1 引言
OPC是OLE for Process Control的縮寫，即把OLE應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。OLE原意是對象鏈接與嵌入，隨著OLE2的發(fā)行，其范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這個概念。現(xiàn)在的OLE包容了許多新的特征，如統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)構(gòu)化存儲和自動化，已經(jīng)成為獨立于計算機(jī)語言、操作系統(tǒng)的一種規(guī)范。OPC建立于OLE規(guī)范之上，是過程控制業(yè)中的新興標(biāo)準(zhǔn)，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁[2][3]。
工業(yè)控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場設(shè)備，在OPC出現(xiàn)以前，軟件開發(fā)商需要開發(fā)大量的驅(qū)動程序來連接這些設(shè)備?，F(xiàn)場設(shè)備的種類繁多，而且又有產(chǎn)品的不斷升級，給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。OPC的出現(xiàn)為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，它以O(shè)LE(對象鏈接與嵌入)/COM(組件對象模型)/DCO(分布式組件對象模型)機(jī)制作為應(yīng)用程序級的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用了客戶/服務(wù)器模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以O(shè)PC服務(wù)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。
2 OPC的技術(shù)原理、特點、體系結(jié)構(gòu)
2.1 技術(shù)原理、特點[2][4]
OPC的技術(shù)實現(xiàn)主要包括OPC服務(wù)器和OPC客戶兩部分，其實質(zhì)是在硬件供應(yīng)商和軟件開發(fā)商之間建立一套完整的“規(guī)則”，只要遵循這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對于兩者來說是透明的，硬件開發(fā)商無需考慮應(yīng)用程序的多種需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程。
由圖1可以看出OPC服務(wù)器主要由三類對象組成:Server服務(wù)器、Group組和Item項目。

圖1 OPC服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖

(1) OPCServer對象[1]
這是客戶應(yīng)用最先能夠連接到的COM對象。OPC- Server對象中包含著與Server有關(guān)的信息，同時還充當(dāng)容納OPCGroup對象的“容器”。
(2) OPCGroup對象
接下來一層是OPCGroup對象集合，它負(fù)責(zé)管理和組織OPCItem對象。OPCGroup對象由調(diào)用它的應(yīng)用動態(tài)生成，用于組織和管理位號及其屬性。例如，各個監(jiān)控界面可能分別對應(yīng)了一個OPCGroup對象，該對象負(fù)責(zé)訪問現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并為界面顯示提供數(shù)據(jù)支持。由于用戶可以通過編寫OPC客戶調(diào)用程序來決定OPCGroup的內(nèi)容以及它包含哪些OPCItem對象，因此可以很方便地對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組織。用戶完全按實際的需要重組數(shù)據(jù)項，以便在需要的時候查看需要的數(shù)據(jù)，而不會影響底層的控制系統(tǒng)。
(3) OPCItem對象
從OPCGroup往下就是OPCItem對象集合。每個OPCItem對象提供了與一個現(xiàn)場數(shù)值的連接，即每個OPCItem與一個信號變量對應(yīng)。它用來實現(xiàn)OPC服務(wù)器與實際數(shù)據(jù)的連接。
OPC服務(wù)器對象提供了一種訪問數(shù)據(jù)源的方法,它通過IOPCServer(OPC Server的主接口)、OPCBrower(OPC瀏覽器對象)、IPersistFile(根接口文件)向客戶提供接口。OPC組對象包含在OPC服務(wù)器對象中，并由客戶端定義和維護(hù)，每個服務(wù)器可以包含多個組對象。OPC組對象可以通過IOPCGROUNP增加或刪除OPC項目對象，OPC項目對象包含在OPC組對象中，１個組對象可以包含多個項目對象，它同樣由客戶端定義和維護(hù)。
OPC擴(kuò)展了設(shè)備的概念，只要符合OPC Server的規(guī)范，OPC客戶可與之方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。接口見圖2所示。

圖2 OPC技術(shù)實現(xiàn)接口圖

OPC標(biāo)準(zhǔn)是以Microsoft的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)的，它的制定是通過提供一套標(biāo)準(zhǔn)的OLE/COM完成的。OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)。COM的全稱是Componet Object Model，它主要是提供了一種對象與編程語言無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，即將Windows下的對象定義為獨立單元，可不受限制地訪問這些單元。當(dāng)COM規(guī)范擴(kuò)展到可訪問本機(jī)以外的其它對象，也就是一個應(yīng)用程序的使用對象可分布在網(wǎng)絡(luò)上，COM的這個擴(kuò)展就稱為DCOM(Distributed COM)。通過DCOM技術(shù)和OPC標(biāo)準(zhǔn)，完全可以創(chuàng)建一個開放的、可互操作的控制系統(tǒng)軟件。
由此可見，OPC具有如下特點:
●硬件供應(yīng)商只需提供一套符合OPC Server規(guī)范的程序組，無須考慮工程人員的要求;軟件開發(fā)商無須重寫大量的設(shè)備驅(qū)動程序;工程人員可以有更方便地選擇設(shè)備裝置;
●實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)檢測，方便靈活地讀寫數(shù)據(jù);
●借助Microsoft的DCOM技術(shù)，OPC實現(xiàn)了高性能的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問能力。
2.2 OPC的體系結(jié)構(gòu)[1]
OPC規(guī)范提供了兩套接口方案，即COM接口和自動化接口。COM接口效率高，通過該接口，客戶能夠發(fā)揮OPC服務(wù)器的最佳性能，這是專門為C++等高級編程語言而制定的標(biāo)準(zhǔn)接口。自動化接口使解釋性語言和宏語言可以訪問OPC服務(wù)器，采用VB、Delphi等語言的客戶一般采用自動化接口。自動化接口是解釋性語言和宏語言編寫客戶的程序變得簡單，但是卻犧牲了程序的運行速度。
典型的OPC體系見圖3所示。

圖3 OPC典型體系結(jié)構(gòu)圖

3 OPC技術(shù)在監(jiān)測控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
OPC因為其特點和優(yōu)越性已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中比較廣泛地應(yīng)用了。通常，使用OPC技術(shù)進(jìn)行工業(yè)過程控制中對數(shù)據(jù)的采集。OPC通過數(shù)據(jù)訂閱和數(shù)據(jù)的動態(tài)綁定，為具有數(shù)據(jù)綁定功能的所有ActiveX控件提供數(shù)據(jù)源，用戶可以很方便地觀察到來自O(shè)PC服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)。
圖4是一個OPC在垃圾焚燒系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理監(jiān)控級和現(xiàn)場控制級兩層結(jié)構(gòu)。

圖4 垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計框圖

管理層主要包括工業(yè)控制機(jī)或計算機(jī)、視頻監(jiān)視器等設(shè)備，這些設(shè)備均安裝在中央控制室里。在管理層中，通過組態(tài)王工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)設(shè)計的軟件監(jiān)控平臺，可以實時觀察底層設(shè)備的工作狀況，及時對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障點報警處理、實時保存報表數(shù)據(jù)。同時，在同一計算機(jī)中進(jìn)行算法的程序演算，通過該操作平臺實現(xiàn)對底層設(shè)備的遠(yuǎn)程智能控制。
控制層均主要包括各種硬件設(shè)備，例如PLC控制器、各種測量儀器儀表等。這些硬件均安裝在垃圾焚燒系統(tǒng)的工作現(xiàn)場，對系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。其中，底層硬件設(shè)備采用常用的西門子S7系列的PLC，其中包括S7-200和S7-300系列。
同時，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)(TCP/IP協(xié)議)進(jìn)行管理層和控制層之間的連接，以實現(xiàn)信息和資源的共享，具備完善的控制能力、極高的可靠性和方便靈活的擴(kuò)展能力;系統(tǒng)設(shè)計從工藝流出發(fā)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制?，F(xiàn)場控制級接受生產(chǎn)管理級的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級而運行:若監(jiān)控計算機(jī)出現(xiàn)故障或并沒有投入使用或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，各現(xiàn)場控制站仍繼續(xù)正常工作，對整個工藝過程沒有影響。
在實現(xiàn)控制層與管理層之間的數(shù)據(jù)交換的時候，組態(tài)王這種工業(yè)組態(tài)軟件提供了一種通過建立OPC服務(wù)器的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信方式。故而，在管理層與控制層的通信之間建立了一個OPC服務(wù)器。其簡體框圖如圖5所示。

圖5 管理層-OPC-控制層的通信模式

圖中通過OPC連接了應(yīng)用廣泛的PLC系統(tǒng)，底層設(shè)備信息通過OPC服務(wù)器進(jìn)入上一層的人機(jī)界面。這些系統(tǒng)與最上層的質(zhì)量控制軟件、生產(chǎn)管理軟件和Internet應(yīng)用軟件再通過OPC接口互換信息，從而使信息能夠在各個系統(tǒng)之間充分流動。
如果系統(tǒng)具備OPC的應(yīng)用條件，則當(dāng)現(xiàn)有系統(tǒng)需要添加新設(shè)備時，只需將新設(shè)備接入系統(tǒng)，安裝用于訪問該設(shè)備的OPC服務(wù)器，擴(kuò)展后的系統(tǒng)則可正常工作。新設(shè)備的添加并不影響系統(tǒng)其他部分的運行和使用。
4 結(jié)束語
由上看出，此套關(guān)于垃圾焚燒系統(tǒng)的控制方案基于計算機(jī)技術(shù)的“集中管理，分散控制”模式，數(shù)字化、信息化環(huán)保工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立一個先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過程控制、監(jiān)視和計算機(jī)、調(diào)度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，來實現(xiàn)對整個焚燒過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測與控制，達(dá)到整個生產(chǎn)過程處于安全穩(wěn)定、高效節(jié)能的目標(biāo)。