OPC技术在工业控制系统中的应用研究Word文档格式.docx

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Keywords：

OPC；

OpennessandInteroperability；

OPCDA；

OPCDX

研究课题的提出

从OPC技术的应用和开发来看，OPCDA数据访问规范是核心，在工业控制系统的实际应用也最广泛，应用软件中OPCDA几乎成了必须的接口标准。

基于工业以太网的控制系统己经成为比较流行的趋势，而且OPCDA就做为一种开放的软件技术在系统的集成中获得应用。

本文跟踪OPC的最新技术，提出将OPCDA和OPCDX技术与工业以太网结合的全集成控制系统，不但使得系统的在纵向和横向都能开放集成，而且，改善了采用OPC“中间件”方案中实现异种总线网段之间数据交换的实时性。

总之，本论文课题将致力于OPC内部机制的研究和实现，从而为开发OPC具体应用提供良好的参考价值，促进利用OPC技术实现工业控制信息系统朝着开放的方向的发展。

OPC服务器应该提供有效地与物理设备通讯的方式，以优化不同的客户程序对数据的访问。

对输入（读操作）来说，物理设备返回的数据被缓存，通过同步或异步的方式提供给客户:

对输出（写操作）来说，OPC服务器应该代替客户向物理设备更新数据。

OPC规范包括:

1.OPC数据存取（DataAccess）规范

2.OPC报警与事件（AlarmandEvent）规范

3.OPC历史数据存取（HistoricalDataAccess）规范

4.OPC安全（Security）规范

5.OPC批处理（Batch）规范

6.OPC服务器数据交换（DataeXchange）规范

7.OPC_XML规范

在以往自动化领域的通信技术规范方而，很少有像OPC标准这样一出现就引起了如此强烈的轰动，OPC在今大已经逐步发展成为一个事实上的国际标准。

目前，绝大多数的土控厂家为实现其系统的开放性，其监控软件或DCS,PLC都提供了OPC接口或OPC服务器，使产品具备兼容性和二次开发能力，具备OPC接口已经成为工控厂家提高其产品市场竟争力的一个先进技术手段，不能提供OPC接口的系统必将被历史淘汰。

本课题就是在这个背景下，进行OPC服务器的开发研究，仔细了解了一下OPC的各种规范。

在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上，了解了服务器的注册及实现程序，设计了一个仿真模型试验,并进行了简单的仿真试验，进一步验证了OPC技术的巨大优势。

通过本次设计，使我在巩固原有所学知识以外，又了解了一门当今世界一门前沿的技术，并尝试着进行了初步的探索，使我受益匪浅。

目 

录

要 

I

Abstract 

II

第一章绪论 

1

1.1引言 

1.2工控软件的发展 

1.2.1传统的工业控制系统开发存在的问题 

1.2.2采用OPC技术开发工业控制系统 

2

1.3OPC技术的优点 

3

1.4国内外研究的现状 

4

1.4.1OPC技术在国外的现状 

4

1.4.2OPC技术在国内的研究和应用 

1.5研究课题的提出 

5

第二章OPC规范的内容 

6

2.1概述 

2.2OPC数据存取（DataAccess）规范 

7

2.3OPC报警与事件（AlarmandEvent）规范 

9

2.4OPC历史数据存取（HistoricalDataAccess）规范 

10

2.5OPC安全规范 

2.6OPC批处理规范 

11

2.7OPC-XML规范 

12

2.8OPC数据交换规范及适用范围 

第三章OPC服务器的开发与实现 

13

3.1OPC服务器的总体结构 

3.2OPC服务器程序实现步骤 

14

3.3OPC服务器的注册及程序的实现 

3.3.1OPC服务器组件的注册 

3.3.2OPC服务器程序的设计 

15

3.4OPCDA服务器接口的实现及组对象的设计 

17

3.4.1OPCDA服务器接口的实现 

17

3.4.2设计OPCDA组对象 

19

3.5OPC服务器的读取过程 

21

3.5.1同步读取 

3.5.2异步读取 

第四章服务器测试及模型仿真设计 

23

4.1服务器测试 

4.2OPC客户测试过程 

4.2.1初始化服务器组件 

4.2.2建立与OPC服务器的连接:

4.2.3获取服务器标签列表:

25

4.2.4添加OPC组和项 

26

4.2.5数据的刷新及断开连接 

27

4.3测试结果 

4.4.模拟仿真 

30

4.5监控系统结构设计 

4.6OPC接口开发 

31

4.6.1定义全局变量 

4.6.2连接服务器程序 

32

4.6.3数据更新函数 

33

4.6.4OPC数据项写数据程序 

33

第五章总结 

34

参考文献 

35

致谢 

36

2.2.3应用服务器

Web上的应用需求仅靠Web编程语言还不能满足。

与传统的Web编程语言相比，应用服务器对建立基于Web的企业应用程序具有得天独厚的优势，主要体现在以下方面:

（1）开发优势

应用服务器使用人们熟悉的开发语言进行开发，并提供大量基于Web的企业应用功能，如数据库访问、安全性等，使得开发Web应用程序更加简单。

（2）实施优势

应用服务器能够支持高性能的事务处理，如多CPU系统、多并发用户、多线程、对象管理和核心级的动态负载平衡。

它能够通过系统级服务如线程池管理、数据库连接的高速缓存、动态结果的高速缓存和数据流等，在重负载情况下提供高性能的数据访问和快速的响应时间。

通过状态管理与对话管理能力，应用服务器可支持用于以事务处理为基础的操作所具有的多步骤和复杂的请求。

事务管理员和请求管理员一起能够提供事务处理的完整性，并能够靠牢固健全的事务管理处理多个后端数据源。

事务管理系统支持数据库资源管理、查询自动提交与回退、成功提交和失败回退。

使用通用的数据访问和事务处理API可实现对异类数据库系统的统一访问。

（3）集成的管理能力

应用服务器允许管理员通过浏览器来远程管理和监视服务器，并进行性能调整，分配服务器上的负载。

（4）安全性

应用服务器可提供安全的通信功能，并内置了支持SET,SSL,SHTTP等安全协议的组件，并通过日志来跟踪对服务器的操作，营造一种安全的应用环境。

OracleWebApplicationServer应用服务器

Oracle针对Web技术的应用服务器产品是WebApplicationServer.OracleWebApplicationServer由（WebRequestProgramInterface）应用编程接口和WebServerApplicationServerBroker（WRB）,（WRBAPTApplication）管理工具组成。

WRB是一个多进程多线索的HTTP服务器。

WRBAPI是一个开放的应用开发环境，封装了WRB应用编程接口。

这些API优于底层的第一代HTTPAPI（如那些通过Web服务器厂商提供的API）。

通过WRBAPI，应用程序开发人员能够建立定制的应用部件，可选用PL/SQL,Java,PERL,LiveHTML,C/C++等多种编程语言来进行Web应用程序的开发。

所有的服务器部件可以作为独立的进程运行，从而确保在任意一个第三方提供的部件（Cartridge）发生错误时，不会影响业务其他部分的工作。

嵌入式对象及Java和ActiveX小程序等。

其内置的全文检索引擎可很容易地为用户提供检索功能。

Domino的工作流处理能力可方便地在客户合作伙伴和供应商之间进行商务活动。

Domino提供了集成的开发环境NotesDesignerforDomino，可以方便地开发网上应用程序。

其中的LotusBeanMachineforJava是一个交互式、可视化的设计工具，可以方便地为网上应用系统创建JavaApplet,而NotesGlobalDesigner则可以使应用程序运行在不同的语言环境中。

Domino还提供了很多周边工具可以增强网上应用系统的Web站Domino.Action可以自动生成Web站点，Domino.Merchant可以实现联机贸易，Lotus.eSuit提供了基于100%纯Java,面向瘦客户机的解决方案。

Notes.Pump提供了基于服务器的数据传输工具，Domino.do。

可以在分布网络环境中进行协同文档管理。

总的来说，Domino比较适合文档的管理和传输，以及企业中各级人员之间的通讯，但不适合数据库的增、删、改、查询和统计等基本操作，因此它常用于Internet上的办公系统而非基于关系数据库的管理信息系统。

（5）InternetInformationServer（IIS）

IIS（InternetInformationServer,Internet信息服务器）是Microsoft公司开发的一种集Web,FTP和Gopher服务于一身的服务器，它可以利用Windows2000Server的各种功能，并且能在Internet上发布信息。

IIS是随着Windows2000Serve附带的一个软件。

IIS提供Internet信息服务器应用程序接口（ISAPD扩展Web服务器的功能，并可通过ASP实现Web程序的快速开发，ASP支持服务器端JavaScript.VBScript.MicrosoftJava和ActiveXServerComponent，还支持用VB编写的CGI程序，甚至用VB开发的C/S架构的程序不经过修改就可以在Web上发布，可以使开发动态主页更加方便，同时也保护了以前的投资。

IIS还包括MicrosoftIndexServer，可实现对本Web站点内容的全文检索以及SiteServerExpress用于分析站点访问的情况。

IIS的管理功能是基于Windows2000Server的，可充分利用Windows2000Server提供的安全服务和目录服务。

它的安全模型是以NTFS安全机制为基础的，这样利用资源管理器可以容易地管理使用IIS建立的Web站点的安全性。

2.3Web程序设计技术

2.3.1HTML概述

HTML是HypertextMarkupLanguage（超文本标记语言）的英文缩写。

HTML语台不是一种程序设计语言，而是一种页面描述语言，用于描述Web页面。

HTML本身是用SML定义的一种结构化文档类型，同时，它也是用来描述这种文档类型的一种标记语言。

HTML是一个既简单又强有力的语言。

HTML使Web获得奇迹般的发展有以下四个主要原因：

（1）通过设计，HTML能访问所有计算机平台，从UNIX系统到普遍流行的Windows个人计算机。

（2）HTML容易使用，不需要输入一系列复杂而深奥的计算机指令，只要使用一系列标记来组成文本，使得创建Web页面变得相当简单。

HTML的强大访问能力推动了Web的流行，使数以万计的Web站点雨后春笋般地涌现。

（3）用HTML能在一个Web站点与另一个Web站点之间建立链接。

（4）HTML提供声音、音乐、动画片、电视图像等，使Web页面可以包含比格式化文本和图像更丰富的内容。

2.3.2脚本语言

脚本语言是介于HTML和Java,C++和VisualBasic之类的编程语言之间的语言。

HTML通常用于格式化文本和链接网页。

编程语言通常用于向计算机发送一系列复杂指令。

脚本语言也可用来向计算机发送指令，但它们的语法和规则没有可编译的编程语言那样严格和复杂。

脚本语言主要用于格式化文本和使用以编程语言编写的已编译好的组件。

利用脚本（Script）可以控制页面内容，使程序更具交互能力。

脚本语言是在另一个环境（例如HTML文档）中运行的语言，用脚本语言编写的代码必须通过适当的解释器执行。

在动态网站的建设过程中，JavaScript与VBScript是两种最主要的脚本语言，而且是我们的网上教学系统开发使用的脚本语言，因此在这里着重介绍一下。

2.3.2.1JavaScript

一种编程语言通常是由另一种编程语言演变来的，JavaScript也不例外Netscape最初开发了一个LiveScript语言，在Navigator和Web服务器产品中加进基本的脚本功能。

当Navigator2.0中加进了Java小程序支持后，Netscape把LiveScript变成了JavaScript最初的JavaScript不过是LiveScript的更名，但每次新的Navigator都使JavaScript有所改进。

JavaScript支持Web浏览器和服务器脚本。

浏览器脚本用于生成更直观、更有影响性和更紧密的插入件、ActiveX组件和Java小程序相联系的Web页面。

JavaScript支持这些特性，提供动态产生HTML和定义专用事件处理函数等特殊编程功能。

JavaScript脚本把HTML标志<

SCRIPT>

在HTML文档中。

支持JavaScript的浏览器装入HTML文档时，它对于接收到的脚本进行解释。

脚本可以用于生成加进显示文档的HTML元素，或用于定义函数、调用事件处理响应鼠标点击和键盘输入等用户动作。

脚本还可用于控制插入件、ActiveX组件和Java小程序。

Microsoft在InternetExplorer中实现了JScript,InternetExplorer3中的脚本功能与Navigator2中差不多。

JScript与InternetExplorer密切结合，几乎可以对所有的HTML元素编写脚本。

JScript与JavaScript1.2兼容。

Microsoft还在Internet信息服务器（IIS）提供了服务器方的JavaScript支持。

后来他们开发了更通用的服务器方脚本方法，提供了Windows脚本宿主和远程脚本技术。

2.3.2.2VBScript

VBScript是VisualBasic或VisualBasicforApplication（VBA）的一个“轻量级”子集，它通过变量，操作符，循环，分支，函数和子例程，扩展了HTML。

通过在HTML网页中加入VBScript脚本，你可以使静态的HTML网页成为动态网页。

实际上，VBScript是MicrosoftVisualBasic的简化版本。

VBScript是一种脚本语言，这意味着这种语言比BASIC语言的成熟版本容易使用又难于使用。

编制简单的程序时，脚本语言是容易使用的。

脚本语言的语法比较简单，但是，简单的语法也使开发大的应用程序变得很困难。

在HTML文件中直接嵌入VBScript脚本，这样就能够扩展HTML，使它不仅仅是一种页面格式语言。

带有VBScript脚本的网页在每次下载到浏览器时都可以是不同的，而且可以对用户的操作做出反应。

VBScript既可以作为客户端编程语言，也可以作为服务器端编程语言。

客户端编程语言是可以由浏览器解释执行的语言。

Java和JScript,JavaScript也可以作为客户端编程语言。

当一个以这些语言中的任意一种编制的程序被下载到一个兼容的浏览器中时浏览器将自动执行该程序。

客户端编程语言的优点是浏览器完成了所有的工作，这可以减轻服务器的负担。

而且客户端程序运行起来比服务器端程序快得多。

当一个浏览器的用户执行了一个操作时，不必通过网络对其做出响应，客户端程序就可以做出响应。

但是，一般来说，可以解释VBScript脚本的浏览器只有MicrosoftInternetExplorer，而NetscapeNavigator将忽略VBScript脚本，这意味着目前没有充分的理由把VBScript作为客户端编程语言，但VBScript可以作为服务器端编程语言。

服务器为一个站点提供文件，而浏览器接收这些文件。

用VBScript作为服务器端编程语言的优点是VBScript不受浏览器的限制，VBScript脚本在网页通过网络传送给浏览器之前被执行，Web浏览器收到的只是标准的HTML文件。

3.1.1ASP技术

MicrosoftActiveServerPages即我们熟悉的ASP，其实是一套微软公司开发的服务器端脚本环境，ASP内含于IIS5.0之中，通过ASP我们可以结合HTML网页、ASP指令和ActiveX元件建立动态、交互且高效的Web服务器应用程序。

使用ASP就不必担心客户的浏览器是否能运行所编写的程序代码，因为所有的程序都将在服务器端执行，包括所有嵌在普通HTML中的脚本程序。

当程序执行完毕后，服务器仅将执行的结果返回给客户浏览器，这样也就减轻了客户端浏览器的负担，大大提高了交互的速度。

ASP提供的一些内核功能如下：

（1）服务器脚本——你可以直接将VBScript,JScript,Perl或其他语言的语句脚本嵌入HTML页面，使它们在Web服务器上面而不是在Web浏览器上面运行。

（2）灵活的Web数据库连接——通过服务器端脚本ActiveDataObjects（ADO），可以很容易的在Web站点上建立丰富的数据库功能。

（3）状态管理——可以用内置对象在每个用户每个应用和每个服务器基础上跟踪和管理应用的状态。

（4）ActiveServerComponents——我们可以示例和使用可编程的组件。

我们可以用VisualC++、VisualBasic,VisualJ++等工具创建这些组件。

这使得我们能将Web应用和已存在的客户机/服务器系统联系在一起。

此外，ASP还有如下特点：

（1）无须compile编译，容易编写，可在服务器端直接执行；

（2）使用普通的文本编辑器，如Windows的记事本，即可进行编辑设计；

（3）与浏览器无关（BrowserIndependence）,用户端只要使用可执行HTML的浏览器，即可浏览用ASP所设计的网页内容。

由于ASP所使用的脚本语言（VBscript,JScript）均在Web服务器端执行，因此用户端浏览器不需要能够执行这些脚本语言；

（4）ActiveServerPages的源程序，被传到客户浏览器的源程序不会被他人剽窃，也提高了程序的安全性；

（5）可使用服务器端的脚本来产生客户端的脚本；

（6）面向对象（Object-Oriented）因而可以避免所写。

3.1.2用IIS作为Web服务器

IIS（InternetInformationserver）是Microsoft公司开发的一种集Web，FTP和Gopher服务于一身的服务器，IIS提供Internet信息服务器应用程序接口（ISAP助扩展Web服务器的功能，并可通过ASP实现Web程序的快速开发，ASP支持服务器端JavaScript,VBScript,MicrosoftJava和ActiveXServerComponent。

IIS包括MicrosoftIndexServer，可实现对本Web站点内容的全文检索以及SiteServerExpress用于分析站点访问的情况。

IIS的管理功能是基于Windows2000Server的，可充分利用Windows2000Server提供的安全服务和目录服务。

3.1.3几种数据库访问机制的比较

在客户端使用普通浏览器，通过Internet或者Intranet访问网络数据库中的数据，已有多种解决方案，如传统的公共网关接口CGI方式、API方式、现在较常见的ADC方式和IDC方式等。

Microsoft公司推出的基于ASP与AD