劉廷才，王 堅(jiān)，戴毅茹

（同濟(jì)大學(xué) CIMS中心，上海 200086）

0 引言

傳統(tǒng)工控系統(tǒng)中，客戶端應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)源（如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）讀取數(shù)據(jù)需要為不同的客戶端應(yīng)用程序編寫不同的驅(qū)動(dòng)程序。這種情況下會(huì)導(dǎo)致開發(fā)成本的增加、重復(fù)性的開發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序不一致和數(shù)據(jù)訪問沖突等問題，無法適應(yīng)當(dāng)今工控系統(tǒng)的開放性要求。OPC（OLE for Process Control）是OPC基金會(huì)組織倡導(dǎo)的工業(yè)控制和生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中使用的硬件和軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)[1]。它根據(jù)微軟的OLE/COM/DCOM技術(shù)來達(dá)成自動(dòng)化控制的協(xié)定。OPC將硬件制造商與軟件開發(fā)商聯(lián)系起來，通過硬件廠商提供的OPC Server接口，軟件開發(fā)人員無需考慮各種不同硬件間的差異，只需遵循OPC數(shù)據(jù)接口協(xié)議便可輕松地從硬件端取得所需的信息。

本文將簡(jiǎn)述民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)利用OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)源（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）采集數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)過程。

1 民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)簡(jiǎn)述

系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)主要包含能源介質(zhì)管理、設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計(jì)、能源計(jì)劃管理、能源供需平衡管理等傳統(tǒng)的能源管理模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)公司能源介質(zhì)、能耗設(shè)備、已消耗的能耗歷史數(shù)據(jù)的管理；此外還包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)各廠房車間的能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如各相電流、有功功率、視在功率等）的監(jiān)測(cè)管理。由于OPC技術(shù)十分適宜于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，所以 “實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理”模塊的實(shí)現(xiàn)主要基于OPC技術(shù)在數(shù)據(jù)采集過程的應(yīng)用。

圖1 民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 The architecture of the civil airplane manufacture energy management system

2 OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范

OPC技術(shù)是由OPC服務(wù)器和OPC客戶端應(yīng)用兩部分組成。OPC服務(wù)器負(fù)責(zé)收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用。OPC客戶端則通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口接收OPC服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)信息。

OPC訪問接口主要有兩種：CUSTOM標(biāo)準(zhǔn)接口和OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口，如圖2所示。自定義接口是服務(wù)商必須提供的，而自動(dòng)化接口則是可選的[2]。 其中，自定義接口是一組COM接口，主要用于采用C++語言的應(yīng)用程序開發(fā)；自動(dòng)化接口是一組OLE接口，主要用于采用VB，C#，DELPHI等編程語言的應(yīng)用程序開發(fā)。

在OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范中，一個(gè)OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器中包含三種層次的對(duì)象：服務(wù)器 （OPC Server）、組（OPC Group）和項(xiàng)（OPC Item）。OPC服務(wù)器對(duì)象維護(hù)有關(guān)服務(wù)器的信息并作為一個(gè)或多個(gè)組對(duì)象的容器，服務(wù)器對(duì)象鞏固和優(yōu)化各種客戶端所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)存取，利于提高與設(shè)備的有效通信；OPC組對(duì)象維護(hù)有關(guān)其自身的信息，可作為一或多個(gè)OPC項(xiàng)的容器并從邏輯上實(shí)現(xiàn)對(duì)這些項(xiàng)的管理[3]。OPC組可以分為公共組（Public）和私有組（Private）。公共組可以被多個(gè)客戶端程序使用，而私有組只能被一個(gè)客戶端程序使用；OPC項(xiàng)提供OPC服務(wù)器與數(shù)據(jù)源的連接，即每一個(gè)項(xiàng)都與一個(gè)相對(duì)應(yīng)的的信號(hào)變量連接，它可以為OPC客戶端提供信號(hào)變量的數(shù)值（Value）、 數(shù)據(jù)類型（Type）、 品質(zhì)（Quality）以及時(shí)間戳（Time Stamp）等信息[4]。嚴(yán)格來說OPC項(xiàng)不屬于COM對(duì)象，不提供與客戶端的接口，所以所有對(duì)它的訪問都必須通過包容此項(xiàng)的OPC Group對(duì)象完成的。

3 客戶端程序設(shè)計(jì)

（1）連接OPC服務(wù)器。本例中使用的OPC服務(wù)器名稱為：

String clsidOPCserver[5];//定義連接的服務(wù)器字段

Private object OPCserverObject =null;//定義連接對(duì)象

public OpcServer energySrv=null;//定義服務(wù)器對(duì)象

public OpcGroup energyGrp=null;//定義組對(duì)象

Type.GetTypeFromProgID(clsidOPCserver);//從服務(wù)器獲取與指定程序標(biāo)示符相關(guān)聯(lián)的類型。

Activator.CreateInstance(OPCserverType);//創(chuàng)建連接實(shí)例

（2）添加組。

energySrv.AddGroup("energyGruop",true,500);

AddGroup定義了Group的三個(gè)重要的屬性：

Group的名字： “energyGroup“；

Group的激活狀態(tài)為 “true”，準(zhǔn)備收發(fā)數(shù)據(jù)；

Group的刷新頻率為500ms。

（3）添加數(shù)據(jù)項(xiàng)。

energyGrp.AddItems(aD,out arrRes);

這段程序的結(jié)果是添加具有已定義屬性的指定的項(xiàng)。

（4）對(duì)OPC數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)項(xiàng)可以通過group組的DataChange事件觸發(fā)來讀取。

energyGrp.DataChanged += new Data Change Event Handler( this.energy Grp_Data Change ) ;//定義Data Change 事件

protected void energy Grp_Data Change(object sender,Data Change Event Args e)

斷開OPC服務(wù)器

int rc=Marshal.Release Com Object(OPCserver Object);OPC server Object=null;

4 OPC技術(shù)在民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

某飛機(jī)制造企業(yè)民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)的OPC技術(shù)主要應(yīng)用于，對(duì)該企業(yè)各主要電柜的各相電流、有功功率、視在功率等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其客戶端程序軟件運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

圖3 民用飛機(jī)生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集畫面Fig.3 The real-time data acquisition screen of civil airplane manufacture energy management system

傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)一般包含能耗、計(jì)量設(shè)備的管理，能耗數(shù)據(jù)的管理，能耗的統(tǒng)計(jì)，報(bào)表的生成等功能模塊。這些功能模塊一般都是基于對(duì)企業(yè)能耗的歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析完成的，因此存在能源管理系統(tǒng)無法對(duì)各廠房、設(shè)備等能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管理，通過將OPC技術(shù)引入到能源管理系統(tǒng)可以有效的解決上述問題，實(shí)現(xiàn)能源管理系統(tǒng)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)管理，大大提高了能源管理系統(tǒng)的功能范圍，方便了企業(yè)用戶。

5 結(jié)束語

OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范把硬件供應(yīng)商和軟件開發(fā)者分離開來，極大地減小了雙方工作的耦合關(guān)系。軟件開發(fā)人員無需了解硬件的實(shí)質(zhì)和操作過程，只要嚴(yán)格遵循OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范便可訪問OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。

目前，飛機(jī)制造企業(yè)能源管理系統(tǒng)的功能主要集中于對(duì)能耗歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析上，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)的管理。將OPC技術(shù)引入到能源管理系統(tǒng)很好的解決了上述問題，管理人員可以方便的通過該系統(tǒng)對(duì)廠區(qū)或設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理。

[1]OPC Data Access Custom Interface StandardVersion 2.04.OPC Foundation，2000.

[2]潘愛民.COM原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[3]OPC Common Definations and Interfaces 1.0[S].OPC Fundation,1998.

[4]馬云鵬，等.OPC通用接口與OPC服務(wù)器的注冊(cè)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2000.

[5]Christian Nagel,Bill Evjen；李銘（譯）.C# 高級(jí)編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.