opc接口技术说明

OPC接口技术
谈英姿
tanyz@
东南大学自控系工业自动化教研室
Assessment Common What is the objective of OPC ?
On which technology does OPC rely ?
What is an OPC Server ?
Which are the main OPC specifications ?
What are the components of the OPC DA Automation Interface ?
How does an automation platform use the OPC interfaces ?
内容提要•概述
•OPC基本原理
•OPC自定义接口
HMI/SCADA HMI/SCADA Data Acquisition 工程部门产品制造测试／质管部门
维护部门Windows NT
业务部门
Internet/Ethernet
OPC
DeviceNet
F OUNDATON
PROFIBUS Ethernet
Windows NT OPC
数据采集PLC N N N
分布式 I/O N N N 数据采集
运动控制可视监控
Measurement -Pressure -Temp -Flow -Level Valves Positioners PID Control Fieldbus
System
FieldPoint
System PLC System
OPC Client OPC Server
OPC Client OPC Client
OPC Server OPC Server HMI Excel Internet
SCADA
HMI SCADA N N N
N N N
N N N
为什么需要OPC
Software Driver
Software
Driver Software
Driver
Software
Driver
Display Application
Trend
Application
Report
Application
OPC 的解决方案
Software
Driver Software Driver
Software Driver Software Driver OPC
OPC OPC OPC Display
Application
Trend Application Report Application OPC OPC OPC
概述
•OLE for Process Control
(Object linking and embedding)
now: Open Process Control
Openess Productivity and Conectivity •OPC（用于过程控制的OLE）是一个工业标准。

•OPC由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软（Microsoft）紧密合作而建立的。

•OPC定义了应用Microsoft操作系统在基于PC 的客
户机之间交换自动化实时数据的方法。

•管理这个标准的国际组织是OPC基金会。

OPC的宗旨
•OPC的宗旨是在Microsoft COM、DCOM和Active X技术的功能规程基础
上开发一个开放的和互操作的接口标准。

•这个标准的目标是促使自动化/控制应用、现场系统/设备和商业/办公室应用之间
具有更强大的互操作能力。

Before OPC
ABB PLCs Télémécanique
PLCs Siemens PLCs
MasterBus MMS driver XWAY
driver
Profinet
driver
visualization
history
data
base
With OPC: ABB Operator Workplace Connection
ABB AC800M
Télémécanique TSX
Siemens S7 AC800M
OPC server
Schneider
OPC server
Siemens
OPC server
Operator IT
application software is written independently from the type of controller
Historian
(Information
Manager) MMS XWAY ProfiNet
the drivers still exist,
but the clients do not
see them anymore
OPC技术基础
•OPC技术基于微软的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。

•Active X/COM技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。

•不论过程中采用什么软件或设备，OPC为多种多样的过程控制设备之间进行通信提供了公用的接口。

OPC 技术基础构成
Transport (TCP-IP, UDP, Queued)
ActiveX
(Distributed) Component Object Model
(COM / DCOM)
Object Linking and Embedding (OLE)Ethernet OLE for Process Control (OPC)only between nodes
OPC基金会
•管理OPC标准的组织是OPC基金会。

其前身由一个Fisher-Rosemount、Rockwell Software、Siemens、Opto22、Intellution和Intuitive Technology等著名大公司组成专门的工作组，仅仅用了短短的一年时间便开发出一个基本的可运行的OPC技术规范。

在1996年8月发布了简化的、一步到位的解决方案。

OPC基金会
•OPC基金会的工作比其他许多标准化集团能够更高速运转。

原因十分简单，只是由于OPC是建立在已普遍使用的Mricrosoft标准基础上。

而其他标准化集团必经完全从最基本开始定义标准，因此在其工作范围内达成一致的意见往往是费时费力，自然其工作效率是不能和OPC 基金会比拟的。

•Micosoft是OPC基金会的一个成员，已给予OPC基金会强有力的支持。

但Microsoft在OPC中的作用主要在于其强大的后援支持，而让具有丰富的行业经验的成员公司指导OPC基金会的工作。

OPC基金会组织结构
OPC 中国基金会
•OPC 中国基金会的宗旨是在中国推广OPC ，以消除中国与其它发达国家的信息差距。

•通过定期召开中国基金会会员大会、制定相应的规章制度，同时针对中国市场建立相应的市场营销体系，提供培训、信息以及展会的组织，以进一步加强各会员的利益，以本地化的形式加强与OPC 基金会的联系。

•http://www.http://www.opcchina opcchina /
.org/
OPC 特性
•任何客户机都可以与服务器连接
即插即用的互操作性是其目标
•该标准已被公开并出版\
•OPC 基金会是管理此工业标准的组织\•灵活性 接纳所有类型的客户机及服务器\•高效性 优化快速传输数据\
•可以支持所有编程语言\
C, C++, VB, Java, HTML, DHTML \•可利用Internet\
OPC as a hub
source: Siemens
WinCC
OPC connection to databases Tools allow to build an OPC DA interface to any ODBC - equipped database.
The database internal structure (exposed through queries) is reflected as a hierarchy of OPC items.
This allows to give a unified access to simple items.
application
(OPC client)
OPC server
ODBC
DB
OPC for internal communication: AIP as example
AIP
aspects
AC800M OPC server
Schneider
OPC server
Siemens
OPC server
Asset Optimizer
Enterprise
Historian aspects
OPC client
OPC server
aspect
directory
OPC
connections
aspects
aspects
ERP OPC Connection to ERP OPC Connection to
Direct and Direct and Fieldbus Fieldbus Fieldbus access
access (local)OPC server
client application (OPC client)
fieldbus
(local)OPC server FB Manager fieldbus PLC
FB agent fieldbus PLC
FB agent direct connection
fieldbus fieldbus connection
connection can also be a point-to-point link
client application
(OPC client)
proprieta
ry protocol
The OPC server is running all the time , as soon as at least one client is present
I/O devices
clients and servers run as parallel processes
Accessing a server in another node
TCP/IP
stub DCOM TCP/IP OPC server DCOM TCP/IP OPC server
DCOM FB Manager fieldbus
DCOM
client application (OPC client)
Limitation :
does not work over firewalls .Solution :
OPC XML (see later )
COM/DCOM across multiple nodes
OPC server
for for BrandY
BrandY application 1(OPC client)
Fieldbus
Y
Fieldbu Fieldbus
s X
drivers
OPC server for for BrandX
BrandX OPC server for simulation panel
application 2(OPC client)OPC server
for for BrandZ
BrandZ TCP /IP
TCP /IP input / output to plant
Ethernet
app3node 1
connectivity node
OPC基本原理•通用OPC结构及组成
•对象及接口概述
•必需的接口定义
•可选的接口定义
•服务器地址空间及配置
•时间同步与顺序发送机制
•永久存储机制
•EnumOPC对象属性条目
通用OPC结构及组成•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
•OPC XML规范
OPC标准的发展历史
标准版本内容
Data Access 3.0,2.0,1.0数据访问规范
Alarms and Events 1.10,1.00报警和事件规范Historical Data Access 1.0历史数据存取规范Batch 2.0,1.0批量过程规范Security 1.0安全性规范Compliance 2.00.2数据访问标准的测试工具OPC XML 1.00,0.18过程数据的XML 规范
OPC eXchange 1.0数据交换规范OPC Commands 正在开发命令规范
OPC Common I/O 正在开发公共I/O规范OPC Complex Data 正在开发复杂数据规范
OPC Data Access
OPC
Alarms & Events
OPC
HDA
history
data base
OPC
Batch
batch
system
OPC
DX
OPC
UA
Unified Architecture规范
OPC数据访问规范
OPC DA 的适用领域
底层传感器往往使用专用接口和协议
Device Specific I/O Control Data Monitor Sub-System
OPC
OPC (通过DCOM)可以
使用在各个子系统与
管理终端之间
OPC 处于数据监视应用程序
和专用的IO 驱动软件之间
OPC数据访问规范特点
•基于COM 技术技术
•灵活支持多类应用程序支持多类应用•高效与可扩展性支持大型应用程序支•高性能支持网络操作支持网络操作•易于理解易于理解
•被广泛接受被广泛接受
OPC DA 能提供那类数据？•传感器的实时数据：温度、压力和流量•控制参数：打开、关闭、运行和停如•状态信息状态信息
硬件连接状态硬件连接状态
软件和子系统的状态软件和子系统的状态总之， OPC DA 可以提供任何类型数据
OPC DA
•每个OPC DA 服务器是一个独立的对象服一对•OPC DA 服务器提供了到现场数据源的服务供一个窗口窗口”
•数据通过对应的Tag 访问
•(Tag 的定义由生产商和硬件有关生产商有关)•数据可以周期性轮询或单次读写数据可以周期性轮询或单次读写
OPC报警和事件规范
OPC AE
•OPC提供了OPC服务器发生异常时，以及OPC服务器设定事件到来时向OPC客户发送通知的一种机制，通过使用OPC 技术，能够更好的捕捉控制过程中的各种报警和事件并给予相应的处理。

OPC历史数据访问规范•OPC提供了读取存储在过程数据存档文件、数据库或远程终端设备中的历史数据以及对其操作、编辑的方法。

HDA for Historical Data Access .
OPC数据交换规范
•什么是OPC DX? OPC DX?
•将确定穿过以太网的现场总线网络进行服务器到服务器的通信远程组态配置和管理服务远程组态配置和管理服务•延伸OPC DA 标准标准
•OPC DX 将不影响现有的现场总线规将范范
OPC数据交换规范
谁需要OPC DX? OPC DX?
•自动化用户自动化用户
希望有一套开放性的标准有以把各家以太网上的设备和控制器的数据进行交换并予以集成。

并予以集成。

•自动化设备供应商自动化设备供应商期望提供符合开放性工业标准的产品，使之能互操作以及进行数据交换使之能互操作以及进行数据
OPC DX 应用
OPC批处理规范
•OPC Batch 的目的是使异构计算环境下不同的生产控制方案等有效地协同工作.•一个批处理服务器可以从其他OPC数据访问服务器或专用的批处理过程控制软件获得数据.
OPC Batch B ased ased on:
on: IEC 61512-1 Batch Control – Part 1: Models and Terminology Terminology
(ANSI/ISA S88.01 1995) (ANSI/ISA S88.01 1995) ISA-dS88.02-2000 draft 17 of May 2000ISA-dS88.02-2000 draft 17 of May 2000
A llows llows to access:
to access:• equipment capabilities,
• current operating conditions,
• historical historical contents
contents • recipe contents recipe contents Procedure Unit Procedure Operation Phase
consists of an
ordered set of consists of an ordered set of consists of an
ordered set of
OPC安全性规范•OPC 安全性规范提供了一种专门的机制来保护敏感的数据.
•该安全机制是通过在OPC服务器对象上增加IOPCSecruityNT接口和IOPCSecruityPrivate接口来实现的。

OPC XML规范•OPC XML 的应用领域的应用领域
通过Internet实现数据访问实现数据访问
跨平台（非微软）的OPC 应用应用
基于.NET 技术的应用技术的应用•OPC XML 的技术背景的技术背景•OPC DA(数据存取)功能功能
数据订阅数据订阅
数据浏览数据浏览
Web Service Web Service
SOAP( (简单对象访问协议) 访问协议)
OPC XML规范
对象及接口概述•OPC对象
OPC对象有三个：服务器(OPC Server)、组(OPC Group)和项(OPC Item)
•OPC接口
“Automation ” vs. “Custom ” interface OPC Automation
wrapper "Automation " client (Visual Basic , Excel ,…)
custom interface
server "Custom " client (C ++,….)
custom interface server
必需的接口定义•OPC服务器必需的接口有
Iunknown
IOPCServer
IOPCCommer
IConnectionPointContainer。