OPC 技术在建筑智能化系统中的应用

马占敖，张立辉，杨 佳

（吉林建筑工程学院，长春 130000）

随着信息技术的发展，智能建筑大大提高了自动化与信息化水平，智能建筑集成管理系统（IBMS）的实现已成为当今智能建筑的热点。其集成的目标是实现以楼宇自动化系统（BAS）为重点，广泛涉及通信系统（CNS）与办公自动化系统（OAS）。建筑智能系统集成［1］的核心技术是在一个共同软件平台上，实现各个子系统之间信息交换，对各集成子系统实现统一的管理和监控。这主要体现在通过计算机局域网技术和开放式数据库技术实现不同系统所产生的数据共享。这种共享首先应关注各集成子系统之间的互联性和互操作性问题，此外还应关注系统联动实现问题和数据记录、综合分析与优化处理等数据管理问题，因此是更高一个层面的集成即IBMS系统。

IBMS是建筑智能化系统的总管家，它可以起到调度和控制作用，实际上，IBMS是一个软件系统，不带任何设备（除主控计算机外）。IBMS通过各个智能化系统的中央系统执行机构工作，显示受控设备的状态，同时可以控制任何可以控制的设备，并能把各个智能化系统整合在一起，达到最大限度的数据共享和信息交换，这就是IBMS的真正含义。能否方便、灵活地接入各种差异极大的子系统，是IBMS系统软件设计和实现的一个重要问题，正是为了解决这个问题，产生了OPC［2］技术。当集成各系统的所有自动化部件以公认的OPC标准技术制造，符合公认的OPC标准结构，各厂家的产品可以互相替代，实现互操作，这样可以避免整个系统工程由一个生产厂家提供产品，造成费用昂贵和维护不便的缺点。

1 OPC技术的特点

OPC的全称是Objecct Lin King and Embedding（OLE）for Process Control，OPC是 OLE在过程控制中的应用，它是由DDE、OLE、DCOM等技术发展而来的。

1.1 DDE（Dynamic Data Exchange）

DDE（动态数据交换）是一种在 Windows各应用程序之间交换数据的技术。DDE允许Windows各应用程序之间通过剪贴板来进行数据交换。但采用DDE进行数据交换有一个很大的缺点，即数据传递是静态的，也就是说拷贝的另一个应用程序中的数据与原来的应用程序不再有任何关系。

采用DDE数据交换的另一个局限性是处理数据交换的功能差，目标应用程序必须知道怎样处理原程序提供的数据。

由于DDE的局限性，现在已由更强有力的对象链接与嵌入OLE技术所取代。

1.2 OLE

OLE定义并实现了一种允许应用程序链接到其他作为软件对象中去的通信规程，其中包括数据采集和数据处理等相关功能。这种通信链接规程和协议叫做部件对象模式（COM，Component Object Model）。OLE部件对象模式是建立在部件的概念之上的。一个部件实际上就是一块可重复使用的软件，这个部件可以被嵌入到来自其他软件供应商所提供的部件中去。

由于OLE的优良性能，使其应用范围不断扩大。在局域网与Internet上的应用，促使OLE的功能进一步加强，并长生DCOM技术。

1.3 DCOM

DCOM是增强OLE的网络版。DCOM允许应用程序之间通过网络实现数据交换。可以在网络上的不同应用程序之间产生链接，但连接的编码必须在本地机器上运行。DCOM允许链接编码在其他机器上运行，甚至可以在远程的机器上运行。其优点与Internet的优点相似，Internet的链接是代码运行在Web服务器而不是在本地机器上，……

2 OPC技术的设备互联

OPC是增强OLE和部件对象模式（COM）技术应用于过程控制领域，并涉及接口技术的标准。目前控制领域不同软件开发商提供的软件产品互相之间很难沟通，缺乏设备或子系统互相沟通的技术标准与工具，故急需改进开发环境。时代的发展与集成任务的提出，使各子系统的监控不应再是独立的，信息要相互通信、资源要共享，进而实现更高档次的协调控制和优化管理。在此形势背景下，OPC技术应运而生。

目前，大量的软件开发商只提供不开放的、独立开发能传输数据的“驱动器”。每个软件公司都要为不同的硬件供货商书写驱动器，需要重复开发，另外各供货商的驱动器之间互不兼容，为应用带来许多不便。如图1所示，监视应用软件需要分别编制与设备A至设备D通信的接口程序，才可以与各设备进行通信。

图1 设备互联需要各自的软件驱动器

从图1中可以看到，4种控制设备和与其连接的监视、趋势图及报表3种应用程序所构成的系统，必须花费大量的数据区开发不同设备与不同的应用程序的接口及其各种驱动器。这样造成系统复杂，会使程序稳定性受到影响。

OPC则解决了上述问题，使不同供应商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，使他们之间的数据交换简单。使用了OPC的控制系统如图2所示。

图2 应用OPC设备进行互联

由图2可见，利用OPC技术开发标准的OPC服务器来代替I/O设备驱动软件，OPC可以充当现场设备、数据传输和向上层的应用程序的接口。当作为下层现场设备的标准接口时，它代替传统“I/O驱动器”来完成与现场设备通信。当作为数据传输服务器时，实际上是一个I/O驱动器。当OPC服务器向上层应用程序提供标准接口时，使上层的应用程序能够取到OPC服务器中的数据，从而向上实现互换。

3 OPC在建筑智能化系统集成的应用模型

将OPC技术应用到建筑智能化［3］系统集成中，应用模型［4］框图如图3所示。

在图3所述的模型中，集成平台担任集成系统管理者的角色，负责收集这个系统的数据，处理与各子系统间的通信，并能提供集中的决策和控制。这些功能都由集成平台的各个对象完成，其概念模型主要分为3层：

（1）数据通信层，由BAS、CNS和OAS客户端接口组成，它使用标准OPC接口与各子系统的对象进行交互，完成最基本的任务，即采集各子系统的状态、日志、开关信号等数据；

（2）分析可控层，由数据库管理对象、日志管理对象、系统管理对象、系统状态管理对象等组成，它将从数据通信层得到的数据进行分析、整理和过滤，生成报表、日志和控制信号；

（3）辅助决策层，由联动管理对象、用户接口对象和辅助决策对象组成，它可在数据分析基础上提供辅助决策能力。子系统对象是集成模型的重要一环，它的功能主要是封装该子系统的状态和报警信息，使用定义好的标准信息格式和标准接口与集成平台进行通信；接受来自平台的控制信息，通过对该子系统的文件、数据库和应用程序的系统调用来完成其控制，同时避免现场设备直接接入集成平台而增加系统负担。

图3 应用模型框图

在子系统操作站与现场设备之间，各子系统通过OPC客户接口与具有标准OPC客户服务接口现场设备实现数据交互，而集成管理平台通过OPC客户端接口与子系统实现数据交互，从而达到控制和管理的目的。

4 结语

在建筑智能化系统集成初期，设备生产商提供一系列协议翻译器，以便将具有不同协议的设备数据集成，以实现资源共享。应用程序接口（API）是实现上述目标的主要手段之一，其缺点是必须针对具体的设备，解决互联语继承问题。OPC技术为实现建筑智能化各弱电系统在实时控制域与信息管理域的全面集成创造了良好的软件环境。OPC等一系列标准化进程的发展，将使系统集成变为真正的“即插即用”的集成。

［1］周洪，邓其军，郭爱文.智能大厦控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2007：2－5.

［2］龚威.楼宇自动控制技术［M］.天津：天津大学出版社，2008：204－207.

［3］张瑞武.智能建筑系统集成及其工程实施［M］.北京：清华大学出版社，2000：60－75.

［4］徐志勇.用OPC实现IBMS的信息集成［J］.自动化技术应用，2002（2）：45－55.