OPC通讯协议介绍

1、OPC接口技术接口技术谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室东南大学自控系工业自动化教研室 Assessment CommonWhat is the objective of OPC ?On which technology does OPC rely ?What is an OPC Server ?Which are the main OPC specifications ?What are the components of the OPC DA Automation Interface ?How does an automation platform use the OPC interfa

2、ces ?内容提要内容提要概述概述OPC基本原理基本原理OPC自定义接口自定义接口HMI/SCADAHMI/SCADAData Acquisition工程工程部门部门产品制造产品制造测试质管部门测试质管部门维护部门维护部门Windows NT业务部门业务部门Internet/EthernetOPCDeviceNetFOUNDATONPROFIBUSEthernetWindows NTOPC数据采集数据采集PLCNNNN分分布布式式 I/ONNNN数据采集数据采集 运动控制运动控制可视监控可视监控Measurement-Pressure-Temp-Flow-LevelValvesPosition

3、ersPID ControlFieldbusSystemFieldPointSystemPLC SystemOPC ClientOPC ServerOPC ClientOPC ClientOPC ServerOPC ServerHMIExcelInternetSCADAHMISCADANNNNNNNNNNNN为什么需要为什么需要OPCSoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverDisplayApplicationTrendApplicationReportApplicationOPC的解决方案的解决方案SoftwareDriv

4、erSoftwareDriverSoftwareDriverSoftwareDriverOPCOPCOPCOPCDisplayApplicationTrendApplicationReportApplicationOPCOPCOPC概述概述OLEOLE for Process Control for Process Control(Object linking and embedding)(Object linking and embedding) now: Open Process Control Openess Productivity and Conectivity Openess Pr

5、oductivity and Conectivity OPCOPC（用于过程控制的（用于过程控制的OLEOLE）是一个工业标准。）是一个工业标准。OPCOPC由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软（软件公司与微软（MicrosoftMicrosoft）紧密合作而建立的。）紧密合作而建立的。OPCOPC定义了应用定义了应用MicrosoftMicrosoft操作系统在基于操作系统在基于PC PC 的客的客户机之间交换自动化实时数据的方法。户机之间交换自动化实时数据的方法。管理这个标准的国际组织是管理这个标准的国际组织是OPCOPC基金会

6、。基金会。 OPC的宗旨的宗旨OPC的宗旨是在的宗旨是在Microsoft COM、DCOM和和Active X技术的功能规程基础技术的功能规程基础上开发一个开放的和互操作的接口标准。上开发一个开放的和互操作的接口标准。这个标准的目标是促使自动化这个标准的目标是促使自动化/控制应用、控制应用、现场系统现场系统/设备和商业设备和商业/办公室应用之间办公室应用之间具有更强大的互操作能力。具有更强大的互操作能力。 Before OPCABB PLCsTlmcanique PLCsSiemens PLCsMasterBusMMS driverXWAY driverProfinetdrivervisua

7、lizationhistorydata baseWith OPC: ABB Operator Workplace ConnectionABB AC800MTlmcanique TSXSiemens S7AC800MOPC serverSchneiderOPC serverSiemensOPC serverOperatorITapplication software is written independently from the type of controllerHistorian(Information Manager)MMSXWAYProfiNetthe drivers still e

8、xist,but the clients do notsee them anymoreOPC技术基础技术基础OPC技术基于微软的技术基于微软的OLE (现在的现在的Active X)、COM (部件对象模型部件对象模型)和和DCOM (分布式部件分布式部件对象模型对象模型)技术。技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，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。用于过程控制和制造业自动化系统。 Active X/COM技术定义各种不同的软件部件技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件或设备，不论过程中采用什

9、么软件或设备，OPC为多种为多种多样的过程控制设备之间进行通信提供了公用多样的过程控制设备之间进行通信提供了公用的接口。的接口。OPC技术基础构成技术基础构成Transport(TCP-IP, UDP, Queued)(Distributed) Component Object Model(COM / DCOM)Object Linking and Embedding (OLE)EthernetOLE for ProcessControl (OPC)only betweennodesOPC基金会基金会管理管理OPC标准的组织是标准的组织是OPC基金会。其基金会。其前身由一个前身由一个Fishe

10、r-Rosemount、Rockwell Software、Siemens、Opto22、Intellution和和Intuitive Technology等著名大公司组成专门的工等著名大公司组成专门的工作组，仅仅用了短短的一年时间便开发作组，仅仅用了短短的一年时间便开发出一个基本的可运行的出一个基本的可运行的OPC技术规范。技术规范。在在1996年年8月发布了简化的、一步到位月发布了简化的、一步到位的解决方案。的解决方案。 OPC基金会基金会OPC基金会的工作比其他许多标准化集团能够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，只是由于更高速运转。原因十分简单，只是由于OPC

11、是是建立在已普遍使用的建立在已普遍使用的Mricrosoft标准基础上。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往是费时费力，自然其工作效率是不能和OPC基金会比拟的。基金会比拟的。 Micosoft是是OPC基金会的一个成员，已给予基金会的一个成员，已给予OPC基金会强有力的支持。但基金会强有力的支持。但Microsoft在在OPC中的作用主要在于其强大的后援支持，而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

12、员公司指导让具有丰富的行业经验的成员公司指导OPC基基金会的工作。金会的工作。OPC基金会组织结构基金会组织结构 OPC中国基金会中国基金会OPC中国基金会的宗旨是在中国推广中国基金会的宗旨是在中国推广OPC，以，以消除中国与其它发达国家的信息差距。消除中国与其它发达国家的信息差距。通过定期召开中国基金会会员大会、制定相应通过定期召开中国基金会会员大会、制定相应的规章制度，同时针对中国市场建立相应的市的规章制度，同时针对中国市场建立相应的市场营销体系，提供培训、信息以及展会的组织，场营销体系，提供培训、信息以及展会的组织，以进一步加强各会员的利益，以本地化的形式以进一步加强各会员的利益，以本地

13、化的形式加强与加强与OPC基金会的联系。基金会的联系。/OPC 特性特性任何客户机都可以与服务器连接任何客户机都可以与服务器连接即插即用的互操作性即插即用的互操作性是其目标是其目标该标准已被该标准已被公开公开并出版并出版 OPC 基金会基金会是管理此工业标准的组织是管理此工业标准的组织 灵活性灵活性 接纳所有类型的客户机及服务器接纳所有类型的客户机及服务器 高效性高效性 优化快速传输数据优化快速传输数据 可以支持所有编程语言可以支持所有编程语言 C, C+, VB, Java, HTML, DHTML 可利用可利用Internet OPC as a

14、hubsource: Siemens WinCCOPC connection to databasesTools allow to build an OPC DA interface to any ODBC - equipped database.The database internal structure (exposed through queries) is reflected as a hierarchy of OPC items. This allows to give a unified access to simple items. application(OPC client

15、)OPC serverDBODBCOPC for internal communication: AIP as exampleAIPaspectsAC800MOPC serverSchneiderOPC serverSiemensOPC serverAssetOptimizerEnterpriseHistorianaspectsOPC clientOPC serveraspect directoryOPCconnectionsaspectsaspectsOPC Connection to ERPDirect and Fieldbus access(local)OPC serverclient

16、application(OPC client)fieldbus(local)OPC serverFB ManagerfieldbusPLCFB agentfieldbusPLCFB agentdirect connectionfieldbus connectioncan also be a point-to-point linkclient application(OPC client)proprietary protocolThe OPC server is runningall the time, as soon as atleast one client is presentI/O de

17、vicesclients and servers run as parallel processesAccessing a server in another nodeTCP/IPstubDCOMTCP/IPOPC serverDCOMTCP/IPOPCserverDCOMFB Manager fieldbusDCOMclient application(OPC client)Limitation:does not work over firewalls.Solution: OPC XML (see later)COM/DCOM across multiple nodesOPC serverf

18、or BrandYapplication 1(OPC client)Fieldbus YFieldbusXdriversOPC serverfor BrandXOPC serverfor simulationpanelapplication 2(OPC client)OPC serverfor BrandZTCP/IPTCP/IPinput / output to plantEthernetapp3node 1connectivity nodeOPC基本原理基本原理通用通用OPC结构及组成结构及组成对象及接口概述对象及接口概述必需的接口定义必需的接口定义可选的接口定义可选的接口定义服务器地址空

19、间及配置服务器地址空间及配置时间同步与顺序发送机制时间同步与顺序发送机制永久存储机制永久存储机制EnumOPC对象属性条目对象属性条目通用通用OPC结构及组成结构及组成OPC数据访问规范数据访问规范OPC报警和事件规范报警和事件规范OPC数据交换规范数据交换规范OPC历史数据访问规范历史数据访问规范OPC批处理规范批处理规范OPC安全性规范安全性规范OPC XML规范规范OPC标准的发展历史标准的发展历史标准标准 版本版本 内容内容Data Access 3.0,2.0,1.0数据访问规范Alarms and Events 1.10,1.00报警和事件规范Historical Data Acc

20、ess 1.0历史数据存取规范Batch 2.0,1.0 批量过程规范Security 1.0 安全性规范Compliance 2.00.2 数据访问标准的测试工具OPC XML 1.00,0.18 过程数据的XML规范OPC eXchange 1.0 数据交换规范OPC Commands 正在开发 命令规范OPC Common I/O 正在开发 公共I/O规范OPC Complex Data 正在开发复杂数据规范 OPCData AccessOPCAlarms & EventsOPCHDAhistory data baseOPCBatchbatchsystemOPCDXOPCUAUnifie

21、d Architecture规范OPC数据访问规范数据访问规范OPC DA 的适用领域的适用领域底层传感器往往使用专用接口和协议Device Specific I/O ControlData MonitorSub-SystemOPCOPC (通过DCOM)可以使用在各个子系统与管理终端之间OPC处于数据监视应用程序和专用的IO驱动软件之间OPC数据访问规范特点数据访问规范特点基于基于COM 技术技术技术技术灵活支持多类应用程序灵活支持多类应用程序支持多类应用支持多类应用高效与可扩展性支持大型应用程序高效与可扩展性支持大型应用程序支支高性能支持网络操作高性能支持网络操作支持网络操作支持网络操作易

22、于理解易于理解易于理解易于理解被广泛接受被广泛接受被广泛接受被广泛接受OPC DA 能提供那类数据？能提供那类数据？传感器的实时数据：传感器的实时数据：温度、压力和流量控制参数控制参数：打开、关闭、运行和停如状态信息状态信息状态信息硬件连接状态硬件连接状态软件和子系统的状态软件和子系统的状态总之， OPC DA 可以提供任何类型数据OPC DA每个OPC DA 服务器是一个独立的对象服一对OPC DA 服务器提供了到现场数据源的服务供一个窗口窗口”数据通过对应的Tag 访问 (Tag 的定义由生产商和硬件有关生产商有关)数据可以周期性轮询或单次读写数据可以周期性轮询或单次读写OPC报警和事件规

23、范报警和事件规范OPC AEOPC提供了提供了OPC服务器发生异常时，以服务器发生异常时，以及及OPC服务器设定事件到来时向服务器设定事件到来时向OPC客客户发送通知的一种机制，通过使用户发送通知的一种机制，通过使用OPC技术，能够更好的捕捉控制过程中的各技术，能够更好的捕捉控制过程中的各种报警和事件并给予相应的处理。种报警和事件并给予相应的处理。OPC历史数据访问规范历史数据访问规范OPC提供了读取存储在过程数据存档文提供了读取存储在过程数据存档文件、数据库或远程终端设备中的历史数件、数据库或远程终端设备中的历史数据以及对其操作、编辑的方法。据以及对其操作、编辑的方法。HDA for His

24、torical Data Access.OPC数据交换规范数据交换规范什么是OPC DX? OPC DX?将确定穿过以太网的现场总线网络进行服务器到服务器的通信远程组态配置和管理服务远程组态配置和管理服务延伸OPC DA 标准标准OPC DX 将不影响现有的现场总线规将范范OPC数据交换规范数据交换规范谁需要OPC DX? OPC DX?自动化用户自动化用户希望有一套开放性的标准有以把各家以太网上的设备和控制器的数据进行交换并予以集成。并予以集成。自动化设备供应商自动化设备供应商期望提供符合开放性工业标准的产品，使之能互操作以及进行数据交换使之能互操作以及进行数据OPC DX 应用OPC批处理

25、规范批处理规范OPC Batch 的目的是使异构计算环境下的目的是使异构计算环境下不同的生产控制方案等有效地协同工作不同的生产控制方案等有效地协同工作.一个批处理服务器可以从其他一个批处理服务器可以从其他OPC数据数据访问服务器或专用的批处理过程控制软访问服务器或专用的批处理过程控制软件获得数据件获得数据.OPC Batch Based on: IEC 61512-1 Batch Control Part 1: Models and Terminology (ANSI/ISA S88.01 1995) ISA-dS88.02-2000 draft 17 of May 2000 Allows to access: equipment capabilities, current operating conditions, historical contents recipe c