「天地和兴」技术分享：工业控制协议介绍之OPC协议
发布时间：
2018-06-12
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OPC全称是OLE for Process Control，即用于过程控制的OLE，是针对现场控制系统的一个工业标准接口，是工业控制和生产自动化领域中使用的硬件和软件的接口标准。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包括自动化应用中使用的一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。提供工业自动化系统中独立单元之间标准化的互联互通,顺应了自动化系统向开放、互操作、网络化、标准化方向发展的趋势。
OPC体系结构
OPC 规范中，对 OPC 的体系结构做了详细说明。
OPC规范包括：OPC数据访问规范、OPC报警和事件规范、OPC数据交换规范、OPC历史数据访问规范、OPC批处理规范、OPC安全性规范、OPCXML规范。现在成熟并发布的OPC规范主要包括数据存取规范、报警和事件处理规范以及历史数据存取规范。
基于OPC的软件结构如图：
像所有的COM实现一样，OPC的结构是客户机服务器模式。各个OPC客户程序通过OPC标准接口对各OPC服务器管理的设备进行操作，而不需关心服务器的实现细节及设备内部的具体细节。OPC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逻辑对象模型
应用程序与OPC服务器之间必须有OPC接口，OPC规范提供了两套标准接口：Custom标准接口和OLE自动化标准接口。通常在系统设计中采用OLE自动化标准接口。
OLE自动化标准接口定义了以下三层接口，依次呈包含关系：
OPCServer：OPC启动服务器，获得其他对象和服务的起始类，并用于返回OPC Group类对象;
OPCGroup：存储由若干OPC Item组成的Group信息，并用于返回OPC Item类对象。
OPCItem：存储具体Item 的定义、数据值、状态值等信息。
3.1 OPC服务器对象
OPC 服务器对象是 OPC 服务器开发的核心内容，其中IOPCServer 又是OPC服务器对象的主要实现接口。
IOPCServer实现对 OPC 组的管理，包括 OPC组的创建、删除、显示所有连接到当前服务器的组以及根据输入的组名得到组等功能。这些功能的实现由特定的函数实现。
IOPCCommon接口是 OPC 数据访问服务器、 OPC报警与事件服务器等服务器共同支持的接口，它提供设置与查询 LocaleID 的能力，通过 LocaleID在组定义时的使用，可以让不同 LCID 的客户应用程序的操作不会相互影响。
IOPCItemProperties接口主要是提供给客户应用程序浏览具有 ITEMID 的属性以及读取这些属性的当前值。
3.2 OPC组对象
主要功能：管理OPC Group对象的内部状态信息、创建和管理Items对象、OPC服务器内部的实时数据存取服务(同步与异步方式)。
IOPCItemMgt接口让客户应用程序在一个组中创建、删除和控制项对象，它是OPC 组对象管理项的接口。例如设置OPC 项的活动状态和数据类型等属性。
IOPCSyncIO接口进行同步读写操作。
IOPCAsyncIO接口进行异步读写操作。
IOPCAsyncIO2是 OPC 2.0 版中替代 IOPCAsyncIO的异步操作接口，它与连接点接口配合使用，提高了数据通信的效率。
IDataObject接口在 OPC 1.0 版本中是 OPC服务器的必要接口，它是以OPCGroup 为操作对象，而不直接对标签进行操作。
IConnectionPointContainer接口与服务器对象的同名接口功能不同。在组对象中它完成的是与 IDataObject 接口相似的功能，而在服务器对象中，连接点容器接口提供访问关机事件的连接点。
3.3 OPC项对象
用来描述实时数据，代表了与服务器数据源的连接，而不是数据源。一个项不能被OPC客户端访问，因此在OPC规范中没有对应于项的COM接口，所有对项的访问都需要通过OPC Group对象来实现。
item属性包括：
name：项的名称，在服务器对应于Item ID。
active：项的激活状态。
value：项的数据值。
quality：项的品质，代表数值的可信度。
Timestamp：时间戳，代表数据的存取时间。
下面的表中列出了Item的数据类型(VARTYPE)
OPC通信
OPC通信机制包括下面三种：
1. 同步通信：OPC客户端对OPC服务端进行读取操作时，OPC客 户端必须等到OPC服务器端完成对应操作后才能返回，在此期间 OPC客户端处于一直等待的状态。
2. 异步通信：OPC客户端对OPC服务器端进行读取操作时，OPC客户端发送请求后立即返回，不用等待服务器端，当OPC服务器端完成操作后再通知客户端程序。
3. 订阅：需要服务器端支持OPC A&E规范，由客户端设定数据的变化限度，如果数据源的实时数据变化超过了该限度，服务器则通过回调返回数据给客户端。
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