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1. 前言
    在企業(yè)"管控一體化"的信息系統(tǒng)建設(shè)中，實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)起著非常重要的作用。它可以采集控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使管理者在辦公室里就可以監(jiān)測(cè)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況及報(bào)警信息；并可以對(duì)取得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、降低成本提供重要基礎(chǔ)。作為制造執(zhí)行系統(tǒng)，MES必然要求與企業(yè)其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)有密切關(guān)系，MES在其中起到了信息集線器（Information Hub）的作用，它相當(dāng)于一個(gè)通訊工具為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

    作為信息集線器的MES要將來(lái)自不同硬件生產(chǎn)廠商的控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)匯總在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，必須要和不同的設(shè)備，比如PLC,變頻器，現(xiàn)場(chǎng)總線的儀表等通訊，如果不同的設(shè)備廠家都遵守一個(gè)相同的程序接口標(biāo)準(zhǔn)的話，那么程序和不同設(shè)備的溝通將變得非常容易。OPC 就是這樣一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是OLE for process control 的英文縮寫。OPC 是基于微軟的COM(Component Object Model)和OLE(Object Linking and Embedding)技術(shù)之上的。和以前不同的是，現(xiàn)在設(shè)備廠家提供不同的OPC Server。OPC Server負(fù)責(zé)從設(shè)備中取數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)。用戶所要做的就是利用統(tǒng)一的COM 規(guī)范編寫OPC Client。客戶程序和OPC Server 打交道。OPC Server是一座在客戶和硬件設(shè)備之間的橋梁，通過(guò)它，我們可以很容易的取得現(xiàn)場(chǎng)的溫度，壓力，流量，位置等信號(hào)，以及控制現(xiàn)場(chǎng)的閥門開度，電機(jī)轉(zhuǎn)速等。注意客戶程序和服務(wù)器程序可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，也可以在不同的計(jì)算機(jī)上，區(qū)別是使用COM 還是使用DCOM。

2. 項(xiàng)目背景
     我們開發(fā)的OPC服務(wù)器的項(xiàng)目背景是貴鋁熱電廠的數(shù)據(jù)上網(wǎng)項(xiàng)目。此項(xiàng)目中的一個(gè)子項(xiàng)目需要將現(xiàn)場(chǎng)的一些重要輔機(jī)的溫度值上傳至熱電廠的熱網(wǎng)之中。在數(shù)據(jù)的接口上我們選擇使用OPC作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，因此我們?cè)谳o機(jī)溫度巡檢系統(tǒng)中需要實(shí)際開發(fā)其相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器，用于和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通訊以便于將數(shù)據(jù)上傳至熱電廠的熱網(wǎng)之中。以下我以此項(xiàng)目為例來(lái)介紹OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器的開發(fā)過(guò)程。服務(wù)器的開發(fā)工具通常是在VC6環(huán)境中使用MFC類庫(kù)搭配ATL，我選擇了Delphi7。因?yàn)镈elphi是功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)工具。它具有功能強(qiáng)大，運(yùn)行速度快，易于學(xué)習(xí)和使用以及開發(fā)效率高等特點(diǎn)。它是可視化應(yīng)用編程環(huán)境，可重用性面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，快速編譯器和數(shù)據(jù)庫(kù)的完美組合。編寫OPC定制接口的客戶程序的本質(zhì)就是編寫COM客戶程序，而使用Delphi進(jìn)行COM開發(fā)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)Object Pascal為COM提供了強(qiáng)大的語(yǔ)言支持。

圖表 1 輔機(jī)溫度巡檢網(wǎng)絡(luò)連接圖

3. OPC服務(wù)器的結(jié)構(gòu)
    
    下面首先給出OPC服務(wù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

                         圖表 2 OPC服務(wù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
   
    OPC規(guī)范提供了兩套接口方案，即COM接口和自動(dòng)化。COM接口效率高，通過(guò)該接口，客戶能夠發(fā)揮OPC服務(wù)器的最佳性能，采用C++語(yǔ)言的客戶一般采用COM接口方案；自動(dòng)化接口一般為采用VB語(yǔ)言的客戶所采用。自動(dòng)化接口使解釋性語(yǔ)言和宏語(yǔ)言編寫客戶應(yīng)用程序變得簡(jiǎn)單，然而自動(dòng)化客戶運(yùn)行時(shí)需進(jìn)行類型檢查，這一點(diǎn)則大大犧牲了程序的運(yùn)行速度。OPC服務(wù)器必須實(shí)現(xiàn)COM接口，是否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化接口則取決于供應(yīng)商的主觀意愿。通常可以直接使用OPC基金會(huì)提供的OPC自動(dòng)化包裝DLL（OPCDAAuto.DLL），將OPC定制接口變換成OPC自動(dòng)化接口。當(dāng)然也可以自己編制自動(dòng)化包裝器。
 

圖表 3 OPC服務(wù)器通過(guò)自動(dòng)化包裝器提供OPC自動(dòng)化接口

4. OPC服務(wù)器對(duì)象模型
    OPC服務(wù)器由三類對(duì)象組成，相當(dāng)于三種層次上的接口：服務(wù)器（Server）、組（Group） 和數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）。

1) 服務(wù)器對(duì)象（Server）
    擁有服務(wù)器的所有信息，同時(shí)也是組對(duì)象（Group）的容器，一個(gè)服務(wù)器對(duì)應(yīng)于一個(gè)OPC Server，即一種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。在一個(gè)Server中，可以有若干個(gè)組。

2) 組對(duì)象（Group）
    擁有本組的所有信息，同時(shí)包容并邏輯組織OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）。

    OPC組對(duì)象（Group）提供了客戶組織數(shù)據(jù)的一種方法，組是應(yīng)用程序組織數(shù)據(jù)的一個(gè)單位。客戶可對(duì)之進(jìn)行讀寫，還可設(shè)置客戶端的數(shù)據(jù)更新速率。當(dāng)服務(wù)器緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，OPC將向客戶發(fā)出通知，客戶得到通知后再進(jìn)行必要的處理，而無(wú)需浪費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行查詢。OPC規(guī)范定義了兩種組對(duì)象：公共組（或稱：全局組，public）和局部組（或稱：局域組、私有組，Local）。公共組由多個(gè)客戶共有，局部組只隸屬于一個(gè)OPC客戶。全局組對(duì)所有連接在服務(wù)器上的應(yīng)用程序都有效，而局域組只能對(duì)建立它的Client有效。一般說(shuō)來(lái)，客戶和服務(wù)器的一對(duì)連接只需要定義一個(gè)組對(duì)象。在一個(gè)組中，可以有若干個(gè)項(xiàng)。

3) 項(xiàng)
    項(xiàng)是讀寫數(shù)據(jù)的最小邏輯單位。一個(gè)項(xiàng)與一個(gè)具體的位號(hào)相連。項(xiàng)不能獨(dú)立于組存在，必須隸屬于某一個(gè)組。在每個(gè)組對(duì)象中，客戶可以加入多個(gè)OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）。OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)是服務(wù)器端定義的對(duì)象，通常指向設(shè)備的一個(gè)寄存器單元。OPC客戶對(duì)設(shè)備寄存器的操作都是通過(guò)其數(shù)據(jù)項(xiàng)來(lái)完成的，通過(guò)定義數(shù)據(jù)項(xiàng)，OPC規(guī)范盡可能的隱藏了設(shè)備的特殊信息，也使OPC服務(wù)器的通用性大大增強(qiáng)。OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)并不提供對(duì)外接口，客戶不能直接對(duì)之進(jìn)行操作，所有操作都是通過(guò)組對(duì)象進(jìn)行的。每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括三個(gè)成員變量：數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)質(zhì)量和時(shí)間戳。數(shù)據(jù)值是以VARIANT形式表示的。應(yīng)當(dāng)注意，數(shù)據(jù)項(xiàng)表示同數(shù)據(jù)源的連接而不等同于數(shù)據(jù)源，無(wú)論客戶是否定義數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)源都是客觀存在的。可以把數(shù)據(jù)項(xiàng)看作數(shù)據(jù)源的地址，即數(shù)據(jù)源的引用，而不應(yīng)看作數(shù)據(jù)源本身。組與項(xiàng)的關(guān)系如下圖所示：

圖表 4 OPC服務(wù)器的對(duì)象模型

    應(yīng)用程序作為OPC接口中的Client方，硬件驅(qū)動(dòng)程序作為OPC接口中的Server方。每一個(gè)OPC Client應(yīng)用程序都可以接若干個(gè)OPC Server，每一個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)程序可以為若干個(gè)應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)。

5. OPC服務(wù)器對(duì)象接口
    OPC服務(wù)器是通過(guò)接口向客戶提供服務(wù)的，接口實(shí)際上是一組相關(guān)函數(shù)的集合。

（1） OPCServer對(duì)象接口
OPCServer對(duì)象是OPC中的首要對(duì)象，它提供了如下接口：
IUnknown接口是COM的標(biāo)準(zhǔn)接口
IOPCServer接口可對(duì)OPCGroup對(duì)象進(jìn)行有關(guān)操作
IOPCServerPublicGroups接口為客戶和服務(wù)器提供了管理公共組的功能
IOPCBrowseServerAddressSpace接口提供了客戶瀏覽服務(wù)器數(shù)據(jù)項(xiàng)的功能
IOPCItemProperties接口讓客戶能夠?yàn)g覽與ItemID相關(guān)的可訪問(wèn)屬性
IOPCCommon接口提供了設(shè)置和詢問(wèn)LocaleID的功能
IPersistFile接口允許客戶裝載和保存服務(wù)器的配置信息
IConnectionPointContainer接口允許用戶探查發(fā)現(xiàn)連接點(diǎn)

6. OPC服務(wù)器的Delphi實(shí)現(xiàn)
    本項(xiàng)目的輔機(jī)溫度巡檢OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器使用Delphi7開發(fā)，其遵守OPC Data Access 2.05規(guī)范。本服務(wù)器功能如下：
    服務(wù)器的注冊(cè)與反注冊(cè)
    定時(shí)讀取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并更新數(shù)據(jù)緩沖池
    OPCServer對(duì)象的實(shí)現(xiàn)
    OPCGroup對(duì)象的實(shí)現(xiàn)
    服務(wù)器的界面顯示

     程序?qū)崿F(xiàn)如下：
（1） 服務(wù)器的注冊(cè)與反注冊(cè)
OPC服務(wù)器必須按照規(guī)范要求正確注冊(cè)才能被OPC客戶訪問(wèn)。OPC服務(wù)器按照組件模式可以劃分為進(jìn)程內(nèi)組件、進(jìn)程外組件。不同模式的服務(wù)器注冊(cè)的方法稍有差異。
    通常OPC服務(wù)器要求的標(biāo)識(shí)格式為：Vendor.Drivername.Version
    我的溫度巡檢OPC服務(wù)器的標(biāo)識(shí)為：HUA.DA2.1
    按照OPC規(guī)范要求，我的OPC服務(wù)器在系統(tǒng)注冊(cè)表中建立如下注冊(cè)表項(xiàng)：
    1至6項(xiàng)對(duì)于不同模式的服務(wù)器均需要：
1. HKEY_CLASSES_ROOT\Vendor.Drivername.Version = A Description of your server
2. HKEY_CLASSES_ROOT\Vendor.Drivername.Version\CLSID = {Your Server's unique CLSID}
3. HKEY_CLASSES_ROOT\Vendor.Drivername.Version\OPC
4. HKEY_CLASSES_ROOT\Vendor.Drivername.Version\OPC\Vendor =Your vendor name
5. HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{Your Server's unique CLSID} = A Description of your server
6. HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{Your Server's unique CLSID}\ProgID = Vendor.Drivername.Version
7至8項(xiàng)根據(jù)服務(wù)器的模式進(jìn)行選擇注冊(cè)：
7. HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{Your Server's unique CLSID}\InprocServer32 = Full Path to DLL
8. HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{YourServer's unique CLSID}\LocalServer32 = Full Path to EXE
9. HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{YourServer's unique CLSID}\InprocHandler32 = Full Path to DLL
步驟1的代碼示例如下：
aReg:=nil;
 try
  aReg:=TRegistry.Create;
  aReg.RootKey:=HKEY_CLASSES_ROOT;
  aReg.OpenKey(HUA.DA2.1,true);
  aReg.WriteString('','HUA Data Access Server Version 2.0');
 finally
  aReg.CloseKey;
  aReg.Free;
 end;
    此外，還應(yīng)根據(jù)規(guī)范創(chuàng)建組件的分類信息，以便與組件分類管理。對(duì)于數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器規(guī)范提供的組件類別為：
"OPC Data Access Servers Version 1.0"
CATID_OPCDAServer10 = {63D5F430-CFE4-11d1-B2C8-0060083BA1FB}

"OPC Data Access Servers Version 2.0"
CATID_OPCDAServer20 = {63D5F432-CFE4-11d1-B2C8-0060083BA1FB}
    創(chuàng)建類別的程序代碼為：
CreateComponentCategory(CATID_OPCDAServer20,'HUA OPC Data Access');
RegisterCLSIDInCategory(CLASS_HUA_DA2,CATID_OPCDAServer20);

    實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的反注冊(cè)就簡(jiǎn)單了，逐一清除掉以上所建立的注冊(cè)表項(xiàng)即可：
aReg:=nil;
 try
  aReg:=TRegistry.Create;
  aReg.RootKey:=HKEY_CLASSES_ROOT;
  aReg.DeleteKey(name);
 finally
  aReg.CloseKey;
  aReg.Free;
 end;
    還應(yīng)刪除自己組件類別信息
UnRegisterCLSIDInCategory(CLASS_HUA_DA2,CATID_OPCDAServer20);
UnCreateComponentCategory(CATID_OPCDAServer20,'HUA OPC Data Access');

（2） 定時(shí)讀取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并更新數(shù)據(jù)緩沖池
    OPC服務(wù)器本身就是一個(gè)可執(zhí)行程序，該程序以設(shè)定的速率不斷地同物理設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器內(nèi)有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，其中存有最新的數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)質(zhì)量戳和時(shí)間戳。時(shí)間戳表明服務(wù)器最近一次從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間。服務(wù)器對(duì)設(shè)備寄存器的讀取是不斷進(jìn)行的，時(shí)間戳也在不斷更新。即使數(shù)據(jù)值和質(zhì)量戳都沒(méi)有發(fā)生變化，時(shí)間戳也會(huì)進(jìn)行更新。客戶既可從服務(wù)器緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，也可直接從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，從設(shè)備直接讀取數(shù)據(jù)速度會(huì)慢一些，一般只有在故障診斷或極特殊的情況下才會(huì)采用。

    OPC客戶和OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互可以有兩種不同方式，即同步方式和異步方式。同步方式實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，當(dāng)客戶數(shù)目較少而且同服務(wù)器交互的數(shù)據(jù)量也比較少的時(shí)候可以采用這種方式；異步方式實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，需要在客戶程序中實(shí)現(xiàn)服務(wù)器回調(diào)函數(shù)。然而當(dāng)有大量客戶和大量數(shù)據(jù)交互時(shí)，異步方式能提供高效的性能，盡量避免阻塞客戶數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并最大可能地節(jié)省CPU和網(wǎng)絡(luò)資源。

    本服務(wù)器的數(shù)據(jù)緩沖池的數(shù)據(jù)格式是按照OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)范中的     OPCITEMSTATE格式設(shè)計(jì)的。
type
  TOPCItem=record
    strID:string;//點(diǎn)的ID編號(hào)
    bActive:longbool;//點(diǎn)的激活狀態(tài)
    ItemState:OPCITEMSTATE;//點(diǎn)的客戶訪問(wèn)項(xiàng)
end;

type 
OPCITEMSTATE = record
    hClient:              OPCHANDLE;//點(diǎn)的客戶句柄
    ftTimeStamp:          TFileTime;//點(diǎn)的時(shí)間戳
    wQuality:             Word;//點(diǎn)的品質(zhì)
    wReserved:            Word;//保留
    vDataValue:           OleVariant;//點(diǎn)的值
  end;
    本溫度采集項(xiàng)目選用研華的亞當(dāng)4000系列模塊，OPC服務(wù)器通過(guò)計(jì)算機(jī)串口與ADAM-4520模塊連接，這是一塊隔離RS232到RS422/485轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)場(chǎng)模塊通過(guò)485總線與其連在一起。數(shù)據(jù)的采集方式如下圖所示

（5） 服務(wù)器的界面顯示
    OPC服務(wù)器的主要功能在于數(shù)據(jù)的傳遞，它常常并不需要過(guò)多的人機(jī)交互過(guò)程。項(xiàng)目中的OPC服務(wù)器只是為了調(diào)試的方便，在界面中通過(guò)兩個(gè)按鈕向用戶提供了服務(wù)器的注冊(cè)與反注冊(cè)功能。在服務(wù)器中還顯示了所連接的OPC客戶數(shù)和OPC客戶創(chuàng)建的OPC組數(shù)目，以及數(shù)據(jù)緩沖池中的數(shù)據(jù)更新情況。

7. 結(jié)語(yǔ)
    總的來(lái)說(shuō)，進(jìn)行OPC服務(wù)器程序的開發(fā)就是嚴(yán)格按照OPC規(guī)范編寫各種接口函數(shù)來(lái)向客戶提供服務(wù)，在定時(shí)更新緩沖池中的數(shù)據(jù)的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)緩沖池中的數(shù)據(jù)提供較快的查詢服務(wù)從而減少系統(tǒng)延遲。