OPC数据访问 篇1
计算机技术的不断发展,使得应用于工业控制领域的软件与硬件设备种类越来越丰富[1],由于没有统一的通信接口标准,难以方便高效地实现来自不同厂商的应用程序与硬件设备之间的数据通信,因此严重制约了工控领域的拓展。OPC技术的出现使来自不同数据源的数据与运行在各种平台上的应用软件能够顺利地集成在一起[2]。目前,OPC技术已经成为工业控制中系统集成与数据交换的重要工具。近年来国内不少高等院校、 研究院所和软硬件开发商都对OPC技术进行了研究和开发应用。为了进一步地节约成本,减少通信驱动数量,缩短开发周期,针对嵌入式多总线RTU硬件产品开发基于Modbus TCP通信协议的OPC数据访问服务器变得非常具有现实意义。
1 OPC数据访问规范
OPC技术是COM在工业领域的一种特殊应用,针对敏感度高的实时数据,可以将其从实时数据中分离。 从COM的角度分析,OPC规范实质就是定义了一些用于实时数据存取、事件报警处理、历史数据存取等的COM对象和接口[3]。
基于OPC软总线的过程控制系统(PCS)的基本架构中,整个PCS以OPC DA服务器为中心,以从OPC DA服务器上获得的实时数据为基础,OPC AE服务器根据用户的设置进行相关逻辑分析和处理,可以产生相应的事件/报警消息发送到客户端;OPC HAD服务器将按照用户设置要求进行保存历史数据,方便客户端用户进行查询和分析统计过程数据在过去的时间段内的变化情况;OPC DX服务器根据实际现场需要可以将多个OPC DA服务器的数据联系起来,便于多个OPC DA服务器之间进行数据交换[4];OPC XML DA服务器通过将实时数据转换成XML文本,以提供将过程数据发布到互联网的功能,实现更大范围内的数据共享;OPC Security服务器提供了访问数据的安全访问机制,可以对整个PCS中的数据进行安全保护。
OPC数据访问规范是OPC协议族中的核心和基础, 其他所有的OPC相关规范都是以OPC DA规范为基础进行扩展制定的。本文主要参照OPC Data Access Specifi-cation Version 3.0研究和应用OPC DA服务器。
只要遵循OPC规范实现OPC接口的客户应用端, 即可无缝连接OPC服务器进行数据通信,一个客户应用端可以同时访问多个OPC服务器,而一个OPC服务器也可以被多个OPC客户应用端访问,根据OPC服务器提供的功能可以知道OPC服务器内部结构大致分为3部分:设备驱动模块、数据管理模块和数据调度与分发模块。如图1所示。
OPC服务器支持多客户并发访问及数据存取请求, 数据调度与分发模块对客户的访问及数据存取请求进行协调和管理,然后将具体数据存取请求交给数据管理模块,数据管理模块将数据存取请求传递给设备驱动模块,设备驱动模块将数据存取请求转换为读写设备消息,对设备进行具体的读写操作,操作完成后将数据返回给数据管理模块,数据管理模块再更新数据缓冲区中对应的数据,并将更新的数据返回给各个请求数据的客户端。
OPC数据访问规范中定义了OPC客户端和服务器如何交互数据和数据存储结构[5],OPC服务器中的数据调度与分发模块负责与OPC客户端进行数据交互,其模块实现必须与OPC规范规定保持一致。数据管理模块与设备驱动模块由于针对不同的设备,读写数据方式和获取的数据就不同,因此需要根据具体需求开发实现。因此OPC服务器的具体实现会由于不同的应用而有所不同。
通常的数据采集应用的是主从式的应用结构,客户周期性地查询服务器的数据。在这种应用模式下,增加了系统的额外开销,而且效率比较低。基于COM的OPC支持的双向通信机制,具有事件驱动功能,当OPC服务器的数据发生变化时,能够自动通知OPC客户,客户可以从周期性的轮询中脱离出来,从而大大提高了效率,降低了系统负荷。OPC规范主要定义了3种数据访问方式:同步通信、异步通信和数据订阅。
2 OPC服务器设计
由于COM规范一般以C++语言描述,所以通常采用VC++开发OPC数据访问服务器[6]。在本文中,基于Windows的Dot NET平台,利用OPC接口动态库来开发OPC服务器。本文实现的OPC数据访问服务器要完成对Modbus TCP设备的数据采集功能,提供OPC数据存取规定的定制接口,同时通过数据存取区将设备数据与OPC接口联系起来。如图2所示的OPC数据存取服务器总体结构,各个功能模块之间相对独立又相互协作, 形成了一个有机整体。
本文设计的OPC数据存取服务器属于进程外服务器,拥有独立的进程空间,与客户进行数据交换时稳定性高,同时提供了用户友好的人机界面,便于用户的自定义组态操作。OPC对象接口模块通过数据存储区间接与设备驱动相互联系,以获取数据存储区内的数据或直接访问设备获取过程数据。OPC客户程序通过Group对象访问数据存储区中的数据项,设备通信驱动周期性将最新的设备过程数据写入到数据存储区内。客户通过Server对象的IOPCBrowse接口可以浏览数据存储区内所有数据项Item对象的相关属性。
针对某国产的硬件设备多总线RTU,硬件设备通信模块实现了标准的Mdbus TCP通信协议,可以和实现标准的Modbus TCP设备无缝互联通信,简单方便地获取硬件设备的过程数据。在实际应用中,此处采用了OPCMaster的OM_OPCSvr.dll OPC接口动态库工具来实现OPC接口模块部分,Modbus TCP是Modbus协议的网络协议,TCP端口号为502。Modbus TCP在Modbus RTU协议前,增加了6个字节的协议头MBAP[7],同时去掉了2 B的CRC16校验和协议格式。通信驱动模块主要使用6种标准的Modbus功能码。当主设备向从机发送请求,希望获取一个正常响应,但是可能由于各种原因,从机返回一个异常消息帧。因此需要通过异常码来标识发生了什么错误导致了异常响应。本Modbus TCP协议通信驱动模块属Modbus Slave,需要对设备返回的Modbus TCP消息帧进行MBAP验证、请求数据获取。图3是对设备进行读取数据的流程。
为了方便用户操作和使用OPC服务器,提高人机交互性,本文设计的OPC服务器设计了类Windows窗口的用户界面。通过将属性列表来对数据项进行组织和标识,通过属性设置对话框将数据项与硬件设备的数据绑定,并将数据存储区与硬件通信接口联系起来,进而可以实现用户自定义组态功能。另外还需要将数据项的属性和设备设置参数保存到配置文件中,便于下次在OPC服务器程序启动运行时,可以自动打开组态配置文件完成初始设置。
3 OPC服务器的实现
本文设计的基于Modbus TCP OPC服务器基于Windows平台开发,开发环境详细列表见表1和图4。
在Visual Studio2010中创建一个包含Win Form的Windows窗体应用工程项目的解决方案OPCServer,此时Visual Studio 2010自动生成一个带有Windows窗体的基础代码,通过自定义窗口的菜单、工具栏、状态栏及显示区等,使得用户自定义组态功能成为可能。 将OM_OPCSvr.dll文件复制到上述创建的工程目录的bin文件下,然后创建一个类OPCAPI对OM_OPCSvr.dll进行加载,以便调用其提供的OPC接口服务。
OPC服务器程序的基础代码创建完成后,通过调用Init OPCSvr(byte *p Svr CLSID,bool b Exe Svr,DWord dw-Co Init)对OPC服务器的CLSID、程序应用模型和初始化COM库的线程模式进行初始化设置。将数据项用树形结构标识,然后设计数据项和硬件设备的数据绑定设置界面以及实时显示数据项列表界面,并将数据存储区与硬件通信接口联系起来,实现用户自定义组态功能。设计用户界面主要包括6部分,分别是:菜单栏、工具栏、 设备树形列表、标签列表、信息列表和状态栏。借助Dot Net4.0平台的Socket类定义封装了一个Tcp Socket TCP通信类,通过此类可以完成TCP连接断开、发送接收数据和发现断开自动重连功能。
在OPC服务器程序关闭时需要将数据项的属性以及硬件设备设置的参数作为组态配置文件保存起来,便于下次OPC服务器运行时能自动调入组态配置文件, 自动完成初始设置。利用Dot Net 4.0的序列化和反序列化技术,可以将数据对象序列化到文件中和将文件反序列化到数据对象[8]。
经过用户自定义组态配置好数据点后,可以运行OPC服务器开始轮询设备数据,将实时获取的数据更新到数据缓冲区内。根据OPC服务器数据结构关系, 每一个设备对应一个轮询线程,这样OPC服务器可以对多个设备独立地读写设备数据。其中轮询线程是由Back Groud Monitor类实现的。
4 OPC服务器的测试结果与分析
如表2所示,OPC服务器的测试环境包括软件环境和硬件环境。图5显示了测试环境的结构图,在一台普通操作系统为Windosw XP的普通PC机上依次安装SIEMENS Win CC6.2,KEPware测试客户端和Modbus Slave数据模拟器。通过普通双绞线将PC与交换机连接, 一台Multi Bus-RTU网口直接连接交换机,另一台Multi-Bus-RTU的RS 485口通过Multi Bus网关与交换机连接。
4.1 OPC服务器功能测试
打开KEPware测试客户端,选中“Lensys.Modbus.TCP.DA.3”节点,可建立与OPC服务器的通信连接。在Lensys.Modbus. TCP.DA.3”节点中可查看OPC服务器的属性,打开Win CC项目管理器Win CC Exploer,点击新建菜单,创建一个单用户测试项目,项目名称为OPCSer-ver Test。 创建一个如图6所示的OPC服务器测试界面。其中Multi Bus-RTU1#直接连接交换机,Multi Bus-RTU 2#通过Multi Bus网关间接连接交换机。分别获取Multi Bus-RTU的4类共8个数据,具体含义参见表3。
打开添加驱动程序对话框,完成添加OPC接口驱动程序,打开OPC服务器,测试页面组态Multi Bus-RTU1#设备和Multi Bus-RTU 2#设备数据点的轮询周期为500 ms。
打开OPC条目管理器,选则要连接的OPC服务器,点击”浏览服务器“按钮,查看OPC服务器内的数据地址空间,依次将需要存取的数据点添加到变量管理器中。依次将变量管理器中的OPC数据点与组态表格中的值列关联,至此基于Win CC完成了对OPC服务器的测试项目。
4.2 OPC服务器性能测试
OPC服务器的性能测试需要大量数据源才能进行, 由于Multi Bus-RTU可以提供的数据量有限,因此利用Modbus Slave提供数据源。通过Modbus Slave,可以模拟一个通信协议为Modbus的设备,这个设备可以包含无限量的数据。打开一个Modbus Slaves进程,配置设备ID为1,通信参数Port为502,IP默认为本机地址。然后依次配置如表4所示的数据点。
按照上述配置,依次打开10个Modbus Slave进程, 此时有了10个模拟设备,每个模拟设备包括4类数据, 每类数据数量为25个,即共计1 000个数据点。
经过上述Modbus数据源配置、OPC服务器配置,首先将10个模拟设备(Modbus Slave)进行本地TCP绑定, 作为数据提供源;其次点击OPC服务器界面工具栏中的“启动服务器”按钮,则OPC服务器开始存取10个模拟设备数据,此时观察OPC服务器下侧的信息列表,是否有警告或错误信息,打开Windows任务管理器,观察OPC服务器进程的CPU和内存消耗。经过1天时间的测试,无任何警告或错误信息,OPC服务器进程的CPU占用保持在3%左右,内存消耗保持在8 MB左右。
5结论
本文基于Modbus TCP协议的OPC数据存取服务,在对市场进行深入调研的基础上,结合国产嵌入式产品工程应用的现状,开发了OPC数据存取服务器。通过OPC数据存取服务器实时获取设备过程数据,利用国内外现有SCADA的OPC客户端接口,轻松地实现了与某国产Multi Bus-RTU互联通信。不仅利用了OPC的技术优势,如访问速度和稳定性,还节约了成本,减少了通信驱动数量。鉴于Windows在工控领域的成熟度和稳定性,以及Dot Net Frame Work的跨平台性,基于Dot Net4.0平台封装OPC接口,通过编程实现了Modbus TCP通信协议以及良好的人机交互界面,并通过了功能测试和性能测试。
摘要：针对OPC技术在国内的应用现状,以OPC数据的存取规范为依据,利用国产Multi Bus-RTU系列模块基于Modbus TCP协议对OPC数据访问服务器进行开发,设计采用OPCMaster公司的OPC开发工具OMOPCSvr.dll实现OPC数据传输服务器的开发,通过以太网方式,在Modbus设备和OPC客户端之间提供数据交换通道。通过对OPC数据访问服务器结构和操作流程的设计,构建了服务器的功能框架。基于Modbus TCP OPC服务器和Windows平台,通过对服务器进行初始化,对通信驱动模块和用户界面进行规划,进而对OPC数据访问服务器进行了详细的实现。通过进一步的OPC服务器测试发现,该服务器具有可靠的稳定性,能切实地节约成本,减少通信驱动数量,并缩短开发周期。
关键词：OPC服务器,COM/DCOM,数据访问,Modbus TCP
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OPC数据访问 篇2
关键词：OPC XML-DA ；OPC UA； OPC 接口
中图分类号：TP311文献标志码：B文章编号：1671-7953(2009)03-0095-04
随着计算机科学技术、工业控制等方面的新技术的迅速发展，在大型舰船上如何安全可靠又高速的进行数据交换已经变得越来越重要。而目前先进的舰船上都配备各种类型的传感器、智能仪表、大型监控装置，这就有可能造成网络拥塞，影响监控系统的实时性、可靠性等。因此，基于解决大型舰船多种智能设备与主机的数据交互问题，我们引入了用于过程工业控制的OPC［1］ (OLE For Process Control)技术，它是基于Windows的OLE(Object Linking and Embedding)、COM(Component Object Model)技术，包括了自动化应用的一整套的接口、属性和方法的标准。
1、OPC技术的发展现状
经过国际OPC基金会成员十数年的努力，目前已经制定了一套适合过程控制应用的OPC协议标准，报警(A&E)、事件与历史数据访问(HDA)、支持过程数据访问(DA)、安全性标准、OPC XML、OPC Data eXchange以及尚未实施的OPC UA等标准，这些标准为系统提供了多种功能的接口。便于技术人员完成管控一体化系统的设计，向上可以面向企业级的高级应用及管理，向下可以管理设备级的仪表设备等。
2、COM/DCOM概述
2.1COM技术
现行的所有OPC技术都是以COM/DCOM技术为基础的。实际上，OPC技术就是定义了一些用于数据访问、事件和报警处理、历史数据访问的COM对象和接口。因此，要真正从底层掌握OPC规范，就必须清楚COM/DCOM技术。
首先，COM(Component Object Model)是一种以组件为发布单元的对象模型，这种模型可以用一种统一的方式进行交互。COM既提供了组件之间进行交互的规范，也提供了实现交互的环境。由于组件对象模型之间交互的规范不依赖于任何特定的语言，因此COM技术也可以作为不同语言协作开发的一种标准。
其次，COM技术采用组件化的设计结构，不仅继承了组件易于定制和升级灵活等优点，而且引入面向对象的思想，规范了组件之间的通信接口。在COM规范中，COM对象和接口是两个非常活跃的元素，一个COM组件通常是包含一个或多个COM对象，而在COM对象上则可实现多个接口。COM规范采用客户/服务器通信模型，客户端总是先创建服务器对象，然后获得对象上的接口进行通信。
此外，COM规范还具有语言无关性、进程透明性和对象的可重用性三个非常重要的特性。
2.2分布式COM(DCOM)
DCOM是COM在分布式环境下的扩展，它可以支持不同计算机上组件对象与客户程序之间或者组件对象之间的相互通信，这些计算机可以是在局域网内、广域网内，甚至通过Internet进行连接。对于客户程序而言，组件程序所处的位置是透明的，DCOM扩展了COM的位置透明性。因此，无论是本机上的组件程序，还是网络上的组件程序，3在客户端都可以采用同样的方式进行访问。
DCOM作为COM的扩展，它不仅继承了COM，由于其本身应用环境的不同，还提供了一些新的特性，包括：网络安全性、容错性、跨平台调用等等。从COM转到DCOM，并不仅仅意味着客户程序与组件程序通信线路的加长，而是协作运行的环境彻底地发生了变化。
3、OPC技术概况
OPC协议中包括了数据访问规范、报警和事件规范、历史数据存取规范、批量过程规范、OPC安全性规范、数据访问标准的测试工具、过程数据的XML规范、数据交换规范、命令规范、公共I/O规范、合成数据规范等。
3.1OPC对象及接口
3.1.1OPC对象结构
OPC服务器对象用来提供关于服务器对象自身的相关信息，并作为OPC 组对象的容器。
OPC组对象除了提供关于组对象自身的相关信息外，还提供组织和管理项对象的机制。OPC组对象提供了OPC客户程序用来组织数据的一组方法。此外，OPC规范定义了两种组对象：公共组和私有组。公共组由多个客户共享，局部组只隶属于一个OPC客户。全局组对所有连接在服务器的应用程序都有效，而私有组只能对建立他的CLIENT有效。这一特性类似于C++程序中的全局对象与局部对象的区别，便于公共数据共享与私有数据的保护。
OPC项对象至少包括值(Value)、品质(Quality)与时间戳(Time Stamp)三个变量。此外，要注意OPC项对象仅代表了OPC服务器到数据源的一个物理连接，它本身并不是数据源，仅仅是数据源的一个地址索引。最后，OPC数据项不能被直接访问，而是要通过OPC组对象提供的接口进行访问，这样就避免了直接对数据项的操作，增加了系统的安全性。
3.1.2OPC接口结构
OPC规范定义了定制接口与自动化接口两种接口，如图2：
其中定制接口多为用C++语言编写，实现功能的可定制，由于其编程语言的特性决定其运行效率高但开发难度大，同时要求开发者必须掌握COM的开发知识。而OPC规范明确规定此种接口是必须要实现的。而自动化接口的开发不要求开发者懂得COM技术，使得程序员可以从底层的COM开发中解脱出来，将精力集中在应用程序功能的开发上，大大加快了OPC应用程序的开发进度。
标准的服服务器对象与组对象接口结构如图3：
自动化客户通过使用WrapperDLL，访问OPC DA服务器。WrapperDLL在客户端进程内调用，将服务器提供的定制接口与客户端要求的自动化接口进行协议转换。
3.2OPC技术特点
OPC技术之所以能引领工控领域数据通信的发展方向，主要是由几下几点决定：
1)OPC技术采用了标准的Windows体系接口，这样既有利于硬件制造商，也有利于软件开发商。硬件制造商为其设备提供的接口程序的数量减少到一个，软件开发商也仅需要开发一套通讯接口程序。
2)可以将各个子系统从物理上分开，分布于网络的不同节点上。因为OPC规范以OLE/COM/DCOM为技术基础，而OLE/DCOM支持TCP/IP等网络协议。
3)可以使用户完全从底层的开发中脱离出来。因为OPC按照面向对象的原则，将一个应用程序(OPC服务器)作为一个对象封装起来，只将接口方法暴露在外面，客户以统一的方式去调用这个方法，从而保证软件对客户的透明性。
4)可以使系统的应用范围更广。因为OPC实现了远程调用，使得应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于系统硬件配置，使得系统的应用范围更广。
5)提高了系统的可维护性。因为采用OPC规范，便于系统的组态，将系统复杂性大大简化，可以大大缩短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。
6)实现了系统的开放性。因为OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而实现系统的开放性，易于实现与其它系统的接口。
3.3OPC XML-DA协议标准
OPC XML-DA规范采用基于XML(eXtensible Markup Language)的Web Service技术，Web Services 是一套基于XML进行分布式数据交换、服务调用的标准，它定义了应用程序如何在Web上实现互操作性，是建立可互操作的分布式应用程序的平台。此外，它还定义了数据表示(XML)、消息交换(SOAP)、服务描述(WSDL)、服务发现与发布(UDDI和WS-Inspection)等相关组成部分。Web Services的最大优点就是它在Internet上的无障碍传输。
Web Service提供了通过网络直接获取各种服务的接口，并通过标准的网络协议提供给网络用户，在Internet上任何节点、任何平台上的应用程序只要符合Web Service的标准都可以从它的公共接口获取服务，使得不同的应用程序在Internet上共享和交换数据变得更加容易。其基本结构如图4：
5OPC UA技术
随着网络技术的迅猛发展和企业管理系统对互操作性要求的提高，基于COM技术的OPC标准开始无法满足要求，主要体现在以下三个方面：
1)缺少跨平台通用性。由于COM技术对Microsoft平台的依赖性，使得基于COM的OPC接口很难被应用到其它系统的平台上。
2)较难与Internet应用程序集成。由于网络防火墙会过滤掉大多数基于COM传输的数据，因此基于COM的OPC接口无法与Internet应用程序进行正常的交互。
3)较难与企业应用程序连接。企业应用程序(如ERP)需要实时的工业现场数据，这些数据通常来自OPC服务器。但是这些上层的应用程序缺少与OPC服务器交互的接口，因而不能进行通信连接，无法满足企业更高层次的需求。
为了解决以上问题，OPC基金会提出了OPC UA标准。OPC UA(OPCUnified Architecture)，顾名思义就是指OPC的统一架构，OPC UA在功能上集成了Data Access、Alarms and Events、Commands、Historical Data Access、Batch、Data Exchange的功能。实质上就是对OPC DA功能上进行了扩展，将多种功能接口集成在同一平台上。
OPC UA不仅完成了设备之间现场级的整合，而且完成了企业级的垂直整合。它不仅可以为设备之间提供快速的数据通信，同时也可以为企业大型管理系统提供可靠的数据支持。
6结束语
随着OPC协议的逐步完善，越来越多的国内外厂商给予了高度的重视， 很多公司都在原来产品的基础上添加了对OPC协议的支持，它的应用范围会越来越广。由于OPC协议统一了数据访问的接口，使控制系统进一步走向开放，实现信息的集成和共享。而且OPC协议技术改变了原有的控制系统模式，给工业自动化领域带来了勃勃生机，也给国内系统生产厂商提出了一个发展的机遇和挑战。
参考文献
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OPC数据访问 篇3
陈挺，张乾亮
浙江中控技术股份有限公司，浙江杭州，310053
摘 要：本文详细分析了造纸QCS系统的数据特点，提出了一种基于OPC及WebService技术的QCS数据集成方案，并介绍了基于该方案的系统架构及实现。基于该方案可与第三方系统无缝集成，降低系统集成投入，避免信息孤岛，提高用户对QCS信息系统的投资回报。关键词：造纸，QCS，WebService，OPC；DCS
An Integration Solution for QCS Data Based on
OPC and WebService
Ting Chen, Qianliang Zhang Zhejiang SUPCON Technology Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang, 310053
Abstract: By analyzing the characteristics of the QCS data of papermaking system in detail, an integration solution for QCS system based on OPC and WebService is proposed, including the architecture and implementation.In view of the feasibility to seamlessly integrate this solution with the third part system, the proposed solution would be able to reduce the investment of the system integration and avoid information isolation, and thus ultimately improve the user’s ROI on the QCS information system.Keywords: Papermaking；QCS；WebService；OPC；DCS 引言
随着造纸过程自动化的迅速发展，造纸系统从最初的单参数基地式仪表发展到后来的气动、电动单元组合式仪表，直到现在的结合计算机控制技术的智能控制系统[1]。目前，造纸系统主要包括以下几个组成部分：过程控制系统（PCS）、质量控制系统（QCS）、纸机控制系统（MCS）、纸机传动系统、断纸监测系统（WMS）、纸页纸病检验系统（WIS）、纸机监视系统（MMS）[2]。
其中，QCS系统是主要针对造纸生产过程中的定量、水份等参数进行在线监测和控制的系统，此外，根据纸机和纸种的不同，还包括对灰份、厚度、白度、匀度、色度、平滑度、涂布量等参数的测量和控制[3]。该系统不仅可以提高产品质量、节约原材料、降低成本，更是提高自动化程度和企业经济效益的重要手段和措施，是造纸系统的核心组成部分之一。
QCS系统主要由计算机控制工作站、智能扫描架、传感器、执行机构和控制算法软件等部分组成[4]。计算机控制工作站根据采集的现场信息，通过控制算法指导执行机构进行实时的反馈调节，同时，组合成各种形式的显示图表，实时、动态、直观的显示，以供工艺人员分析。QCS数据对造纸生产过程非常关键，工程应用中往往需要将QCS数据集成到DCS系统软件以及上层信息管理系统中，以消除信息孤岛，提升管理和控制水平，实现管控一体化。
本文将以在中控WebField ECS-700系统及过程信息管理系统软件平台PIMS中集成澳大利亚S-Tec公司QCS数据为例，提出了一种不同于传统实现的QCS数据系统集成设计开发方案。系统分析
要实现QCS系统与DCS系统软件、过程信息管理等系统的数据集成，需要QCS系统以某种方式开放其数据。OPC（OLE for Process Control）是基于微软公司的DNA（Distributed Internet Application）架构和COM（Component Object Model）技术的一个工业标准，是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、易于集成性等优点[5]。因此OPC接口是工业控制领域不同供应商之间开放数据的应用非常广泛的标准接口，S-Tec公司的QCS系统就是采用这种技术来开放数据。
传统上工业控制信息系统大多采用C/S架构，在客户端与服务端之间通过TCP/UDP实现数据交互，进而需要定义一套私有数据通信协议，同时出于数据安全需要，在客户端与服务端通信需要再实现一套私有数据加解密算法。如此势必构成一套相对封闭的通信系统。而第三方系统需要接入该数据也势必需要在此基础上进行二次开发。该方案因其封闭性导致系统难以被其他异构系统集成。
现实中需要QCS系统能够与生产管理信息系统等其他第三方进行数据集成。而在物理上QCS一般和生产管理信息系统部署在不同的网络，它们之间往往会有防火墙隔离；且生产管理信息系统一般是基于Web软件系统，中控的PIMS软件即是如此。考虑到各应用的跨平台异构性，这种技术应该具备跨平台能力，并具有异构系统集成能力。WebService作为一项新的技术，以其跨平台、开放、简单、分布式等特点得到越来越广泛的应用[6]。它是一个平台独立的，松耦合的，自包含的、基于可编程的web的应用程序，可使用开放的XML标准来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序，是用于开发分布式的互操作的应用程序。并且提供了平台和语言无关性，可以轻松穿越防火墙，使得各个应用之间具有高度的低耦合性，易于集成。因此本设计采用WebService技术作为通讯中间件为整套解决方案的数据通信提供服务。系统架构及实现
基于以上分析，本文提出了一种基于OPC及WebService技术的QCS数据集成方案，其总体架构如图3.1所示。
图3.1 QCS数据集成系统架构图
本系统由三个组件构成，分别是QC数据采集器、QCS数据服务以及QCS数据展现控件。
QCS数据采集器（QCSDataCollector）作为OPC客户端，远程连接QCS系统的OPC服务器，从OPC服务器采集造纸生产过程中各参数的实时数据，并将采集到的数据转储到关系数据库当中。
QCS数据服务组件（QCSWebService）通过ADO技术访问关系数据库，并通过WebService标准通讯格式对外以SOAP协议提供数据服务，通过该服务可 3 以将QCS以开放的姿态为各异构系统提供数据支撑。基于该协议可为不同客户端提供数据服务，不论该系统采用何种语言和架构，只需支持SOAP协议即可通过QCS数据服务组件获取相应QCS实时/历史数据。
QCS数据展现控件（QCSDataView）作为一个标准的ActiveX控件，既可用于桌面应用程序，也可用于Web页面。组态期可以通过其属性页的配置对其数据组名、位号名、Web服务器地址、端口、显示形式等各项属性进行配置；运行期控件会根据其属性配置建立相应数据的查询请求，通过WebService提供的读取远程数据库数据服务，获取对应位号的实时及历史数据进行显示。显示效果如图3.2所示。为了便于操作与观察，该组件还实现了一系列对该控件操作的辅助功能，如：按下鼠标左键会显示距离鼠标所在位置最近的一个数据点对应的横、纵坐标值；在数据区按下鼠标右键并拖动会放大鼠标选中区域内的部分数据；在非数据区按下鼠标右键可以修改控件纵坐标跨度值等。
图3.2 QCS数据展现控件显示界面
该方案采用OPC技术，借助其规范统一的接口函数，可以实现QCS数据采集器与不同厂商、不同型号的造纸扫描架进行集成，进而实现远程读取扫描架各位号实时数据的功能，不仅易于系统的集成，而且提高了代码的可重用性，无需重复开发即可实现QCS系统的数据采集。
QCS数据服务采用WebService技术实现了跨平台、跨语言QCS数据提供服务，不仅降低了系统的复杂度及耦合度，而且提高了系统的稳定性及可重用性。可方便的被第三方异构系统无缝集成。
该方案通过采用OPC、WebService以及ADO等多项技术，成功实现了QCS数据接入DCS系统，实现了QCS数据在DCS的监控中以曲线或柱状图的形式动态的、直观的展示。如图3.3所示，即QCSDataView控件在DCS流程图中应用并实时显示QCS数据的监控画面。
图3.3 QCS数据展现控件在DCS中显示QCS数据 结语
综上所述，本文提出了一种基于OPC及WebService技术的QCS数据集成技术方案。该方案具有易于集成性、高稳定性、低耦合度及代码重用性等优点，成功实现了DCS与生产管理信息系统PIMS等异构系统的无缝集成，为造纸行业的用户提供了更加高效、可靠的解决方案，降低系统集成投入，避免信息孤岛，提高用户对QCS信息系统的投资回报，真正实现造纸行业的管控一体化。
参考文献
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陈挺，1981年出生，男，浙江温州人，2003年毕业于浙江大学电气工程及其自动化专业，获学士学位；2011年毕业于浙江大学工商管理专业，获硕士学位。从事自动化及信息化软件研发工作。