OPC技术在工业网络控制系统中的应用

文/杨虎 乔立慧

随着社会与科技不断发展进步，为了满足日渐增长的工业生产发展需要与市场需求，多数企业都在建设或进行设备更新换代时，都会逐渐采用多种自动化系用，但是由于开发商与标准不同的原因导致各设备之间接口不相容，难以实现工业网络控制系统的正常运行，而OPC技术作为一种工程标准，则能够有效解决这一问题。

1 OPC接口技术在工业网络控制中的应用

1.1 OPC服务器对象与接口

在OPC服务器中，其服务对象主要包括以下三类：OPC服务器、OPC组、与OPC项。在这三个对象当中，每一个对象都包含着多个接口，并且在系统中的数据只能够通过这三个对象中的不同接口来进行访问。而在OPC服务器运行过程中，客户程序只需要利用接口直接将其与OPC服务其对象相连，就能够利用服务器对象中所创造出的指针将所需OPC组对象与客户程序相连，提供对象数据供客户程序利用。仅通过管理OPC组便能够实现对OPC项的管理访问，既能够提高信息存取速率，又能够优化系统管理程序。

OPC自定义接口与OPC自动化接口是OPC服务器最常用的两种接口，一般使用客户端程序进行访问，该客户端主要采用C/C++等语言进行编写。在实际的操作工程中，人们更多使用的是自动化接口，这是由于自动化接口配置的连接更加便捷，但是值得注意的是，自动化接口并不是所有OPC服务器都具备的，对于还使用着自定义接口的服务器，要将其进行进一步封装才能够转化成为自动化接口。

1.2 OPC数据访问服务器

OPC数据访问服务器、OPC报警和事件服务器、OPC历史数据访问服务器以及OPC批量服务器是OPC规范中所规定的几种服务器。利用控制网络与VB特点，选择最基本的OPC服务器就能够使实际使用需要得到满足。这几种服务器都能够对工业系统实现网络控制，对诸如温度、转速、设备状态信息等内容进行收集分析，供工作人员参考，并能够利用服务器对网络控制系统下达指令，实现对工业系统的实际控制。

1.3 基于OPC技术的控制网络集成方案设计

以OPC技术为基础，能够利用工业以太网实现工业控制网络集成，因此能够利用OPC技术搭建起两级控制网络的拓扑结构。在该结构中，主要分为四个部分：第一是现场设备层，主要进行现场数据、操作指令、参数以及信号等内容的收发工作，利用OPC服务器在系统与监控平台间传递；第二是数据服务层只要用来存取数据以及实施现场监控；第三是以太网层，主要负责上层通讯工作，使该结构具有良好稳定性以及实时性；第四是监控层，主要实现监控设备与通讯设备的交互。除此以外客户端也是系统中不可或缺的一部分，是所有活动的发起者。

2 OPC技术在工业以太网中的应用

在此方面的OPC技术设计方案上，OPC服务器利用相应的设备与以太网模块相连接，再通过专门的开发编程软件进行配置，在具体的操作过程中要先明确以太网的通讯网络标准、再配置好工业以太网协议，最后完成OPC对象的设置。而在OPC客户端程序设计上，可以选用在此领域中使用较多的自定义接口，但是由于此接口的较复杂，其开发周期较长，所以也可以选用VB来开发客户端，虽然采用VB后，系统效率下降，传输速度减慢，但是优势是其配置简单，进行开发时只需要懂得VB的基本编写方法即可，其主要程序有：变量声明、类模块建立、创建OPC变量函数、连接OPC服务器对象、添加OPC组对象并在其中添加OPC数据项等。

在以太网的通讯接口实现方面，由于其接口设计是OPC数据存储服务器用于以太网控制系统的关键，且该控制系统不同于普通局域网系统，所以必须从可靠性考虑与实时性两个角度进行考虑，以保证OPC技术能够在以太网领域顺利运行。就可靠性来说，为降低开发难度，可以利用以太网支持TCP/IP协议的特点，使用SOCKET套接字开发通信程序，在进行具体编程时，主要以有流式套接字和数据报套接字两种为主，并且两种形式分别对应面向连接与非面向连接：当采用TCP协议进行面向连接时，由于TCP协议是基于抽象概念所建立的，在进行通讯时需要虚电路的两个端点共同同意连接才能够实现通讯且在通讯过程中会将序列进行划分，所以既能够有效提高传输效率与流量控制效果，又能够增强数据传输的可靠性；当采用UDP协议进行非面向连接时，由于无连接数据报传输服务可靠性较低，因此会出现报文丢失、乱序等现象，与面向连接相比实用性较低。就实时性来说，可以从两方面进行保证：一方面，以太网的结点数目、控制网络流量等内容是影响数据传输的主要因素，因此要对其进行限制，使总线的工作负担减轻，从而保证实时性；另一方面，可以在OPC数据存储器中建立专用线程，主要用于客户程序的请求连接，在出现请求时创建出另外线程完成通信，以此保证数据传输实时性。

3 OPC技术在工业网络控制中的一些其他应用

3.1 构建工业控制系统统一设备控制平台

目前，计算机技术已经广泛运用在工业网络控制系统当中，使工业产业升级发展方面获得了长足进步，但在产业升级的同时，也对其技术性提出了更为严格的要求，工业系统要更加完善才能够满足工业发展的需要。DCS作为一种在集中式控制系统的基础上发展演变而来的集散式控制系统，其各项功能已经得到了逐步的完善，规模也随着时间的推移而逐渐扩大，但是正因如此，此项系统的结构也越来越复杂，在这些结构即系统组成当中存在个各种各样不同的程序与硬件设备，此类设备又大多由几家甚至几十家厂商分别进行生产，并且由于各个厂商之间缺乏明确的统一生产标准，导致各设备之间、设备硬件与软件之间难以配套与兼容，使得每种设备上都需要使用不同的驱动程序进行驱动才能够正常工作。如此混乱的设备标准以及繁复的驱动程序与操作方法都会给控制系统的升级维修以及兼容性带来巨大麻烦，例如每一次的硬件设备升级，相应的驱动程序也必须进行相应升级才能够继续满足硬件设施的工作需要，并且也会给工业网络控制系统的安全稳定运行带来一定风险。但是利用OPC技术，能够对接口标准进行统一，并在此基础上，包括硬件设备和软件开发的各方开发者都能够通过此项标准进行开发工作，仅利用通用接口便能够完成复杂的数据交换，摆脱原本繁复的设备连接程序，在各种设备之间建立起一个统一的设备控制平台，是用户对于设备的型号选择与功能扩充更加方便。

3.2 实现异构网段数据有效交换

虽然OPC技术解决了现场总线系统中异构网段之间的数据交换问题，使得各部分之间的互通交流更为方便，但是在现场总线系统中依然存在着多种总线并存的局面，总线标准并未统一，并且由于系统中缺少统一的标准化数据接口，所以存在着集成方面的数据兼容问题以及异构网段之间的数据交换并不通畅的现象。但是通过OPC技术，便可能够有效实现集成控制系统之间的数据交换，主要是通过将OPC技术作为异构网段中的转换体来实现。其具体操作表现为：以OPC服务器为基础，为不同种类的总线进行配置，在OPC服务器这个统一的接口标准下，不同的程序与软件都能够对该服务器进行访问，以此实现不同总线之间的数据交换目的。另外，对于上文中所提到的每一次硬件设施升级、相应的驱动程序也必须要升级以及其他类似情况，利用OPC技术仍然能够给予有效解决，如对某个总线进行网络协议升级时，仅通过对相关的总线以及应用程序的相关数据进行些许修改就能够达到数据继续互通的效果，简化了软硬件升级以及总线升级的工作程序，降低了工作难度。

3.3 为工业网络系统升级奠定基础条件

目前网络技术已经是工业控制系统各程序中间的技术纽带，而且也是各控制系统之间的沟通桥梁，因此日后工业控制系统的发展方向必然是网络化，并且能够将各程序、各系统联结为一个整体，形成功能更为强大的综合控制体系。另外，由于网络的覆盖性，所以工业网络控制系统也会同其他功能系统相连接一同成为企业的网络的子网络。工业网络控制系统其实是一种基础性系统，能够帮助其他系统实现功能的有效发挥，并且给予一定的补充，实现信息集成。将OPC作为企业网络数据的统一规范接口，能够促进企业内各系统之间的融合，提升企业的管理水平与控制水平。

4 总结

总而言之，OPC技术能够与融入到工业以太网以及一些其他设备与程序之中，使硬件设备性能更加可靠、效率更高，也能够使软件的开发周期缩短，将更多的人物财力投入到功能完善当中，有效满足工业网络控制系统的相关要求，实现不同系统间的相互联系、通信以及数据互通，对工业网络控制系统意义重大。