，污泥性质稳定，不发生污泥膨胀。2 DCS控制系统选型及硬件配置2. 1 DCS系统的选型重庆市奉节口前污水处理厂为三峡库区国债项目建设的第一批 污水处理厂， 根据实际的工艺要求及建设特点， 该项目对控制系统提 出了如下要求：（ 1 ）受控设备控制点数在 800点内。控制工艺较为复杂，但是 我们所需要的算法并不复杂，基本以时间控制和位式控制为主。（2）控制系统须成熟可靠，便于调试和维护。（3）考虑到会有第三方产品，网络通讯及其协议须具备开放性 和标准性。（4）测量设备和受控设备均为传统设备，基本不带现

19、场总线通讯能力，所以输入、输出控制还是以传统的 I/0点为基础。（5）作为国债投资项目，尽可能在满足要求的前提下降低造价。经过比较，该厂的自动化控制系统采用以 PLC为基础的DCS空制系统，该系统在满足生产要求的基础上其性能和价格上取得了很好的 平衡。2. 2基于PLC的 DCS系统传统DCS是针对流程工业的仪表控制系统发展起来的，主要功能 是实现连续物理量的监视与调节。PLC是针对传统的继电器控制系统 而发展起来的，主要功能是实现开关量的逻辑控制。一般来说，PLC是 一种局部的控制器，但随着应用规模的扩大以 及工业以太网的出现，多台 PLC能够互连起来而形成的较大控制系 统。与单个的PLC相

20、比有几点重大的改变：（1）在网络上挂接了在线的通用计算机，其作用一是实现系统 组态、编程和下装，二是在线监视被控过程的状态。这样，一个具有 现场控制层和协调控制层的 DCS雏形就出现了。（2）在PLC中增加了模拟量I /O接口和数值计算功能，这样， PLC就不仅可以完成逻辑控制，也可以完成模拟量监测及控制和混合 控制的功能。（3）越来越多的PLC厂家把专用的网络改成为通用的网络，这 样就使PLC有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大 型的控制系统。上述几点改变使得PLC组成的系统具备了 DCS的形态。由于PLC 产品已经进入市场多年，其I /0接口、编程方法、网络通信都趋于 标准化

21、和适应开放系统的要求， 同时通过扩展能够增加现场总线通讯 功能。加上PLC在价格上的优势，使得PLC在分布式控制系统领域有 着很重要的地位，在很多应用领域具有相当大的竞争优势。2. 3奉节污水处理厂DCS系统配置及构成DCS空制系统以工业以太网这种开放式的网络结构为基础，由三 个下位控制站PLC0 PLC1 PLC2站, 1个上位工程师站、1个上位操 作员站组成。其拓扑结构如图 1 所示。ID IMW ElhfiTNrt八,：.京外茅植忙纤rjj.i花個站 刊药问叭口押IM战1-sCASS(tx 倔花馆哥用L 事布【I濮朽倉飪却厂尿變册朴络禺PLC0空制站安装在中央管理中心的大屏幕马塞克模拟显

22、示屏内， 通过以太网采集各设备的状态信号并用 RS232的通讯方式与马赛克 屏通讯，将生产的整个流程以及设备状态显示出来。PLC1安装在变配电所，负责控制格栅井、污水提升泵、沉砂池、1号CASS也、2号CASS也、3号CASS也、鼓风机房、储泥池及流量 井流量检测、接触消毒池的部分检测控制、配电室的部分电力参数监 测。PLC2安装于加药间。用于控制加药间的电磁阀、搅拌器、隔膜 泵在内的全套加药设备。中央管理中心的两台监控计算机采用 DELL公司的OptiPlex系列 台式机。OptiPlex系列台式机定位于初级服务器应用，在高性能的 前提下其专门设计的钢丝屏蔽层结构以及散热系统保证了系统的高

23、可靠性和稳定性。所采用的监控软件是基于微软的Win dows 2000平台的，商用机对操作系统的兼容性比工控机略好。该厂整个控制的系统信息交换层和控制层两层合一。 采用先进的 工业以太网， 具有高速可靠的特点。 工业以太网是以传统以太网为基 础，针对工业控制的要求， 改良后的一种信息及控制网，具有一网到 底和降低网络造价的特点。3 自控系统功能3 1 监控软件监控软件采用开物 2000软件，开物 2000 为北京华富慧通开发的 一款通用监控软件，该软件对OPCS讯方式支持较好。OPC(OLEor ProcessContro1 )是基于 COM(Component Object Mode1 )和

24、 DCOM(Distributed ComponentObject Model技术的面向对象软件协议。OPC为现场设备、自动控制应用软件和企业管理应用软件之间提供了 开放、一致的接口规范，为来自不同供应商的软、硬件提供“即插即 用”的连接。本系统的监控软件和DCS硬件之间的通讯协议采用 OPR式，ROCKWELL RSLINX软件为OPCSEVEF端而监控软件作为 OPCCLIENT读取数据，采用该方式通讯避免了监控软件对 DCS系统驱动程序支持 不完善的情况发生。3 2 控制方式 X为便于操作调试和事故的紧急处理，系统控制方式分为三种：(1) 就地手动方式。即通过就地控制箱或 MCCk的按扭

25、、开关 操纵设备。2)遥控方式。通过中央管理中心的两台计算机在手动模式下 控制设备。（3）自动方式。系统根据工况自动完成设备的启停、调节控制。遥控和就地控制方式的切换由 MCC巨或就地控制箱完成；自动方 式和遥控方式的切换由两台监控计算机完成。3 3 监控功能两台计算机分别作为操作站和工程师站相互备用， 设置于中央管 理中心，对全厂工艺设备运行状况、运行参数进行集中监控，遥控现 场设备。监控计算机通过集成的1000M网卡与PLC系统经工业以太网 进行数据交换。主要功能：（1）工艺流程监控功能。系统能按工艺要求对污水处理的各环 节参数及设备状态进行监视，同时根据工艺要求选择自动、顺序、定 时等控

26、制方式。（2）报警及报警记录功能。当设备发生事故时，系统将在计算 机、马赛克大屏幕、就地控制箱上进行报警指示。同时计算机将对所 发生的报警内容、 时间及确认时间进行记录。 在计算机上还可进行语 音报警。（3）联锁保护功能。当系统检测到局部故障后启动相应的联锁 保护程序。（4）参数设定功能。可在中央管理中心的任何一台监控计算机 或现场控制站的人机界面上进行报警上下限、 调节参数、运行时间等 参数的设定。（5）数据记录存储功能。系统可对重要数据如工艺参数、工况、 设备运行时间等进行记录储存，以备调用。（6）操作记录功能。系统自动保存重要操作记录，如改动参数， 操作设备的操作员代号、时间、内容等。（

27、7）实时数据曲线和历史数据曲线。对重要工艺参数可以进行 实时曲线显示，并记录历史数据曲线。（8）多级口令保护功能。在中央管理中心的任何一台监控计算 机上可设定不同操作权限， 只有相应操作权限的操作员， 在输入正确 的口令后才可访问该级画面。（9）打印功能。可进行报表打印、曲线打印、图形打印。4 工程效果该工程于20xx年5月份开始实施，20xx年4月份设备移交厂方 运行，其DCS系统运行稳定可靠无损坏情况。系统投入使用后，操作 人员在中央管理中心就能够全面了解整个工厂的运行情，DCS系统对泵及滗水器等主要设备能够根据预先设定好的参数进行自动控制。 整 个系统只需中央管理中心操作人员就能够保证系

28、统的正常运行， 大大 降低了值班员的劳动强度。 该系统的投运解决了以往污水处理厂自动 化程度低，所有设备均需手动操作，值班人员劳动强度大、操作易出 错，出水水质不稳定、生产过程无法集中监控的问题。该厂作为三峡 库区第一批兴建的污水处理厂， 对三峡库区水质的保护起到了积极的 作用。各级政府领导多次对该厂进行视察和工作指导， 对该厂的生产 以及工艺水平给予了良好的评价，取得了很好的社会效益和经济效5 结语PLC作为成熟的控制器其编程语言及系统结构具有统一性，便于控制系统的调试及维护。虽然PLC控制算法相对单一，但是却很好的满足了污水生产工艺的要求，在避免功能浪费的同时降低了系统造 价。采用工业以太

29、网技术，保证了通讯网络良好的兼容性和稳定性，同时实现了通讯的高速化。以PLC为基础采用工业以太网搭建的 DCS控制系统， 在污水处理厂的自动化控制中具有成熟可靠， 既满足生产 工艺要求，同时也降低了工程造价，具有很好的应用前景。在VC环境中使用定制接口开发 OPC客户应用程序，下面是程序 实现的关键步骤。4.1包含OPC头文件开发opc客户应用程序，除了需要opC接口外，还需要在程序中包含OPC标准库文件，可以从 OPC基金会网站(网址:)下载这些文件：#include opcda_i.c oPC 数据存取接口#include opcda.h oPC 数据存取 2.0 头文件#include

30、opccomn_i.c oPC 公共接口定义#include opccomn.h oPC 公共头文件4.2初始化COM支持库由于OPC是基于COM技术制定，所以在使用接口类之前必须首先使用CoInitialize(NULL) 函数初始化COM库，如果成功，函数返回值等于S_ OK。4.3 连接 opc 服务器OPC客户能够连接到OPC服务器上，并建立OPC组和OPC数据项，这 是OPC数据访问的基础，如果没有这个机制，数据访问的其它机能不 可能实现4。连接OPC服务器，OPC客户需要事先指定计算机名(如 果OPC服务器和OPC客户不在同一台计算机上)和OPC数据访问服务 器名(RSI.RSVi

31、ew32OPCTagServer)。实现代码如下： ConnectToServer(/*in */LPOLESTR ProgID,/*in*/ BOOLIsRemote,/*out */ IUnknown *ppUnknown)CLSID OPCCLSID;HRESULT hRet=CLSIDFromProgID(ProgID,&OPCCLSID);/ 将字符串 ProgID 转换为唯一 OPCCLSIDif(IsRemote)/opc 服务器和 opc 客户不在同一台计算机上COSERVERINFO ServerInfo; memset(&ServerInfo,0,sizeof(Server

32、Info);ServerInfo.pwszName=T2OLE( ServerComouter );MULTI_QI qi1;memset(qi, 0, sizeof(qi); qi0.pIID=&IID_IUnknown;HRESULT hRet=CoCreateInstanceEx(OPCCLSID,NULL,CLSCTX_REMOTE_SERVER, &ServerInfo,1,qi);*ppUnknown=qi0.pItf;else/opc 服务器和 opc 客户在同一台计算机上 hRet=CoCreateInstance(OPCCLSID,NULL,CLSCTX_LOCAL_SERVER,IID _IUnknown,(void *)ppUnknown);4.4创建OPC组IOPCServer 接口的 AddGroup() 方法可以创建一个有指定名称和属性的OPC组。在调用该方法之前，可以使用上一步得到的 lunknown接 口指针，通过 QueryInterface() 方法请求 IOPCServer 接口指针。代 码如下:ppUnknown-Querylnterface(llD_lOPCServer,(void *)&pServer);/ 得到 lOPCServer 接口指针 pServer- AddGroup(L ,TRUE,500