劉　曄（施耐德電氣(中國)有限公司能效及樓宇事業(yè)部能力中心）

淺析OPC與Web Services技術(shù)在未來樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用趨勢

劉曄
（施耐德電氣(中國)有限公司能效及樓宇事業(yè)部能力中心）

論文就目前在樓宇自控系統(tǒng)中采用OPC及Web Services技術(shù)第三方系統(tǒng)集成進(jìn)行簡要論述，并就未來系統(tǒng)集成方式的趨勢進(jìn)行分析。

1　引言

相信接觸過樓宇自控系統(tǒng)的人都知道OPC這個概念，因為在眾多項目的樓宇自控系統(tǒng)招標(biāo)文件中，集成第三方系統(tǒng)的協(xié)議類型就包括OPC；或者在設(shè)計院或顧問公司撰寫的樓宇自控系統(tǒng)要求中也有所提及，這讓大家感覺到OPC接口的應(yīng)用在樓宇自控系統(tǒng)行業(yè)相當(dāng)?shù)钠毡?，而且似乎成為了除LonWorks、BACNet和ModBus這三款標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以外的第四種通用通訊協(xié)議。實際情況如此么？筆者將簡單向讀者介紹OPC通訊在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用實際情況，并對比另一種概念相對較新的數(shù)據(jù)交換方式Web Services，闡述哪種或?qū)⒊蔀闃怯钭钥叵到y(tǒng)未來的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)交換方式。

2　OPC及Web Services的演化歷程和架構(gòu)特點

在此之前，有必要簡要介紹一下OPC及Web Services的演化歷程和架構(gòu)特點。這對讀者了解OPC及Web Services會有一定的幫助。

OPC (OLE for Process Control，即用于過程控制的OLE)是一個工業(yè)制造行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，制定和管理這個標(biāo)準(zhǔn)的國際組織是OPC基金會，OPC基金會在1996年發(fā)布第一版OPC標(biāo)準(zhǔn)。由于OPC標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，不同版本分別是基于微軟的OLE (現(xiàn)在的ActiveX) 、COM (部件對象模型) 和DCOM (分布式部件對象模型) 技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，對象是用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)使得基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用之間建立了橋梁。由于OPC基于Windows的特點，OPC逐漸被引入到樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中，相比OPC的前輩DDE(上海金茂大廈的樓宇自控系統(tǒng)曾采用此技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成)，OPC表現(xiàn)出了提升通訊速率、集成性、運行可靠性等優(yōu)勢。

Web Service是基于內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊化組件，它執(zhí)行特定的任務(wù)，遵守HTTP技術(shù)規(guī)范，HTTP規(guī)范使得Web Service能與其他兼容的組件進(jìn)行互操作；它是由微軟、IBM、Sun、Software AG、Oracle等公司于2001年共同開發(fā)出來的。Web Services 主要利用 HTTP (超文本傳輸協(xié)議) 和 SOAP 協(xié)議 (簡單對象訪問協(xié)議) 使數(shù)據(jù)在內(nèi)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，Web Services客戶端利用SOAP協(xié)議，通過 HTTP 獲取服務(wù)端對象并執(zhí)行遠(yuǎn)程功能的調(diào)用。相比Web Services的前身IIOP (互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部對象請求代理協(xié)議) ，由于Web Services具備通用標(biāo)準(zhǔn)模塊化組件的優(yōu)勢，解決了IIOP模型都依賴于特殊對象模型的弊端。

從OPC的架構(gòu)上分析，OPC在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用集中在內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，將以太網(wǎng)作為物理媒介，通過OPC定制接口，對第三方OPC接口設(shè)備(OPC服務(wù)器端) 進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，圖1所示為樓宇自控系統(tǒng)中OPC通信的基本架構(gòu)，前提是OPC服務(wù)器或OPC客戶端都須具備OPC驅(qū)動接口。此外，由于OPC的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)包往往會被防火墻過濾，因而若要從互聯(lián)網(wǎng)端的OPC服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)變得異常困難。在樓宇自控領(lǐng)域，樓宇自控系統(tǒng)幾大制造廠商(如施耐德電氣、霍尼韋爾樓宇、西門子樓宇或江森自控等)都會在其軟件配置中預(yù)裝OPC驅(qū)動，這方便了樓宇自控系統(tǒng)通過OPC方式獲取內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或由樓宇自控系統(tǒng)向某些集成平臺提供數(shù)據(jù)。在樓宇自控系統(tǒng)的工程實踐中，由于OPC版本的不同或其他原因，可能需要進(jìn)行二次開發(fā)，而OPC的二次開發(fā)比較復(fù)雜和繁瑣，并且需要通過反復(fù)調(diào)試和穩(wěn)定性運行測試，一般的樓宇自控工程師不具備這樣的開發(fā)能力。因此，一般會把開發(fā)任務(wù)承包給專業(yè)的軟件開發(fā)公司完成，因而開發(fā)周期較長和開發(fā)費用高是樓宇自控系統(tǒng)供應(yīng)商不得不面對的問題。此外，樓宇自控系統(tǒng)工程實踐中還會面對一個OPC繁瑣配置的問題，我們?？吹揭恍┑谌较到y(tǒng)會安裝在樓宇自控系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)，比如門禁系統(tǒng)、停車場系統(tǒng)等與樓宇自控系統(tǒng)運行在同一臺服務(wù)器電腦，其中一個重要原因就是由于OPC的網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜，若OPC服務(wù)端與OPC客戶端在同一臺電腦內(nèi)，就能省去網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜過程，雖然兩個或多個系統(tǒng)并存在一個服務(wù)器電腦不盡合理，但我們往往會看到這樣妥協(xié)的項目。

從Web Services的架構(gòu)上看，Web Services既可以應(yīng)用在內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，也可以應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。圖2描述了Web Services通過HTTP協(xié)議的子協(xié)議SOAP，以XML為數(shù)據(jù)格式與第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于HTTP及XML是使用最為普遍的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，除互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站外，現(xiàn)在越來越多的系統(tǒng)或設(shè)備開始支持Web Services，比如施耐德電氣的BMS企業(yè)級服務(wù)器和BMS樓宇級服務(wù)器均支持Web Services通訊方式。在樓宇自控系統(tǒng)的應(yīng)用上，Web Services可以將數(shù)據(jù)交換變得簡單，并且可以將樓宇自控系統(tǒng)的觸角從內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)向外延伸到整個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，例如一個具備該自控系統(tǒng)的樓宇，它的外墻照明和戶外照明除了要根據(jù)樓宇業(yè)主的要求進(jìn)行控制外，同時需要按照市容管理委員會的城市夜景照明要求進(jìn)行控制，這涉及樓宇自控系統(tǒng)與內(nèi)網(wǎng)以外的第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以前的實現(xiàn)方式極為困難，若通過Web Services方式，將變得輕而易舉。

圖1　OPC通信的基本架構(gòu)

圖2　與第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

3　OPC及Web Services的技術(shù)對比

筆者嘗試以樓宇自控系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境為基礎(chǔ)，將OPC與Web Services進(jìn)行相應(yīng)的對比，具體參考表1。從各個對比項來看，相比目前在樓宇自控系統(tǒng)中應(yīng)用的OPC來說，Web Services顯得更加開放、靈活，降低了開發(fā)難度和成本。

4　OPC及Web Services技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

從目前的IT趨勢看（按照馬云的理念，未來的IT技術(shù)將更趨向于DT，即數(shù)據(jù)技術(shù)），大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、IPv6、云技術(shù)等概念已成為趨勢。大數(shù)據(jù)的獲取和分析將使未來的世界變得越來越智能；IPv6的應(yīng)用將使未來每個設(shè)備具備獨立通訊能力成為可能，曾有業(yè)內(nèi)人士比喻說IPv6將使世界上每粒砂子擁有唯一的IP地址，同時IPv6的應(yīng)用將奠定未來真正大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)。相應(yīng)地，樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)在IP層面(內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))的數(shù)據(jù)交互會變得越來越普遍，將成為基本需求和功能。

再回過頭來看看OPC技術(shù)，OPC最新的版本是UA版本，可以向下兼容以往OPC版本的設(shè)備和系統(tǒng)，并且具備XML DA(XML格式的數(shù)據(jù)獲取)服務(wù)功能，即借用Web Services和SOAP協(xié)議并以XML格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。OPC UA通過這種向Web Services借殼的方式實現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，并在此基礎(chǔ)之上使互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換變?yōu)榭赡堋Ｎ覀円惨逦乜吹?，采用OPC數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用場合主要集中在工業(yè)制造行業(yè)，大量的工業(yè)設(shè)備或系統(tǒng)直接支持OPC通訊，相信OPC UA版本以及未來的OPC版本必將把工業(yè)制造行業(yè)的數(shù)據(jù)交互延伸到互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

表1　OPC與Web Services技術(shù)對比注：①也有應(yīng)用在UNIX或Linux平臺的OPC案例，但開發(fā)難度非常大。而且樓宇自控系統(tǒng)基本都是采用Windows平臺，所以UNIX或者Linux的OPC應(yīng)用在樓宇自控系統(tǒng)實際項目中未被采用過。②最新的OPC版本是OPC UA(即OPC統(tǒng)一架構(gòu)版本)，已采用Windows的.NET作為OPC的應(yīng)用框架，而上一代的OPC版本采用的是Windows DCOM框架；但在樓宇自控系統(tǒng)的項目實踐中，無論是樓宇自控系統(tǒng)供應(yīng)商還是第三方系統(tǒng)供應(yīng)商，仍在現(xiàn)有項目中沿用上一代的Windows DCOM的框架。筆者認(rèn)為，在樓宇自控系統(tǒng)中采用OPC最新版本的可能性很小。③若樓宇自控系統(tǒng)通過OPC方式從第三方系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，則需要在樓宇自控系統(tǒng)的電腦的OPC程序中輸入第三方系統(tǒng)電腦的管理員權(quán)限密碼，這可能對第三方系統(tǒng)的安全形成風(fēng)險。

那么樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換模式，究竟是OPC技術(shù)還是Web Services技術(shù)更加適合未來的趨勢呢？目前，雖然絕大多數(shù)項目的樓宇自控系統(tǒng)還是局限在建筑的內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，但在可以預(yù)見的未來，可能只需3～5年的時間，樓宇自控系統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將成為普遍應(yīng)用。筆者認(rèn)為，當(dāng)前的OPC UA版本與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接以及數(shù)據(jù)交換是采用Web Services技術(shù)，未來的OPC的版本也將沿用這種方式實現(xiàn)OPC的互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接；如果是這樣，樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的集成或數(shù)據(jù)交互為什么還要采用OPC作為中間協(xié)議？直接采用Web Services技術(shù)將使得樓宇自控系統(tǒng)的集成或數(shù)據(jù)交換更加高效和便利。

5　結(jié)束語

Web Services相比OPC來說更加適合成為樓宇自控系統(tǒng)未來系統(tǒng)集成的技術(shù)趨勢，而且無論在內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)還是在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，Web Services的數(shù)據(jù)交換方式將成為主要的系統(tǒng)集成模式?？梢灶A(yù)見，由于Web Services的應(yīng)用，樓宇自控系統(tǒng)將輕松地轉(zhuǎn)變成為BMS系統(tǒng) (樓宇管理系統(tǒng))，通過內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與其他第三方系統(tǒng)的集成變得更加簡易；進(jìn)一步地，將BMS轉(zhuǎn)變?yōu)閕BMS系統(tǒng) (智能樓宇管理系統(tǒng))也變得易于現(xiàn)實。由于Web Services的應(yīng)用，樓宇自控系統(tǒng)將正真實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互，并利用互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺上的大數(shù)據(jù)或云技術(shù)，使樓宇的運營更加高效，更加節(jié)能。

Brief Analysis of OPC and Web Services Application in Future Building Automation System

LIU Ye
（Schneider Electric (China) Co., Ltd. Eco&Buildings Business Competency Center）

This article describes the current status of OPC and Web Services technology in the integration application between Building Automation System and third party system. And analyzes future trend of Building Automation System integration technology.

樓宇自控系統(tǒng)；第三方系統(tǒng)集成；OPC

building automation system; third party integration; OPC