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摘 要： 介绍OPC技术的本质、结构、接口规范的组成及适用范围，提出基于OPC的楼宇自控系统集成设计思路。
关键词： OPC技术；楼宇自控系统；集成
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）0110023-02
0 引言
随着信息技术的发展，大型楼宇对实现信息、资源的共享与全局一体化的综合管理的需求愈加强烈，因而对楼宇自动化系统的开放性和互操作性提出了越来越高的要求。
传统方式开发的实时监控系统，由于不具备开放性，各个部分的联系过于紧密，使系统过于复杂。这样系统的更新、扩展、升级变得非常困难。目前，业内所广泛采用的传统的DCS等类系统由于采用自定义的专用网络和协议，没有统一的接口标准，难以与其他厂家的系统或仪表互连、互操作。另一方面，由于各厂家的软件对控制系统硬件操作的设备驱动程序接口也各不相同，为了对市场上不同厂家的设备都能管理，控制软件厂家必须针对市场上几百种常用的设备开发设备驱动程序，而且当硬件设备升级或者修改时，驱动程序也必须做相应修改，这样使开发成本居高不下。因此，需要发展一种有效的技术为不同广商生产的硬软件提供系统集成与数据交换的途径。
为解决这类问题，一些世界领先的自动化厂商与微软合作定义了一种解决了这些问题的新标准，这就是OPC技术。OPC作为一种新的软件数据交换标准接口和规程，消除了使用数据的应用程序与为数据服务的应用程序之间的隔阂，为各厂商的系统及产品间进行数据交换提供了通用的、标准的通信接口。将OPC技术应用于楼宇系统集成，不仅能够实现各个子系统之间的互联性和互操作性，而且实现了在一个统一的集成管理平台上进行控制和管理，为进一步实现真正意义上的智能建筑系统一体化集成奠定了良好的基础。
1 OPC规范基础
OPC（OLE for Proeess Control，用于过程控制的OLE）定义了一个开放的接口标准。它基于微软的OLE（对象链接与嵌入）、COM（组件对象模型）和DCOM（分布式组件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OLE/COM技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件或设备，OPC为多种多样的过程控制设备之间进行通信提供了公用的接口。
1.1 OPC技术的本质
COM（component object Model）是微软公司为了提供商业应用程序和特定用途的软件包间的相互连接性而开发的一个开放的组件标准。COM标准包括规范和实现二大部分，规范部分定义了组件之间通信的机制，这些规范不依赖任何特定的语言和操作系统，具有语言无关性；其实现部分是COM库，COM库为COM规范的具体实现提供了一些核心服务。OPC是作为工业标准定义的特殊的COM接口。通过COM接口，OPC客户程序可以和一个或多个供货商的OPC服务器连接，同时一个OPC服务器也可以同多个客户程序相连，形成多对多的关系。任何支持OPC的产品都可以无缝地实现系统集成。
1.2 OPC的结构
OPC规范描述了OPC服务器需要实现的COM对象及其接口，它为每种不同的OPC规范分别定义了定制接口（custom interface）规范和自动化接口（automation interface）规范二部分，以方便开发者设计和实现OPC服务器程序或客户程序。两种接口分别为不同的编程语言环境提供访问机制。自动化接口提供了一个自动配置和存取过程数据的接口，它是为基于描述性编程语言而定义的标准接口，可以为VB程序、Excel及其他可以使用OLE自动化服务器接口的应用程序使用，但数据传输效率较低；而定制接口描述了OPC组件和对象的接口及其中的方法，适用于期望获得最佳运行性能的客户应用程序，是专门为C++等高级编程语言而制定的标准接口。
OPC服务器必须实现如图1所示的定制接口，也可有选择地实现自动化接口。在有些情况下，OPC基金会提供了标准的自动化接口封装器，以方便自动化接口和定制接口之间的转换，使采用自动化接口的客户程序也可以访问只实现了定制接口的服务器。实际上，OPC设计的目的就是使用标准接口实现从网络上任意支持该标准的节点获取数据，而不需要考虑底层的变化。OPC规范定义了COM接口，规定了服务器程序和客户程序通过接口交互的标准，但并没有说明具体实现的方法。OPC服务器供应商必须根据各自硬件特性实现这些接口的成员函数。不论定制接口还是自动化接口都可分为必选接口和可选接口。必选接口包括了客户程序与服务器进行交互的最基本功能，因此必须实现；可选接口则规定了一些额外的高级功能，可根据需要有选择地实现。客户程序应通过查询接口的方式来判断服务器程序是否实现了可选接口的功能。
图1 典型的OPC结构模型
2 基于OPC的楼宇自控系统集成设计思路
楼宇自控系统集成就是要实现建筑物内各专业子系统之间信息资源的共享与管理、相关子系统的互操作、联动控制和快速响应，以达到自动化监视与控制的目的。它追求的目标是：信息资源的共享与管理、提高工作效率和提供舒适的工作环境、采用“分散控制、集中管理”的模式，尽可能地减少管理人员和节约能源、能适应环境的变化和工作性质的多样化及复杂性和应付突发事件的发生。
目前大多数智能化系统产品其信息组织模式存在较大的差异性，早期产品多采用结构化数据文件或文本格式文件，近年的产品才使用数据库组织信息，但数据库类型不一，因此这些智能化系统的信息资源是异构的。由于各个智能化系统所支持的数据类型和信息存储格式不同，造成它们之间难以实现信息交互和共享。根据楼宇自动化系统结构的特点，将OPC技术应用于楼宇自控系统集成中，创建各个子系统的OPC接口模块，集成平台通过这些接口模块与子系统进行通信和控制，并根据收集到的各个子系统的信息，协调各个子系统之间的工作。其应用模型总体框架见图2所示。 图2 应用模型框图
其中各个子系统管理各自的信息，集成平台（OPC客户）担任系统管理者的角色，负责收集整个系统的数据，处理与各子系统对象（OPC服务器）之间的通信，并能提供集中的管理和控制。这些功能都由集成平台中的各个对象来完成，其概念模型可分为两层：数据通信层使用标准的OPC接口与子系统的OPC服务器进行交互，完成最基本的任务，即采集各子系统状态、日志、开关信号等数据；管理控制层则对数据通信层得到的数据进行分析、整理和过滤，生成报表、日志或控制信号，并通过数据库进行统一管理。
实现上述应用模型的关键是OPC客户和各子系统的OPC服务器。OPC服务器主要有三个功能：封装、通讯和控制功能。它封装该子系统的状态和报警信息，使用定义好的OPC标准信息格式和OPC标准接口与集成平台（OPC客户）进行通讯。另一方面，它接收来自集成平台的控制信息，通过对该子系统的文件、数据库或应用程序接口（AP）I的系统调用来完成其控制功能。这些对象和集成平台的接口对象都是OPC对象，它们以客户/服务器的模式进行交互。
这样，既保持了各子系统的相对独立性，又能够有效地实现整个系统的集成管理。当子系统因为升级等原因发生变化时，只需对子系统对象进行修改，而无需涉及集成平台，因而系统的开放性和可维护性好，升级空间大。
采用OPC技术，可以完全解决楼宇集成系统之间的互联性和互操作性问题，构造真正开放、通用的楼宇自控系统。用户不必再关心集成不同子系统的接口问题，可以自由的选择合适的软件和设备。可见，OPC技术为楼宇自控系统集成提供了技术上的可靠性和实施上的现实性。
3 结束语
从集成的方面来看：开放、统一的控制网络以及OPC接口标准的广泛应用，给楼宇自控系统的集成带来了极大的方便。同时，也为楼宇自控系统的集成管理提供了开放、稳定、可靠的网络平台。
参考文献：
[1]唐小艳、陈立定、曾明，基于OPC技术的智能建筑系统集成的研究，安徽建筑工业学院学报.
[2]吴由平、马旭东，OPC技术及其在智能楼宇系统集成中的应用，自动化技术.
作者简介：
黄山石（1972-），女，1994年6月毕业于中国计量学院，学历：大学，学士学位，专业：电学测试，职称：高级工程师，现任国家金融设备及零配件质量监督检验中心副主任、温州市质量技术监督检测院金融设备质检所所长及电气产品质检所所长，研究方向：机电。
关键词： OPC技术；楼宇自控系统；集成
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）0110023-02
0 引言
随着信息技术的发展，大型楼宇对实现信息、资源的共享与全局一体化的综合管理的需求愈加强烈，因而对楼宇自动化系统的开放性和互操作性提出了越来越高的要求。
传统方式开发的实时监控系统，由于不具备开放性，各个部分的联系过于紧密，使系统过于复杂。这样系统的更新、扩展、升级变得非常困难。目前，业内所广泛采用的传统的DCS等类系统由于采用自定义的专用网络和协议，没有统一的接口标准，难以与其他厂家的系统或仪表互连、互操作。另一方面，由于各厂家的软件对控制系统硬件操作的设备驱动程序接口也各不相同，为了对市场上不同厂家的设备都能管理，控制软件厂家必须针对市场上几百种常用的设备开发设备驱动程序，而且当硬件设备升级或者修改时，驱动程序也必须做相应修改，这样使开发成本居高不下。因此，需要发展一种有效的技术为不同广商生产的硬软件提供系统集成与数据交换的途径。
为解决这类问题，一些世界领先的自动化厂商与微软合作定义了一种解决了这些问题的新标准，这就是OPC技术。OPC作为一种新的软件数据交换标准接口和规程，消除了使用数据的应用程序与为数据服务的应用程序之间的隔阂，为各厂商的系统及产品间进行数据交换提供了通用的、标准的通信接口。将OPC技术应用于楼宇系统集成，不仅能够实现各个子系统之间的互联性和互操作性，而且实现了在一个统一的集成管理平台上进行控制和管理，为进一步实现真正意义上的智能建筑系统一体化集成奠定了良好的基础。
1 OPC规范基础
OPC（OLE for Proeess Control，用于过程控制的OLE）定义了一个开放的接口标准。它基于微软的OLE（对象链接与嵌入）、COM（组件对象模型）和DCOM（分布式组件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OLE/COM技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件或设备，OPC为多种多样的过程控制设备之间进行通信提供了公用的接口。
1.1 OPC技术的本质
COM（component object Model）是微软公司为了提供商业应用程序和特定用途的软件包间的相互连接性而开发的一个开放的组件标准。COM标准包括规范和实现二大部分，规范部分定义了组件之间通信的机制，这些规范不依赖任何特定的语言和操作系统，具有语言无关性；其实现部分是COM库，COM库为COM规范的具体实现提供了一些核心服务。OPC是作为工业标准定义的特殊的COM接口。通过COM接口，OPC客户程序可以和一个或多个供货商的OPC服务器连接，同时一个OPC服务器也可以同多个客户程序相连，形成多对多的关系。任何支持OPC的产品都可以无缝地实现系统集成。
1.2 OPC的结构
OPC规范描述了OPC服务器需要实现的COM对象及其接口，它为每种不同的OPC规范分别定义了定制接口（custom interface）规范和自动化接口（automation interface）规范二部分，以方便开发者设计和实现OPC服务器程序或客户程序。两种接口分别为不同的编程语言环境提供访问机制。自动化接口提供了一个自动配置和存取过程数据的接口，它是为基于描述性编程语言而定义的标准接口，可以为VB程序、Excel及其他可以使用OLE自动化服务器接口的应用程序使用，但数据传输效率较低；而定制接口描述了OPC组件和对象的接口及其中的方法，适用于期望获得最佳运行性能的客户应用程序，是专门为C++等高级编程语言而制定的标准接口。
OPC服务器必须实现如图1所示的定制接口，也可有选择地实现自动化接口。在有些情况下，OPC基金会提供了标准的自动化接口封装器，以方便自动化接口和定制接口之间的转换，使采用自动化接口的客户程序也可以访问只实现了定制接口的服务器。实际上，OPC设计的目的就是使用标准接口实现从网络上任意支持该标准的节点获取数据，而不需要考虑底层的变化。OPC规范定义了COM接口，规定了服务器程序和客户程序通过接口交互的标准，但并没有说明具体实现的方法。OPC服务器供应商必须根据各自硬件特性实现这些接口的成员函数。不论定制接口还是自动化接口都可分为必选接口和可选接口。必选接口包括了客户程序与服务器进行交互的最基本功能，因此必须实现；可选接口则规定了一些额外的高级功能，可根据需要有选择地实现。客户程序应通过查询接口的方式来判断服务器程序是否实现了可选接口的功能。
图1 典型的OPC结构模型
2 基于OPC的楼宇自控系统集成设计思路
楼宇自控系统集成就是要实现建筑物内各专业子系统之间信息资源的共享与管理、相关子系统的互操作、联动控制和快速响应，以达到自动化监视与控制的目的。它追求的目标是：信息资源的共享与管理、提高工作效率和提供舒适的工作环境、采用“分散控制、集中管理”的模式，尽可能地减少管理人员和节约能源、能适应环境的变化和工作性质的多样化及复杂性和应付突发事件的发生。
目前大多数智能化系统产品其信息组织模式存在较大的差异性，早期产品多采用结构化数据文件或文本格式文件，近年的产品才使用数据库组织信息，但数据库类型不一，因此这些智能化系统的信息资源是异构的。由于各个智能化系统所支持的数据类型和信息存储格式不同，造成它们之间难以实现信息交互和共享。根据楼宇自动化系统结构的特点，将OPC技术应用于楼宇自控系统集成中，创建各个子系统的OPC接口模块，集成平台通过这些接口模块与子系统进行通信和控制，并根据收集到的各个子系统的信息，协调各个子系统之间的工作。其应用模型总体框架见图2所示。 图2 应用模型框图
其中各个子系统管理各自的信息，集成平台（OPC客户）担任系统管理者的角色，负责收集整个系统的数据，处理与各子系统对象（OPC服务器）之间的通信，并能提供集中的管理和控制。这些功能都由集成平台中的各个对象来完成，其概念模型可分为两层：数据通信层使用标准的OPC接口与子系统的OPC服务器进行交互，完成最基本的任务，即采集各子系统状态、日志、开关信号等数据；管理控制层则对数据通信层得到的数据进行分析、整理和过滤，生成报表、日志或控制信号，并通过数据库进行统一管理。
实现上述应用模型的关键是OPC客户和各子系统的OPC服务器。OPC服务器主要有三个功能：封装、通讯和控制功能。它封装该子系统的状态和报警信息，使用定义好的OPC标准信息格式和OPC标准接口与集成平台（OPC客户）进行通讯。另一方面，它接收来自集成平台的控制信息，通过对该子系统的文件、数据库或应用程序接口（AP）I的系统调用来完成其控制功能。这些对象和集成平台的接口对象都是OPC对象，它们以客户/服务器的模式进行交互。
这样，既保持了各子系统的相对独立性，又能够有效地实现整个系统的集成管理。当子系统因为升级等原因发生变化时，只需对子系统对象进行修改，而无需涉及集成平台，因而系统的开放性和可维护性好，升级空间大。
采用OPC技术，可以完全解决楼宇集成系统之间的互联性和互操作性问题，构造真正开放、通用的楼宇自控系统。用户不必再关心集成不同子系统的接口问题，可以自由的选择合适的软件和设备。可见，OPC技术为楼宇自控系统集成提供了技术上的可靠性和实施上的现实性。
3 结束语
从集成的方面来看：开放、统一的控制网络以及OPC接口标准的广泛应用，给楼宇自控系统的集成带来了极大的方便。同时，也为楼宇自控系统的集成管理提供了开放、稳定、可靠的网络平台。
参考文献：
[1]唐小艳、陈立定、曾明，基于OPC技术的智能建筑系统集成的研究，安徽建筑工业学院学报.
[2]吴由平、马旭东，OPC技术及其在智能楼宇系统集成中的应用，自动化技术.
作者简介：
黄山石（1972-），女，1994年6月毕业于中国计量学院，学历：大学，学士学位，专业：电学测试，职称：高级工程师，现任国家金融设备及零配件质量监督检验中心副主任、温州市质量技术监督检测院金融设备质检所所长及电气产品质检所所长，研究方向：机电。