OPC通讯协议介绍通信电子运营商及厂商资料计算机.NET.pdf
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1、 OPC通讯协议介绍 OPC(OLE for Process Control,用于过程控制的 OLE)是一个工业标准,管理这个标准国际组织是 OPC基金会,OPC基金会现有会员已超过 220 家。遍布全球,包括世界上所有主要的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制系统的公司。基于微软的 OLE(现在的 Active X)、COM(部件对象模型)和 DCOM(分布式部件对象模型)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。OPC全称是 OLE for Process Control,它的出现为基于 Windows 的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在过去,为
2、了存取现场设备的数据信息,每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多,且产品的不断升级,往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要,系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下,OPC标准应运而生。OPC标准以微软公司的 OLE技术为基础,它的制定是通过提供一套标准的 OLE/COM 接口完成的,在 OPC技术中使用的是 OLE 2 技术,OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。COM 是 Component Object Model的缩写,是所有 OLE机制的基础
3、。COM是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准,该标准将 Windows 下的对象定义为独立单元,可不受程序限制地访问这些单元。这种标准可以使两个应用程序通过对象化接口通讯,而不需要知道对方是如何创建的。例如,用户可以使用 C+语言创建一个 Windows 对象,它支持一个接口,通过该接口,用户可以访问该对象提供的各种功能,用户可以使用 Visual Basic,C,Pascal,Smalltalk或其它语言编写对象访问程序。在 Windows 操作系统下,COM 规范扩展到可访问本机以外的其它对象,一个应用程序所使用的对象可分布在网络上,COM 的这个扩展被称为 DCOM(Distr
4、ibuted COM)。通过 DCOM 技术和 OPC标准,完全可以创建一个开放的、可互操作的控制系统软件。OPC采用客户/服务器模式,把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家,以 OPC服务器的形式提供给用户,解决了软、硬件厂商的矛盾,完成了系统的集成,提高了系统的开放性和可互操作性。OPC服务器通常支持两种类型的访问接口,它们分别为不同的编程语言环境提供访问机制。这两种接口是:自动化接口(Automation interface);自定义接口(Custom interface)。自动化接口通常是为基于脚本编程语言而定义的标准接口,可以使用 VisualBasic、Delphi、Po
5、werBuilder等编程语言开发OPC服务器的客户应用。而自定义接口是专门为 C+等高级编程语言而制定的标准接口。OPC现已成为工业界系统互联的缺省方案,为工业监控编程带来了便利,用户不用为通讯协议的难题而苦恼。任何一家自动化软件解决方案的提供者,如果它不能全方位地支持 OPC,则必将被历史所淘汰。1、在控制领域中,系统往往由分散的各子系统构成;并且各子系统往往采用不同厂家的设备和方案。用户需要,将这些子系统集成,并架构统一的实时监控系统。2、这样的实时监控系统需要解决分散子系统间的数据共享,各子系统需要统一协调相应控制指令。3、再考虑到实时监控系统往往需要升级和调整。4、就需要各子系统具备
6、统一的开放接口。5、OPC(OLE for Process Control)规范正是这一思维的产物。6、OPC 基于 Microsoft公司的 Distributed interNet Application(DNA)构架和 Component Object Model(COM)技术的,根据易于扩展性而设计的。OPC规范定义了一个工业标准接口。7、OPC是以 OLE/COM 机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM 是一种客户/服务器模式,具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数,不管现场设备以何种形式存在,客户都以统一的方式去访问,从而保证软件对客户的透明性,使得
7、用户完全从低层的开发中脱离出来。8、OPC定义了一个开放的接口,在这个接口上,基于 PC的软件组件能交换数据。它是基于 Windows的 OLE 对象链接和嵌入、COM 部件对象模型(Component Object Model)和 DCOM 分布式 COM(Distributed COM)技术。包括世界上所有主要的自动化控制系统仪器仪表及过程控制系统的公司基于微软的现在的部件对象模型和分布式部件对象模型技术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全称是它的出现为基于的应用的接口函数由于现场设备的种类繁多且产品的不断级往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担通常这样也不
8、能满足工作的实际需要系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性可靠性开放性可互操作性的即插即用的设备驱动中使用的是技术标准允许多台微机之间交换文档图形等对象是的缩写是所有机制的基础是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准该标准将下的对象定义为独立单元可不受程序限制地访问这些单元这种标准可以使两个应用因而,OPC为自动化层的典型现场设备连接工业应用程序和办公室程序提供了一个理想的方法。OPC应用领域 1、工控解决方案用户 2、楼控解决方案用户 3、工控解决方案厂商 4、楼控解决方案厂商 5、工控解决方案集成商 6、楼控解决方案集成商 7、All Automation Fields OPC是为
9、了连接数据源(OPC服务器)和数据的使用者(OPC应用程序)之间的软件接口标准。数据源可以是 PLC,DCS,条形码读取器等控制设备。随控制系统构成的不同,作为数据源的 OPC服务器即可以是和 OPC应用程序在同一台计算机上运行的本地 OPC服务器,也可以是在另外的计算机上运行的远程 OPC服务器。OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者(OPC应用程序)的 HMI(硬件监督接口)SCADA(监督控制与数据采集),批处理等自动化程序,以至更上层的历史数据库等应用程序,也可以适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以 OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔
10、软性的接口标准。OPC解决了什么 OPC诞生以前,硬件的驱动器和与其连接的应用程序之间的接口并没有统一的标准。例如,在 FA(FactoryAutomation)工厂自动化领域,连接PLC(Programmable Logic Controller)等控制设备和 SCADA HMI软件,需要不同的 FA网络系统构成。根据某调查结果,在控制系统软件开发的所需费用中,各种各样机器的应用程序设计占费用的 7 成,而开发机器设备间的连接接口则占了 3 成。此外,在 PA(Process Automation)过程自动化领域,当希望把分布式控制系统(DCSDistributed Control Syst
11、em)中所有的过程数据传送到生产管理系统时,必须按照各个供应厂商的各个机种开发特定的接口,例如,利包括世界上所有主要的自动化控制系统仪器仪表及过程控制系统的公司基于微软的现在的部件对象模型和分布式部件对象模型技术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全称是它的出现为基于的应用的接口函数由于现场设备的种类繁多且产品的不断级往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担通常这样也不能满足工作的实际需要系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性可靠性开放性可互操作性的即插即用的设备驱动中使用的是技术标准允许多台微机之间交换文档图形等对象是的缩写是所有机制的基础是一种为了实现与编程语
12、言无关的对象而制定的标准该标准将下的对象定义为独立单元可不受程序限制地访问这些单元这种标准可以使两个应用用 C语言 DLL(动态链路数据库)连接的 DDE(动态数据交换)服务器或者利用FTP(文件传送协定)的文本等设计应用程序。如由 4 种控制设备和与其连接的监视、趋势图以及表报 3 种应用程序所构成的系统时,必须花费大量时间去开发分别对应设备 A,B,C,D的监视,趋势图以及表报应用程序的接口软件共计要用12 种驱动器。同时由于系统中共存各种各样的驱动器,也使维护运转环境的稳定性和信赖性更加困难。而 OPC是为了不同供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化,使其间的数据交换更加简单化的目
13、的而提出的。作为结果,从而可以向用户提供不依靠于特定开发语言和开发环境的可以自由组合使用的过程控制软件组件产品。利用 OPC的系统,是由按照应用程序(客户程序)的要求提供数据采集服务的 OPC服务器,使用 OPC服务器所必需的 OPC接口,以及接受服务的 OPC应用程序所构成。OPC服务器是按照各个供应厂商的硬件所开发的,使之可以吸收各个供应厂商硬件和系统的差异,从而实现不依存于硬件的系统构成。同时利用一种叫做 Variant的数据类型,可以不依存于硬件中固有数据类型,按照应用程序的要求提供数据格式。利用 OPC使接口标准化可以不依存于各设备的内部结构及它的供应厂商来选用监视,趋势图以及表报应
14、用程序。为什么开发自主 OPC Server 和 OPC Gateway 1、国外原厂商的高价格 2、国外原厂商面对项目的不灵活性 3、国内项目中子系统的多样性难以提供 DRIVER 4、自主 OPC服务器追求的是稳定、实时、迅速。5、众多子系统的不规范性 6、总包项目在投标前后可能出现的不一致性 7、价格昂贵的原厂平台服务器软件 8、总包商集成是否投入大量的人力开发 9、平台和子系统的兼容性 10、建立了 OPC平台和子系统的互通 包括世界上所有主要的自动化控制系统仪器仪表及过程控制系统的公司基于微软的现在的部件对象模型和分布式部件对象模型技术包括一整套接口属性和方法的标准集用于过程控制和制
15、造业自动化系统全称是它的出现为基于的应用的接口函数由于现场设备的种类繁多且产品的不断级往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担通常这样也不能满足工作的实际需要系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性可靠性开放性可互操作性的即插即用的设备驱动中使用的是技术标准允许多台微机之间交换文档图形等对象是的缩写是所有机制的基础是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准该标准将下的对象定义为独立单元可不受程序限制地访问这些单元这种标准可以使两个应用 11、解决厂商和集成商在项目集成的烦恼 12、解决厂商和集成商分散资源进行二次开发 13、解决项目中子系统厂商的困扰 14、为上下位的数据通讯提供透明的通
16、道 1 示例系统的体系结构 图 0 本例中以 OPC为例在上位机上插入 CP5611 PLC为(6ES7313-6CE00-0AB0)二者通过 PROFIBUS 总线相连。2 软件版本描述 需要软件 SIMATIC NET SP4 PB SOFTNET-S7 3 组态 在 PC 机上安装SIMATIC NET PC NCM后,打开 NCM 组态一个 PC STATION 图 1 插入一个 PC STATION 以上为例,把站名改为 OPC双击 CONFIGURATION 进入组态画面,如图 2 图 2 在第一槽插入 OPC SERVER 在第四槽中插入CP5611注意相应的版本号如本例中安装
17、SP4 插入 OPC SERVER 和 CP5611时,选择 SW SP4 存盘编译后,在OPTIONS 菜单下选择 Configure Network单击 OPC SERVER 后,出来连接表,双击其中一格,建立 S7-CONNECTION,如图 3 图 3 连接的站选择 UNSPECIFIED.点击 APPLY进入详细组态画面图 4 图 4 填入 S7-300C 的站号如 6 号站,点击Address Details组态 CPU的槽号。图 5 S7-300PLC,CPU槽号为 2,S7-400CPU依据组态而定,如果连接通讯模块如 CP342-5CP443-5 在这里也必须填上 CPU的槽
18、号。编译存盘,准备下载。组态虚拟 PC STATION,编译存盘后,配置虚拟 PC STATION.于实际配置一样在第一行添加 APPLICATION 图 6 进入虚拟 PC STATION画面 图 7 第一行添加 OPC SERVER INDEX 表示行数 NAME 任意。进入配置网卡界面 图 8 图 9 选择 CP5611的模式为 CONFIGURED MODE INDEX为 4(行数)配置完后退出。使能 OPC S7 协议。图 10 图 11 进入 STATION NAME 为OPC与配置一样。图 12 图 13 在控制面板中设置 PG/PCINTERFACE 为 S7ONLINE 指向
19、 PCINTERNAL CP_L2_1指向CP5611(PROFIBUS)下载PC配置信息到虚拟 PC 站中 图 14 确认配置无误 图 15 测试实际连线状态,在 SIMATIC NET CONFIGURATION CONSOLE 中 2 基于 PLC的 DCS 控制系统在污水处理厂中的应用 随着国民经济建设的快速发展,各级政府对环境保护更加关注,各地陆续新建了一大批污水处理厂。这些新建的污水处理厂根据自身特点,对控制系统的包括世界上所有主要的自动化控制系统仪器仪表及过程控制系统的公司基于微软的现在的部件对象模型和分布式部件对象模型技术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
20、化系统全称是它的出现为基于的应用的接口函数由于现场设备的种类繁多且产品的不断级往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担通常这样也不能满足工作的实际需要系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性可靠性开放性可互操作性的即插即用的设备驱动中使用的是技术标准允许多台微机之间交换文档图形等对象是的缩写是所有机制的基础是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准该标准将下的对象定义为独立单元可不受程序限制地访问这些单元这种标准可以使两个应用性能和价格提出了新的要求。重庆市奉节污水处理厂采用 CASS工艺对生活污水进行处理,日处理量为 3万吨。其 DCS系统以高性价比的 PLC为控制单元,采用商用计算机
21、为监控站。整个系统在实现生产自动化的情况下,有效降低了系统成本,从 2004 年投产至今运行情况良好。1 生产工艺简介 污水处理是一种连续的生化反应过程,有氧化沟工艺、AO、SBR、CASS等众多不同的处理工艺。奉节污水处理厂所采用的污水处理工艺为新型改良 CASS(Cyclic Activated Sludge System,循环式活性污泥法)工艺,属于改进型SBR工艺的一种,由格栅井、CASS 池、鼓风机房、加药间、储泥池、脱水机房、接触消毒池组成。该工艺具有以下特点:(1)可升降的滗水器最大限度降低了排水水流对底部沉淀污泥扰动。(2)抗冲击力强,对难降解有机物的去除效率高,同时具有脱氮除
22、磷功能。(3)工艺流程短,占地面积小,建设费用低,运转费用省。(4)管理简单,运行可靠,出水水质好,无异味。(5)污泥产量低,污泥性质稳定,不发生污泥膨胀。2 DCS 控制系统选型及硬件配置 21 DCS 系统的选型 重庆市奉节口前污水处理厂为三峡库区国债项目建设的第一批污水处理厂,根据实际的工艺要求及建设特点,该项目对控制系统提出了如下要求:(1)受控设备控制点数在 800 点内。控制工艺较为复杂,但是我们所需要的算法并不复杂,基本以时间控制和位式控制为主。(2)控制系统须成熟可靠,便于调试和维护。(3)考虑到会有第三方产品,网络通讯及其协议须具备开放性和标准性。(4)测量设备和受控设备均为
23、传统设备,基本不带现场总线通讯能力,所以输入、输出控制还是以传统的 IO点为基础。(5)作为国债投资项目,尽可能在满足要求的前提下降低造价。经过比较,该厂的自动化控制系统采用以 PLC为基础的 DCS控制系统,该系统在满足生产要求的基础上其性能和价格上取得了很好的平衡。包括世界上所有主要的自动化控制系统仪器仪表及过程控制系统的公司基于微软的现在的部件对象模型和分布式部件对象模型技术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全称是它的出现为基于的应用的接口函数由于现场设备的种类繁多且产品的不断级往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担通常这样也不能满足工作的实际需要系统集成
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