OPC技術在工業網絡控制系統中的應用

文/楊虎 喬立慧

隨著社會與科技不斷發展進步，為了滿足日漸增長的工業生產發展需要與市場需求，多數企業都在建設或進行設備更新換代時，都會逐漸采用多種自動化系用，但是由于開發商與標準不同的原因導致各設備之間接口不相容，難以實現工業網絡控制系統的正常運行，而OPC技術作為一種工程標準，則能夠有效解決這一問題。

1 OPC接口技術在工業網絡控制中的應用

1.1 OPC服務器對象與接口

在OPC服務器中，其服務對象主要包括以下三類：OPC服務器、OPC組、與OPC項。在這三個對象當中，每一個對象都包含著多個接口，并且在系統中的數據只能夠通過這三個對象中的不同接口來進行訪問。而在OPC服務器運行過程中，客戶程序只需要利用接口直接將其與OPC服務其對象相連，就能夠利用服務器對象中所創造出的指針將所需OPC組對象與客戶程序相連，提供對象數據供客戶程序利用。僅通過管理OPC組便能夠實現對OPC項的管理訪問，既能夠提高信息存取速率，又能夠優化系統管理程序。

OPC自定義接口與OPC自動化接口是OPC服務器最常用的兩種接口，一般使用客戶端程序進行訪問，該客戶端主要采用C/C++等語言進行編寫。在實際的操作工程中，人們更多使用的是自動化接口，這是由于自動化接口配置的連接更加便捷，但是值得注意的是，自動化接口并不是所有OPC服務器都具備的，對于還使用著自定義接口的服務器，要將其進行進一步封裝才能夠轉化成為自動化接口。

1.2 OPC數據訪問服務器

OPC數據訪問服務器、OPC報警和事件服務器、OPC歷史數據訪問服務器以及OPC批量服務器是OPC規范中所規定的幾種服務器。利用控制網絡與VB特點，選擇最基本的OPC服務器就能夠使實際使用需要得到滿足。這幾種服務器都能夠對工業系統實現網絡控制，對諸如溫度、轉速、設備狀態信息等內容進行收集分析，供工作人員參考，并能夠利用服務器對網絡控制系統下達指令，實現對工業系統的實際控制。

1.3 基于OPC技術的控制網絡集成方案設計

以OPC技術為基礎，能夠利用工業以太網實現工業控制網絡集成，因此能夠利用OPC技術搭建起兩級控制網絡的拓撲結構。在該結構中，主要分為四個部分：第一是現場設備層，主要進行現場數據、操作指令、參數以及信號等內容的收發工作，利用OPC服務器在系統與監控平臺間傳遞；第二是數據服務層只要用來存取數據以及實施現場監控；第三是以太網層，主要負責上層通訊工作，使該結構具有良好穩定性以及實時性；第四是監控層，主要實現監控設備與通訊設備的交互。除此以外客戶端也是系統中不可或缺的一部分，是所有活動的發起者。

2 OPC技術在工業以太網中的應用

在此方面的OPC技術設計方案上，OPC服務器利用相應的設備與以太網模塊相連接，再通過專門的開發編程軟件進行配置，在具體的操作過程中要先明確以太網的通訊網絡標準、再配置好工業以太網協議，最后完成OPC對象的設置。而在OPC客戶端程序設計上，可以選用在此領域中使用較多的自定義接口，但是由于此接口的較復雜，其開發周期較長，所以也可以選用VB來開發客戶端，雖然采用VB后，系統效率下降，傳輸速度減慢，但是優勢是其配置簡單，進行開發時只需要懂得VB的基本編寫方法即可，其主要程序有：變量聲明、類模塊建立、創建OPC變量函數、連接OPC服務器對象、添加OPC組對象并在其中添加OPC數據項等。

在以太網的通訊接口實現方面，由于其接口設計是OPC數據存儲服務器用于以太網控制系統的關鍵，且該控制系統不同于普通局域網系統，所以必須從可靠性考慮與實時性兩個角度進行考慮，以保證OPC技術能夠在以太網領域順利運行。就可靠性來說，為降低開發難度，可以利用以太網支持TCP/IP協議的特點，使用SOCKET套接字開發通信程序，在進行具體編程時，主要以有流式套接字和數據報套接字兩種為主，并且兩種形式分別對應面向連接與非面向連接：當采用TCP協議進行面向連接時，由于TCP協議是基于抽象概念所建立的，在進行通訊時需要虛電路的兩個端點共同同意連接才能夠實現通訊且在通訊過程中會將序列進行劃分，所以既能夠有效提高傳輸效率與流量控制效果，又能夠增強數據傳輸的可靠性；當采用UDP協議進行非面向連接時，由于無連接數據報傳輸服務可靠性較低，因此會出現報文丟失、亂序等現象，與面向連接相比實用性較低。就實時性來說，可以從兩方面進行保證：一方面，以太網的結點數目、控制網絡流量等內容是影響數據傳輸的主要因素，因此要對其進行限制，使總線的工作負擔減輕，從而保證實時性；另一方面，可以在OPC數據存儲器中建立專用線程，主要用于客戶程序的請求連接，在出現請求時創建出另外線程完成通信，以此保證數據傳輸實時性。

3 OPC技術在工業網絡控制中的一些其他應用

3.1 構建工業控制系統統一設備控制平臺

目前，計算機技術已經廣泛運用在工業網絡控制系統當中，使工業產業升級發展方面獲得了長足進步，但在產業升級的同時，也對其技術性提出了更為嚴格的要求，工業系統要更加完善才能夠滿足工業發展的需要。DCS作為一種在集中式控制系統的基礎上發展演變而來的集散式控制系統，其各項功能已經得到了逐步的完善，規模也隨著時間的推移而逐漸擴大，但是正因如此，此項系統的結構也越來越復雜，在這些結構即系統組成當中存在個各種各樣不同的程序與硬件設備，此類設備又大多由幾家甚至幾十家廠商分別進行生產，并且由于各個廠商之間缺乏明確的統一生產標準，導致各設備之間、設備硬件與軟件之間難以配套與兼容，使得每種設備上都需要使用不同的驅動程序進行驅動才能夠正常工作。如此混亂的設備標準以及繁復的驅動程序與操作方法都會給控制系統的升級維修以及兼容性帶來巨大麻煩，例如每一次的硬件設備升級，相應的驅動程序也必須進行相應升級才能夠繼續滿足硬件設施的工作需要，并且也會給工業網絡控制系統的安全穩定運行帶來一定風險。但是利用OPC技術，能夠對接口標準進行統一，并在此基礎上，包括硬件設備和軟件開發的各方開發者都能夠通過此項標準進行開發工作，僅利用通用接口便能夠完成復雜的數據交換，擺脫原本繁復的設備連接程序，在各種設備之間建立起一個統一的設備控制平臺，是用戶對于設備的型號選擇與功能擴充更加方便。

3.2 實現異構網段數據有效交換

雖然OPC技術解決了現場總線系統中異構網段之間的數據交換問題，使得各部分之間的互通交流更為方便，但是在現場總線系統中依然存在著多種總線并存的局面，總線標準并未統一，并且由于系統中缺少統一的標準化數據接口，所以存在著集成方面的數據兼容問題以及異構網段之間的數據交換并不通暢的現象。但是通過OPC技術，便可能夠有效實現集成控制系統之間的數據交換，主要是通過將OPC技術作為異構網段中的轉換體來實現。其具體操作表現為：以OPC服務器為基礎，為不同種類的總線進行配置，在OPC服務器這個統一的接口標準下，不同的程序與軟件都能夠對該服務器進行訪問，以此實現不同總線之間的數據交換目的。另外，對于上文中所提到的每一次硬件設施升級、相應的驅動程序也必須要升級以及其他類似情況，利用OPC技術仍然能夠給予有效解決，如對某個總線進行網絡協議升級時，僅通過對相關的總線以及應用程序的相關數據進行些許修改就能夠達到數據繼續互通的效果，簡化了軟硬件升級以及總線升級的工作程序，降低了工作難度。

3.3 為工業網絡系統升級奠定基礎條件

目前網絡技術已經是工業控制系統各程序中間的技術紐帶，而且也是各控制系統之間的溝通橋梁，因此日后工業控制系統的發展方向必然是網絡化，并且能夠將各程序、各系統聯結為一個整體，形成功能更為強大的綜合控制體系。另外，由于網絡的覆蓋性，所以工業網絡控制系統也會同其他功能系統相連接一同成為企業的網絡的子網絡。工業網絡控制系統其實是一種基礎性系統，能夠幫助其他系統實現功能的有效發揮，并且給予一定的補充，實現信息集成。將OPC作為企業網絡數據的統一規范接口，能夠促進企業內各系統之間的融合，提升企業的管理水平與控制水平。

4 總結

總而言之，OPC技術能夠與融入到工業以太網以及一些其他設備與程序之中，使硬件設備性能更加可靠、效率更高，也能夠使軟件的開發周期縮短，將更多的人物財力投入到功能完善當中，有效滿足工業網絡控制系統的相關要求，實現不同系統間的相互聯系、通信以及數據互通，對工業網絡控制系統意義重大。