OPC(OLE for Process Control, 用于過程控制的OLE)是一個工業(yè)標準，管理這個標準國際組織是OPC基金會，OPC基金會現(xiàn)有會員已超過220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)的公司。
基于微軟的OLE(現(xiàn)在的Active X)、COM (部件對象模型)和DCOM (分布式部件對象模型)技術。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。
OPC全稱是OLE for Process Control，它的出現(xiàn)為基于Windows的應用程序和現(xiàn)場過程控制應用建立了橋梁。在過去，為了存取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)信息，每一個應用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設備的種類繁多，且產品的不斷升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負擔。通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設備驅動程序。在這種情況下，OPC標準應運而生。OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成的，在OPC技術中使用的是OLE 2技術，OLE標準允許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。
COM是Component Object Model的縮寫，是所有OLE機制的基礎。COM是一種為了實現(xiàn)與編程語言無關的對象而制定的標準，該標準將Windows下的對象定義為獨立單元，可不受程序限制地訪問這些單元。這種標準可以使兩個應用程序通過對象化接口通訊，而不需要知道對方是如何創(chuàng)建的。例如，用戶可以使用C++語言創(chuàng)建一個Windows對象，它支持一個接口，通過該接口，用戶可以訪問該對象提供的各種功能，用戶可以使用Visual Basic，C，Pascal，Smalltalk或其它語言編寫對象訪問程序。在Windows NT4.0操作系統(tǒng)下，COM規(guī)范擴展到可訪問本機以外的其它對象，一個應用程序所使用的對象可分布在網絡上，COM的這個擴展被稱為DCOM（Distributed COM）。
通過DCOM技術和OPC標準，完全可以創(chuàng)建一個開放的、可互操作的控制系統(tǒng)軟件。OPC采用客戶/服務器模式，把開發(fā)訪問接口的任務放在硬件生產廠家或第三方廠家，以OPC服務器的形式提供給用戶，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開放性和可互操作性。
OPC服務器通常支持兩種類型的訪問接口，它們分別為不同的編程語言環(huán)境提供訪問機制。這兩種接口是：自動化接口（Automation interface）；自定義接口（Custom interface）。自動化接口通常是為基于腳本編程語言而定義的標準接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等編程語言開發(fā)OPC服務器的客戶應用。而自定義接口是專門為C++等高級編程語言而制定的標準接口。OPC現(xiàn)已成為工業(yè)界系統(tǒng)互聯(lián)的缺省方案，為工業(yè)監(jiān)控編程帶來了便利，用戶不用為通訊協(xié)議的難題而苦惱。任何一家自動化軟件解決方案的提供者，如果它不能全方位地支持OPC，則必將被歷史所淘汰。
OPC技術規(guī)范
由OPC Task Force制定的OPC(OLE for Process Control)規(guī)范于1996年8月正式誕生了，隨著1997年2月Microsoft公司推出Windows95支持的DCOM技術，1997年9月新成立的OPC Foundation對OPC規(guī)范進行修改，增加了數(shù)據(jù)訪問等一些標準，OPC規(guī)范得到了進一步的完善。
“OPC 基于Microsoft公司的 Distributed interNet Application (DNA) 構架和 Component Object Model (COM) 技術的，根據(jù)易于擴展性而設計的。OPC規(guī)范定義了一個工業(yè)標準接口，這個標準使得COM技術適用于過程控制和制造自動化等應用領域。”O(jiān)PC 基礎委員會主席Dave Rehbein是這樣描述的
OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準。OLE/COM是一種客戶/服務器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。
應用程序與OPC服務器之間必須有OPC接口，OPC規(guī)范提供了兩套標準接口：Custom標準接口，OLE自動化標準接口。通常在系統(tǒng)設計中采用OLE自動化標準接口。
OLE自動化標準接口，及采用OLE自動化技術進行調用，其技術為上節(jié)所述的OLE自動化技術。OLE自動化標準接口定義了以下三層接口，依次呈包含關系。
OPC Server：OPC啟動服務器，獲得其他對象和服務的起始類，并用于返回OPC Group類對象；
OPC Group：存儲由若干OPC Item組成的Group信息，并用于返回OPC Item類對象。
OPC Item：存儲具體Item 的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。
由于OPC規(guī)范基于OLE/COM技術，同時OLE/COM的擴展遠程OLE自動化與DCOM技術支持TCP/IP等多種網絡協(xié)議，因此可以將OPC客戶、服務器在物理上分開，分布于網絡不同節(jié)點上。
OPC規(guī)范可以應用在許多應用程序中，如它們可以應用于從SCADA 或者DCS系統(tǒng)的物理設備中獲取原始數(shù)據(jù)的最低層，它們同樣可以應用于從SCADA 或者DCS系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)到應用程序中。實際上，OPC設計的目的就是從網絡上某節(jié)點獲取數(shù)據(jù)。圖4.2.2OPC的客戶/服務器關系圖同樣描述了OPC在SCADA系統(tǒng)的應用。
OPC技術規(guī)范設計系統(tǒng)
在進行新型微機遠動系統(tǒng)的研制中，各個計算機以及各個模塊的數(shù)據(jù)交換應該按照OPC規(guī)范進行。這樣做有以下好處：
OPC規(guī)范以OLE/DCOM為技術基礎，而OLE/DCOM支持TCP/IP等網絡協(xié)議，因此可以將各個子系統(tǒng)從物理上分開，分布于網絡的不同節(jié)點上。
OPC按照面向對象的原則，將一個應用程序（OPC服務器）作為一個對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面，客戶以統(tǒng)一的方式去調用這個方法，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。
OPC實現(xiàn)了遠程調用，使得應用程序的分布與系統(tǒng)硬件的分布無關，便于系統(tǒng)硬件配置以及，使得系統(tǒng)的應用范圍更廣。
采用OPC規(guī)范，便于系統(tǒng)的組態(tài)化，將系統(tǒng)復雜性大大簡化，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件運行的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)的升級與維護。
OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性，易于實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的接口。
OPC技術的應用
由于OPC技術的采用，使得可以以更簡單的系統(tǒng)結構、更長的壽命、更低的價格解決工業(yè)控制成為可能。同時現(xiàn)場設備與系統(tǒng)的連接也更加簡單、靈活、方便。因此OPC技術在國內的工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用，主要應用領域如下：
1）數(shù)據(jù)采集技術。OPC技術通常在數(shù)據(jù)采集軟件中廣泛應用。現(xiàn)在眾多硬件廠商提供的產品均帶有標準的OPC接口，OPC實現(xiàn)了應用程序和工業(yè)控制設備之間高效、靈活的數(shù)據(jù)讀寫，可以編制符合標準OPC接口的客戶端應用軟件完成數(shù)據(jù)的采集任務。
2）歷史數(shù)據(jù)訪問。OPC提供了讀取存儲在過程數(shù)據(jù)存檔文件、數(shù)據(jù)庫或遠程終端設備中的歷史數(shù)據(jù)以及對其操作、編輯的方法。
3）報警和事件處理。OPC提供了OPC服務器發(fā)生異常時，以及OPC服務器設定事件到來時向OPC客戶發(fā)送通知的一種機制，通過使用OPC技術，能夠更好的捕捉控制過程中的各種報警和事件并給予相應的處理。
4）數(shù)據(jù)冗余技術。工控軟件開發(fā)中，冗余技術是一項最為重要的技術，它是系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的保障。OPC技術的使用可以更加方便的實現(xiàn)軟件冗余，而且具有較好的開放性和可互操作性。
5）遠程數(shù)據(jù)訪問。借助Microsoft的DCOM（分散式組件對象模型）技術，OPC實現(xiàn)了高性能的遠程數(shù)據(jù)訪問能力，從而使得工業(yè)控制軟件之間的數(shù)據(jù)交換更加方便。
OPC技術在工業(yè)控制領域應用中的作用
OPC技術對工業(yè)控制系統(tǒng)的影響及應用是基礎性和革命性的，簡單地說，它的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
首先，OPC解決了設備驅動程序開發(fā)中的異構問題。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，用戶需求的不斷提高，以DCS（集散控制系統(tǒng)）為主體的工業(yè)控制系統(tǒng)功能日趨強大，結構日益復雜，規(guī)模也越來越大，一套工業(yè)控制系統(tǒng)往往選用了幾家甚至十幾家不同公司的控制設備或系統(tǒng)集成一個大的系統(tǒng)，但由于缺乏統(tǒng)一的標準，開發(fā)商必須對系統(tǒng)的每一種設備都編寫相應的驅動程序，而且，當硬件設備升級、修改時，驅動程序也必須跟隨修改。同時，一個系統(tǒng)中如果運行不同公司的控制軟件，也存在著互沖突的風險。
有了OPC后，由于有了統(tǒng)一的接口標準，硬件廠商只需提供一套符合OPC技術的程序，軟件開發(fā)人員也只需編寫一個接口，而用戶可以方便地進行設備的選型和功能的擴充，只要它們提供了OPC支持，所有的數(shù)據(jù)交換都通過OPC接口進行，而不論連接的控制系統(tǒng)或設備是哪個具體廠商提供。
其次，OPC解決了現(xiàn)場總線系統(tǒng)中異構網段之間數(shù)據(jù)交換的問題。現(xiàn)場總線系統(tǒng)仍然存在多種總線并存的局面，因此系統(tǒng)集成和異構控制網段之間的數(shù)據(jù)交換面臨許多困難。有了OPC作為異構網段集成的中間件，只要每個總線段提供各自的OPC服務器，任一OPC客戶端軟件都可以通過一致的OPC接口訪問這些OPC服務器，從而獲取各個總線段的數(shù)據(jù)， 并可以很好地實現(xiàn)異構總線段之間的數(shù)據(jù)交互。而且，當其中某個總線的協(xié)議版本做了升級，也只需對相對應總線的程序作升級修改。
第三，OPC可作為訪問專有數(shù)據(jù)庫的中間件。實際應用中，許多控制軟件都采用專有的實時數(shù)據(jù)庫或歷史數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫由控制軟件的開發(fā)商自主開發(fā)。對這類數(shù)據(jù)庫的訪問不像訪問通用數(shù)據(jù)庫那么容易，只能通過調用開發(fā)商提供的API函數(shù)或其它特殊的方式。然而不同開發(fā)商提供的API函數(shù)是不一樣的，這就帶來和硬件驅動器開發(fā)類似的問題：要訪問不同監(jiān)控軟件的專有數(shù)據(jù)庫，必須編寫不同的代碼，這樣顯然十分繁瑣。采用OPC則能有效解決這個問題，只要專有數(shù)據(jù)庫的開發(fā)商在提供數(shù)據(jù)庫的同時也能提供一個訪問該數(shù)據(jù)庫的OPC服務器，那么當用戶要訪問時只需按照OPC規(guī)范的要求編寫OPC客戶端程序而無需了解該專有數(shù)據(jù)庫特定的接口要求。
第四，OPC便于集成不同的數(shù)據(jù)，為控制系統(tǒng)向管理系統(tǒng)升級提供了方便。當前控制系統(tǒng)的趨勢之一就是網絡化，控制系統(tǒng)內部采用網絡技術，控制系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間也網絡連接，組成更大的系統(tǒng)，而且，整個控制系統(tǒng)與企業(yè)的管理系統(tǒng)也網絡連接，控制系統(tǒng)只是整個企業(yè)網的一個子網。在實現(xiàn)這樣的企業(yè)網絡過程中，OPC也能夠發(fā)揮重要作用。在企業(yè)的信息集成，包括現(xiàn)場設備與監(jiān)控系統(tǒng)之間、監(jiān)控系統(tǒng)內部各組件之間、監(jiān)控系統(tǒng)與企業(yè)管理系統(tǒng)之間以及監(jiān)控系統(tǒng)與Internet之間的信息集成，OPC作為連接件，按一套標準的COM對象、方法和屬性，提供了方便的信息流通和交換。無論是管理系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)，無論是PLC（可編程控制器）還是DCS，或者是FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)），都可以通過OPC快速可靠的彼此交換信息。換句話說，OPC是整個企業(yè)網絡的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，所以，OPC提升了控制系統(tǒng)的功能，增強了網絡的功能，提高了企業(yè)管理的水平。
最后，OPC使控制軟件能夠與硬件分別設計、生產和發(fā)展，并有利于獨立的第三方軟件供應商產生與發(fā)展，從而形成新的社會分工，有更多的競爭機制，為社會提供更多更好的產品。
OPC作為一項逐漸成型的技術已得到國內外廠商的高度重視，許多公司都在原來產品的基礎上增加了對OPC的支持。由于統(tǒng)一了數(shù)據(jù)訪問的接口，使控制系統(tǒng)進一步走向開放，實現(xiàn)信息的集成和共享，用戶能夠得到更多的方便。OPC技術改變了原有的控制系統(tǒng)模式，給國內系統(tǒng)生產廠商提出了一個發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)，符合OPC規(guī)范的軟、硬件也已被廣泛應用，給工業(yè)自動化領域帶來了勃勃生機。
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