OPC－全开放控制系统的中间件技术

ISO就数据交换（通 信）制定了OSI（开放系统互连）的7层模型，来描述、表达数据传输及表示的属性与要求。但是，它不是一种标准或规范。就7层模型的下面4层一物理层、链 路层（网络层及传输层）而言，据此进行数据传输的通信协议的现场总线控制系统FCS就多达8种[1]，使人们莫衷一是[2]。至于7层OSI中的表示层与 会话层，在DCS及PLC中基本上不予采用。但据笔者理解，正是OPC基金会将这两层的功能作为基金会的规范予以确定，为用户提供了一个统一的系统平台。 OPC（OLE for Process Control）是一种中间件技术，旨在解决工业自动化领域的“信息孤岛”问题，即不同设备和系统之间的数据交换困难。OPC利用微软的COM（Component Object Model）和DCOM（Distributed Component Object Model）技术，提供了一种标准化的方式来实现不同厂商的控制系统和软件之间的数据共享。 在ISO的OSI七层模型中，虽然物理层、链路层、网络层和传输层定义了数据传输的基础，但实际应用中，如现场总线控制系统FCS的通信协议多种多样，导致兼容性问题。OPC基金会针对OSI模型的表示层和会话层进行了规范，将这两层的功能集成到其技术中，创建了一个统一的系统平台，使得用户可以忽略底层通信细节，专注于数据的获取和使用。 OPC技术的核心在于服务器和客户端的概念。OPC服务器，如图1所示的A、B、C，分别代表不同的设备或系统，它们按照OPC规范提供数据服务。客户端（应用程序X、Y）可以透明地与这些服务器交互，获取和写入符合OPC规范的数据。这种设计类似于III型仪表中的标准信号（如4-20mA或1-5V），使得设备间无需特定驱动即可协同工作。 典型的OPC结构如图2所示，当客户端应用程序需要访问不同来源的数据时，通过OPC服务器作为中介。服务器需要处理客户端的读写请求，了解数据的目标地址、数据类型、质量、时间戳等信息，并根据需求安排同步或异步访问。服务器通过多线程管理，将数据分解为一个个Item，每个Item对应数据的一个部分，如状态或值。OPC接口（如图1中的OPC Interface和图2中的OPC Automation Interface/OPC Custom Interface）则负责数据的封装和解封装，相当于在网络通信中实现表示层和会话层的功能，确保数据在传输过程中保持意义。 OPC Automation Interface是OPC基金会定义的标准接口，用于常规的接口转换，而OPC Custom Interface则允许在需要自定义接口功能时进行调整。通过这种方式，OPC技术能够适应不断变化的自动化需求，同时保持与不同设备和系统的兼容性。 OPC中间件技术通过标准化的数据访问方式，消除了不同自动化设备和系统间的通信障碍，提高了系统的互操作性和灵活性，降低了用户的集成成本。随着市场的竞争，越来越多的设备制造商将开发支持OPC规范的服务器，以满足客户对于全开放控制系统的期望。例如，National Instruments (NI)公司已经开发了适用于FF规范的OPC服务器，这表明OPC技术在工业自动化领域的应用正日益普及。