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OPC通讯协议介绍OPC （OLE for Process Control,用于过程把握的OLE）是一个工业标准，治 理这个标准国际组织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超过220家。遍布全 球，包括世界上全部主要的自动化把握系统、仪器仪表及过程把握系统的公司。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，用于过程把 握和制造业自动化系统。OPC全称是OLE for Process Control,它的消灭为基于Windows的应用 程序和现场过程把握应用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每 一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且 产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不 能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急迫需要一种具有高效性、牢靠性、 开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种状况下，OPC标准应运 而生。0PC标准以微软公司的OLE技术为根底，它的制定是通过供给一套标准的 OLE/COM接口完成的，在OPC技术中使用的是OLE 2技术，OLE标准允很多台微 机之间交换文档、图形等对象。COM是Component Object Model的缩写,是全部OLE机制的根底。COM 是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准，该标准将Windows下的对 象定义为独立单元，可不受程序限制地访问这些单元。这种标准可以使两个应用 程序通过对象化接口通讯，而不需要知道对方是如何创立的。例如，用户可以使 用C+语言创立一个Windows对象，它支持一个接口，通过该接口，用户可以访 问该对象供给的各种功能，用户可以使用Visual Basic, C, Pascal, Smalltalk 或其它语言编写对象访问程序。在Windows NT4. 0操作系统下，COM标准扩展到 可访问本机以外的其它对象，一个应用程序所使用的对象可分布在网络上，COM 的这个扩展被称为DCOM （Distributed COM）。通过DCOM技术和OPC标准，完全可以创立一个开放的、可互操作的把 握系统软件。OPC承受客户/效劳器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产时间等进展记录储存，以备调用。(6)操作记录功能。系统自动保存重要操作记录，如改动参数，操作设备 的操作员代号、时间、内容等。(7)实时数据曲线和历史数据曲线。对重要工艺参数可以进展实时曲线显 示，并记录历史数据曲线。(8)多级口令保护功能。在中心治理中心的任何一台监控计算机上可设定 不同操作权限，只有相应操作权限的操作员，在输入正确的口令后才可访问该级 画面。(9)打印功能。可进展报表打印、曲线打印、图形打印。4工程效果该工程于2022年5月份开头实施，2022年4月份设备移交厂方运行，其DCS 系统运行稳定牢靠无损坏状况。系统投入使用后，操作人员在中心治理中心就能 够全面了解整个工厂的运行情，DCS系统对泵及濯水器等主要设备能够依据预先 设定好的参数进展自动把握。整个系统只需中心治理中心操作人员就能够保证系统 的正常运行，大大降低了值班员的劳动强度。该系统的投运解决了以往污水处理厂 自动化程度低，全部设备均需手动操作，值班人员劳动强度大、操作易出错，出水水 质不稳定、生产过程无法集中监控的问题。该厂作为三峡库区第一批兴建的污水处 理厂，对三峡库区水质的保护起到了乐观的作用。各级政府领导屡次对该厂进展视 察和工作指导，对该厂的生产以及工艺水平赐予了良好的评价，取得了很好的社 会效益和经济效益。5结语PLC作为成熟的把握器其编程语言及系统构造具有统一性，便于把握系统的 调试及维护。虽然PLC把握算法相对单一，但是却很好的满足了污水生产工艺的 要求，在避开功能铺张的同时降低了系统造价。承受工业以太网技术，保证了通 讯网络良好的兼容性和稳定性，同时实现了通讯的高速化。以PLC为根底承受工 业以太网搭建的DCS把握系统，在污水处理厂的自动化把握中具有成熟牢靠，既 满足生产工艺要求，同时也降低了工程造价，具有很好的应用前景。在VC环境中使用定制接口开发0PC客户应用程序，下面是程序实现的关键 步骤。4. 1包含OPC头文件开发OPC客户应用程序，除了需要OPC接口外，还需要在程序中包含OPC标准库 文件，可以从OPC基金会网站( opcfoundation. org)下载这些文件：include “opcda_i. c " OPC 数据存取接口ttinclude “opcda.h " OPC 数据存取 2. 0 头文件#行。111心 uopccomn_i. c " OPC 公共接口定 义均11(21116 opccomn. h " OPC 公共头文件 4. 2初始化COM支持库由于OPC是基于COM技术制定，所以在使用接口类之前必需首先使用 CoInitialize(NULL)函数初始化COM库，假设成功，函数返回值等于S_ OK。 4. 3连接opc效劳器OPC客户能够连接到OPC效劳器上，并建立OPC组和OPC数据项，这是OPC数据 访问的根底，假设没有这个机制，数据访问的其它机能不行能实现4。连接OPC 效劳器，OPC客户需要事先指定计算机名(假设OPC效劳器和OPC客户不在同一 台计算机上)和OPC数据访问效劳器名(RSLRSView320PCTagServer)。实现代码 如下：ConnectToServer(/*in */LPOLESTR ProgID,/*in*/ BOOL IsRemote, /*out */ IUnknown *ppUnknown) (CLSID OPCCLSID;HRESULT hRet=CLSIDFromProglD(ProgID, &OPCCLSID);将字符串ProglD转换为唯一 OPCCLSID if(IsRemote)/opc效劳器和opc客户不在同一台计算机上 COSERVERINFO Serverinfo;memset(&ServerInfo, 0, sizeof(Serverinfo);Serverinfo. pwszName=T20LE( "ServerComouter“);MULTLQI qil;memset (qi, 0, sizeof (qi);qi0. plID=&IID_IUnknown;HRESULT hRet=CoCreatelnstanceEx(OPCCLSID, NULL, CLSCTX_REMOTE_SERVER, &ServerInfo, 1, qi);*ppUnknown二qi0. pltf;)else/opc效劳器和opc客户在同一台计算机上 (hRet=CoCreateInstance (OPCCLSID, NULL, CLSCTX_LOCAL_SERVER, IID JUnknown, (void *)ppUnknown);)4. 4创立OPC组lOPCServer接口的AddGroup方法可以创立一个有指定名称和属性的OPC组。在 调用该方法之前， 可以使用上一步得到的lunknown接口指针，通过 Queryinterface方法恳求lOPCServer接口指针。代码如下：ppUnknown-> Queryinterface(IID lOPCServer, (void *)&pServer);得到lOPCServer接口指针pServer->AddGroup (L“ TRUE, 500, 1235, HTimeBias, &fTemp, 0, &hOPCServerGroup, fedwActualRate, IIDIOPCItemMgt, & pOPCItemMgt);4. 5添加数据项lOPCItemMgt接口的Addltem方法可以添加具有特别属性的指定数量的数据项。pOPCItemMgt-> Additems(ItemNumber, ItemArray,(OPCITEMRESULT*)&p11emResu11, (HRESULT *)&pErrors);ItemArray为OPCTTEMDEF类型构造数组，它包含数据项的具体信息，客户需要 知道要进展交换的数据在RSView32标签数据库中的名称、数据类型及作为OPC 效劳器的RSView32工程名称。添加数据项之前，要用这些数据项信息对 ItemArray构造数组进展初始化。4. 6数据交换成功地增加完所需要的数据项后，OPC客户(VC应用程序)和OPC效劳器(RSView32) 就可以进展数据交换了。在数据量不大的状况下，可以使用lOPCSyncIO同步接口 的Write和Read两个方法进展数据的读写操作，从而实现OPC客户(VC应用程序) 和OPC效劳器(RSView32)之间的数据交换。代码如下：ppUnknown-> Queryinterface(IID_IOPCSyncIO, (void *)&pOPCSync);得到lOPCSyncIO接口指针pOPCSync->Read(OPC_DS_CACHE, ReadNumber, hServerRead, &pItemValue, &pErrors);读ReadNumber个数据pOPCSync-> Write(WriteNumber, hServerWrite, WriteValue, &pErrors);写WriteNumber个数据4.7释放接口指针在VC应用程序停顿运行之前必需使用Release方法删除已创立的OPC对象并释 放内存。5完毕语OPC技术标准把硬件供给商和应用软件开发者分别开来，使得双方的工作效率都有 了很大提高。软件开发商无需了解硬件的实质和操作过程，就能访问OPC数据效 劳器中的数据，尤其是开发商在已使用了组态软件进展实时监控的过程把握系统 根底上，用C+等高级语言开发系统时，大大简化了过去从设备传输数据的简洁 过程。在某铝厂的自动配料系统开发中，应用OPC技术便利地实现了 VC应用程 序和RSView32的数据交换，间接地实现了 VC应用程序与PLC的通信，获得了很 好的结果。厂家或第三方厂家，以OPC效劳器的形式供给应用户，解决了软、硬件厂商的冲 突，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。OPC效劳器通常支持两种类型的访问接口，它们分别为不同的编程语言环 境供给访问机制。这两种接口是：自动化接口 Automation interface)；自定 义接口(Custom interface)。自动化接口通常是为基于脚本编程语言而定义的 标准接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等编程语言开发OPC 效劳器的客户应用。而自定义接口是特地为C+等高级编程语言而制定的标准接口。 OPC现已成为工业界系统互联的缺省方案，为工业监控编程带来了便利，用户不用 为通讯协议的难题而苦恼。任何一家自动化软件解决方案的供给者，假设它不能 全方位地支持OPC,那么必将被历史所淘汰。1、在把握领域中，系统往往由分散的各子系统构成；并且各子系统往 往承受不同厂家的设备和方案。用户需要，将这些子系统集成，并架构统一的实 时监控系统。2、这样的实时监控系统需要解决分散子系统间的数据共享，各子系统 需要统一协调相应把握指令。3、再考虑到实时监控系统往往需要升级和调整。4、就需要各子系统具备统一的开放接口。5、OPC(OLE for Process Control)标准正是这一思维的产物。6、OPC 基于 Microsoft 公司的 Distributed interNet Application (DNA)构架和Component Object Model (COM)技术的，依据易于扩展性而设计 的。OPC标准定义了 一个工业标准接口。7、OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客 户/效劳器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC标准 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 保证软件对客户的透亮性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。8、OPC定义了一个开放的接口，在这个接口上，基于PC的软件组件能 交换数据。它是基于Windows的OLE对象链接和嵌入、COM部件对象模 型(Component Object Model)和 DCOM 分布式 COM (Distributed COM)技术。因而，OPC为自动化层的典型现场设备连接工业应用程序和办公室程序供给了一 个抱负的方法。OPC应用领域1、工控解决方案用户2、楼控解决方案用户3、工控解决方案厂商4、楼控解决方案厂商5、工控解决方案集成商6、楼控解决方案集成商7、 All Automation FieldsOPC是为了连接数据源（OPC效劳器）和数据的使用者（OPC应用程序）之 间的软件接口标准。数据源可以是PLC, DCS,条形码读取器等把握设备。随把 握系统构成的不同，作为数据源的OPC效劳器即可以是和OPC应用程序在同一台 计算机上运行的本地OPC效劳器，也可以是在另外的计算机上运行的远程OPC 效劳器。OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的把握设备的原始数据供给应 作为数据的使用者（OPC应用程序）的HMI （硬件监视接口）/SCADA（监视把握与数 据采集），批处理等自动化程序，以至更上层的历史数据库等应用程序，也可以 适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有 高厚度松软性的接口标准。OPC解决了什么？OPC诞生以前，硬件的驱动器和与其连接的应用程序之间的接口并没有 统一的标准。例如，在FA（FactoryAutomation）工厂自动化领域，连接PLC （Programmable Logic Controller）等把握设备和 SCADA / HMI 软件，需要不 同的FA网络系统构成。依据某调查结果，在把握系统软件开发的所需费用中， 各种各样机器的应用程序设计占费用的7成，而开发机器设备间的连接接口那么占 了 3成。此外，在PA （Process Automation）过程自动化领域，当期望把分布式把握系统（DCSDistributed Control System）中全部的过程数据传送到 生产治理系统时，必需依据各个供给厂商的各个机种开发特定的接口，例如，利 用C语言DLL （动态链路数据库）连接的DDE （动态数据交换）效劳器或者利用 FTP（文件传送协定）的文本等设计应用程序。如由4种把握设备和与其连接的监 视、趋势图以及表报3种应用程序所构成的系统时，必需花费大量时间去开发分 别对应设备A, B, C, D的监视，趋势图以及表报应用程序的接口软件共计要用 12种驱动器。同时由于系统中共存各种各样的驱动器，也使维护运转环境的稳定 性和信任性更加困难。而OPC是为了不同供给厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化， 使其间的数据交换更加简洁化的目的而提出的。作为结果，从而可以向用户供给 不依靠于特定开发语言和开发环境的可以自由组合使用的过程把握软件组件产 品。利用OPC的系统，是由依据应用程序（客户程序）的要求供给数据采集效 劳的OPC效劳器，使用OPC效劳器所必需的OPC接口，以及承受效劳的OPC应用 程序所构成。OPC效劳器是依据各个供给厂商的硬件所开发的，使之可以吸取各 个供给厂商硬件和系统的差异，从而实现不依存于硬件的系统构成。同时利用一 种叫做Variant的数据类型，可以不依存于硬件中固有数据类型，依据应用程序 的要求供给数据格式。利用OPC使接口标准化可以不依存于各设备的内部构造及它的供给厂 商来选用监视，趋势图以及表报应用程序。为什么开发自主OPC Server和OPC Gateway?1、国外原厂商的高价格2、国外原厂商面对工程的不机敏性3、国内工程中子系统的多样性难以供给DRIVER4、自主OPC效劳器追求的是稳定、实时、快速。5、众多子系统的不标准性6、总包工程在投标前后可能消灭的不全都性7、价格昂贵的原厂平台效劳器软件8、总包商集成是否投入大量的人力开发9、平台和子系统的兼容性 10、建立了 OPC平台和子系统的互通 n、解决厂商和集成商在工程集成的苦恼12、解决厂商和集成商分散资源进展二次开发13、解决工程中子系统厂商的困扰14、为上下位的数据通讯供给透亮的通道1例如系统的体系构造 图0本例中以OPC为例在上位机上插入CP5611 PLC 为 S7-300C. CPU313c-2DP(6ES7313-6CE00-OABO)二者通过 PROFIBUS 总线相 连。 2软件版本描述 需要软件SIMATIC NET V6. 0 SP4 PB S0FTNET-S7 3 组态3. 1在PC机上安装SIMATIC NET V6. 0 PC NCM后,翻开NCM组态一个PC STATION图1插入一个PC STATION以上为例，把站名改为OPC双击 CONFIGURATION进入组态画面，如图2图2在第一槽插入OPC SERVER在第四 槽中插入CP5611留意相应的版本号如本例中安装V6.0 SP4插入OPC SERVER和 CP5611时、选择SW V6. 0 SP4存盘编译后，在OPTIONS菜单下选择Configure Network单击OPC SERVER后，出来连接表，双击其中一格，建立S7-CONNECTION, 如图3图3连接的站选择UNSPECIFIED.点击APPLY进入具体组态画面图4图4 填入S7-300C的站号如6号站，点击Address Details组态CPU的槽号。图5S7- 300PLC, CPU槽号为2, S7-400CPU依据组态而定，假设连接通讯模块如CP342- 5cp443-5在这里也必需填上CPU的槽号。编译存盘，预备下载。3.2组态虚拟PC STATION,编译存盘后，配置虚拟PC STATION.于实际配置一样在第 一行添加APPLICATION图6进入虚拟PC STATION画面 图7第一行添加OPC SERVER INDEX表示行数NAME任意。进入配置网卡界面图8图9选择CP5611 的模式为CONFIGURED MODE INDEX为4行数配置完后退出。使能OPC S7协 议。图10图H进入STATION NAME为OPC与配置一样。图12图13在把 握面板中设置 PG/PCINTERFACE 为S70NLINE 指向 PCINTERNAL CP_L2_1 指向 CP5611 (PROFIBUS)下载PC配置信息到虚拟PC站中图14确认配置无误图15 3. 3 测试实际连线状态，在 SIMATIC NET CONFIGURATION CONSOLE 中2基于PLC的DCS把握系统在污水处理厂中的应用随着国民经济建设的快速进展，各级政府对环境保护更加关注，各地间续建了一大批污水处理厂。这些建的污水处理厂依据自身特点，对把握系统的 性能和价格提出了的要求。重庆市奉节污水处理厂承受CASS工艺对生活污水进展处理，日处理量为3 万吨。其DCS系统以高性价比的PLC为把握单元，承受商用计算机为监控站。整 个系统在实现生产自动化的状况下，有效降低了系统本钱，从2022年投产至今 运行状况良好。1生产工艺简介污水处理是一种连续的生化反响过程，有氧化沟工艺、AO、SBR、CASS等众 多不同的处理工艺。奉节污水处理厂所承受的污水处理工艺为型改进CASS (Cyclic Activated Sludge System,循环式活性污泥法)工艺，属于改进型 SBR工艺的一种，由格栅井、CASS池、鼓风机房、加药间、储泥池、脱水机房、 接触消毒池组成。该工艺具有以下特点：(1)可升降的浅水器最大限度降低了排水水流对底部沉淀污泥扰动。(2)抗冲击力强，对难降解有机物的去除效率高，同时具有脱氮除磷功能。(3)工艺流程短，占地面积小，建设费用低，运转费用省。(4)治理简洁，运行牢靠，出水水质好，无异味。(5)污泥产量低，污泥性质稳定，不发生污泥膨胀。2 DCS把握系统选型及硬件配置2. 1 DCS系统的选型重庆市奉节口前污水处理厂为三峡库区国债工程建设的第一批污水处理厂， 依据实际的工艺要求及建设特点，该工程对把握系统提出了如下要求：(1)受控设备把握点数在800点内。把握工艺较为简洁，但是我们所需要 的算法并不简洁，根本以时间把握和位式把握为主。(2)把握系统须成熟牢靠，便于调试和维护。(3)考虑到会有第三方产品，网络通讯及其协议须具备开放性和标准性。(4)测量设备和受控设备均为传统设备，根本不带现场总线通讯力气，所 以输入、输出把握还是以传统的I/O点为根底。(5)作为国债投资工程，尽可能在满足要求的前提下降低造价。经过比拟，该厂的自动化把握系统承受以PLC为根底的DCS把握系统，该系 统在满足生产要求的根底上其性能和价格上取得了很好的平衡。2. 2 基于PLC的DCS系统传统DCS是针对流程工业的仪表把握系统进展起来的，主要功能是实现连续 物理量的监视与调整。PLC是针对传统的继电器把握系统而进展起来的，主要功 能是实现开关量的规律把握。一般来说，PLC是一种局部的把握器，但随着应用规模的扩大以及工业以太 网的消灭，多台PLC能够互连起来而形成的较大把握系统。与单个的PLC相比有 几点重大的转变：1. ）在网络上挂接了在线的通用计算机，其作用一是实现系统组态、编程 和下装，二是在线监视被控过程的状态。这样，一个具有现场把握层和协调把握 层的DCS雏形就消灭了。2. ）在PLC中增加了模拟量I/O接口和数值计算功能，这样，PLC就不仅 可以完成规律把握，也可以完成模拟量监测及把握和混合把握的功能。3. ）越来越多的PLC厂家把专用的网络改成为通用的网络，这样就使PLC 有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的把握系统。上述几点转变使得PLC组成的系统具备了 DCS的形态。由于PLC产品已经进入 市场多年，其I/O接口、编程方法、网络通信都趋于标准化和适应开放系统的 要求，同时通过扩展能够增加现场总线通讯功能。加上PLC在价格上的优势，使 得PLC在分布式把握系统领域有着很重要的地位，在很多应用领域具有相当大的竞 争优势。4. 3奉节污水处理厂DCS系统配置及构成DCS 把握系统以工业以太网这种开放式的网络构造为根底，由三个下位把握 站PLCO、PLCI、PLC2站，1个上位工程师站、1个上位操作员站组成。其拓扑构 造如图1所不。/线制现场/光桁网络/10/I00M EthernetFLC1控制站PK2控制站- - - - - !：LMASS他、悟恻奸，憾能恰特加药间四U型外多模无料 ;”< <»»« <« »«><图1奉节口前污水处理厂系绩拓扑结构PLCO把握站安装在中心治理中心的大屏幕马塞克模拟显示屏内，通过 以太网采集各设备的状态信号并用RS232的通讯方式与马赛克屏通讯，将生产的 整个流程以及设备状态显示出来。PLC1安装在变配电所，负责把握格栅井、污水提升泵、沉砂池、1号CASS 池、2号CASS池、3号CASS池、鼓风机房、储泥池及流量井流量检测、接触消 毒池的局部检测把握、配电室的局部电力参数监测。PLC2安装于加药间。用于把握加药间的电磁阀、搅拌器、隔膜泵在内的全 套加药设备。中心治理中心的两台监控计算机承受DELL公司的OptiPlex系列台式机。 OptiPlex系列台式机定位于初级效劳器应用，在高性能的前提下其特地设计的钢 丝屏蔽层构造以及散热系统保证了系统的高牢靠性和稳定性。所承受的监控软件 是基于微软的Windows 2022平台的，商用机对操作系统的兼容性比工控机略好。该厂整个把握的系统信息交换层和把握层两层合一。承受先进的工业以太 网，具有高速牢靠的特点。工业以太网是以传统以太网为根底，针对工业把握的 要求，改进后的一种信息及把握网，具有一网到底和降低网络造价的特点。 3自控系统功能1监控软件监控软件承受开物2022软件，开物2022为北京华富慧通开发的一款通用监 控软件，该软件对OPC通讯方式支持较好。OPC (OLE for ProcessControl)是 基于 COM (Component Object Model)和 DCOM Distributed Component Object Model)技术的面对对象软件协议。OPC为现场设备、自动把握应用软件和企业 治理应用软件之间供给了开放、全都的接口标准，为来自不同供给商的软、硬件 供给“即插即用”的连接。本系统的监控软件和DCS硬件之间的通讯协议承受OPC方式，ROCKWELL的 RSLINX软件为OPC SEVER端而监控软件作为OPC CLIENT读取数据，承受该方式 通讯避开了监控软件对DCS系统驱动程序支持不完善的状况发生。3. 2把握方式X为便于操作调试和事故的紧急处理，系统把握方式分为三种：(1)就地手动方式。即通过就地把握箱或MCC上的按扭、开关操纵设备。(2)遥控方式。通过中心治理中心的两台计算机在手动模式下把握设备。 (3)自动方式。系统依据工况自动完成设备的启停、调整把握。遥控和就地把握方式的切换由MCC柜或就地把握箱完成；自动方式和遥控方 式的切换由两台监控计算机完成。3. 3监控功能两台计算机分别作为操作站和工程师站相互备用，设置于中心治理中心，对 全厂工艺设备运行状况、运行参数进展集中监控，遥控现场设备。监控计算机通 过集成的1000M网卡与PLC系统经工业以太网进展数据交换。主要功能：(1)工艺流程监控功能。系统能按工艺要求对污水处理的各环节参数及设 备状态进展监视，同时依据工艺要求选择自动、挨次、定时等把握方式。(2)报警及报警记录功能。当设备发生事故时，系统将在计算机、马赛克 大屏幕、就地把握箱上进展报警指示。同时计算机将对所发生的报警内容、时间 及确认时间进展记录。在计算机上还可进展语音报警。(3)联锁保护功能。当系统检测到局部故障后启动相应的联锁保护程序。(4)参数设定功能。可在中心治理中心的任何一台监控计算机或现场把握 站的人机界面上进展报警上下限、调整参数、运行时间等参数的设定。(5)数据记录存储功能。系统可对重要数据如工艺参数、工况、设备运行