OPC技术在数字监控系统集成中的应用
时间：2022-10-15 09:40:07
摘要：opc以OLE/COM/DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准。在数字监控系统中通过标准的OPC接口与各个硬件设备交换实时数据，可以大幅度提高系统的集成度，减少开发工作量，同时也提高了系统的开放性和可互操作性。该文对OPC技术及其在数字监控系统的应用做了介绍，给出了编写OPC客户端接口程序的一般方法。
关键词：数字监控系统；OPC；OPC服务器；OPC客户端；COM技术
中图分类号TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)08-1920-02
OPC Technology in the Digital Security Systems Integration
JIA Lin-hao
(Nanjing New Search Science & Technology Co., LTD, Nanjing 210002, China)
Abstract: OPC with OLE/COM/DCOM technical basis, using client mode to industrial automation server software object-oriented development provides unified standards. in digital security system through the OPC the hardware device interface and exchange of real-time data can be automated system in the levels of integration and development effort, but also improve the system be open and interoperability. Of OPC technology and its monitoring system in the number of applications made to give a written OPC client interfaces of the general assembly.
Key words: security system; OPC; OPC server; OPC client; COM technology
随着监控需求的提高和技术发展，数字监控系统已经从早期的数字化视频图像记录与多画面图像显示功能和监视报警功能发展成为以搭建组织机构内的安全防范管理平台为目的，利用综合布线技术、通信技术、网络互联技术、多媒体应用技术、安全防范技术、网络安全技术等将相关设备、软件进行集成设计、界面定制开发和应用支持的综合监控集成监控和管理系统。其子系统包括门禁系统、楼宇对讲系统、监控系统、防盗报警、一卡通、停车管理、消防系统、多媒体显示系统等多个专业的子系统。
数字监控系统规模越来越大，不同厂家生产的现场设备的种类在不断的增加，由于不同厂家所提供的现场设备的通讯机制并不相同，计算机监控系统软件需要开发的设备通信驱动程序也就越来越多，这给数字监控系统的大规模集成造成很大困难。而基于COM/DCOM技术的OPC技术，提供了一个统一的标准，不同厂商只要遵循OPC技术标准就可以实现软硬件的互操作性，有效地解决了这一问题。
1 OPC技术
OPC(OLE for Process Control)是基于微软公司的DNA构架和COM/DCOM技术，根据易扩展性而设计的。OPC规范定义了一个工业标准接口，这个标准使得COM技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。OLE最初意思为对象链接与嵌入，是微软的复合文档技术。随着后续版本OLE2中导入了COM技术之后，现在的OLE在原版的基础上增加了更多新的功能，包括结构化存储、统一数据传输和自动化等，它已经成为独立于计算机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范，进一步推广了面向对象程序设计的概念。OPC正是建立在OLE2规范之上，为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制。
1.1 OPC数据访问规范
OPC规范把硬件供应商和软件开发商分离开来，在设备、数据库等数据源和客户之间架起了一座桥梁，为解决统一接口标准问题提供了解决方案。OPC规范包括OPC数据访问规范(OPC DA)、OPC报警和事件规范(OPC AE)和OPC历史数据访问规范(OPC HDA)等，而OPC数据访问规范是最常用的规范之一。
在OPC数据访问规范中主要包括3类对象，分别是OPC Server、OPC Group和OPC Item。OPC服务器对象维护有关服务器的信息并作为OPC组对象的包容器，能够动态地创建和释放组对象；OPC组对象除了维护有关自身的信息之外，还提供了包容OPC项的机制，从逻辑上管理OPC项。它提供了客户组织数据的一种方法，客户可以对其进行读写，还可以设置客户端的数据更新速率。当服务器缓冲区内的数据发生改变时，OPC将向客户发出通知，客户得到通知后再进行必要处理，而无需浪费大量的时间进行查询；OPC项则表示了与OPC服务器的连接，它并不提供对外接口，客户端不能直接对其进行操作，而是通过组对象对其进行操作的。图1表示了这3类对象的相互关系以及它们与OPC客户端程序之间的关系。
1.2 OPC数据访问方式
由于OPC规范基于OLE/COM技术，同时OLE/COM的扩展，远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议，因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开，分布于网络不同节点上。
OPC客户端对OPC服务器进行数据访问，可以选择同步访问和异步访问两种方式。同步访问方式即等待式调用方式，OPC应用程序调用数据访问方法后，直到OPC服务器返回数据访问结果才可以进行下一步工作。异步访问方式的实现较为复杂，OPC服务器接到OPC应用程序的要求后，立即将方法返回，OPC应用程序随后可以进行其它处理。当OPC服务器完成数据访问时，触发OPC应用程序的异步访问完成事件，将数据访问结果传送给OPC应用程序，OPC应用程序在事件处理程序中接收从OPC服务器传来的数据。
同步数据访问方式只适用于客户数目较少并且与服务器交互的数据量也较少的时候。当有大量客户和大量数据交互时，异步访问方式的效率更高，能够避免客户数据请求的阻塞，从而最大限度的节省CPU和网络资源。图2表示了异步访问方式的处理过程。
2 OPC技术在数字监控系统中的应用
数字监控系统中，现场设备种类和数量繁多并且分布广泛。支持OPC规范的设备可以方便的通过支持OPC客户端接口的接口程序统一接入系统实现数据交换；而不支持OPC接口的设备只能分别通过专门的驱动接口程序接入系统。两种不同接口类型设备实现系统集成的结构如图3所示。
对于支持OPC规范的设备，OPC按照面向对象的原则，对设备驱动进行二次封装，只对外提供标准的OPC服务器访问接口。数字监控系统只需要通过开发一套具备OPC客户端接口的通讯接口程序，就可实现多种设备的集成。OPC客户应用程序访问服务器的主要步骤包括：1）枚举OPC Server、连接OPC Server、添加OPC Group对象、添加OPC Item对象；2）通过OPC Item读写数据；3）断开OPC Server连接，释放资源。采用OPC规范进行系统集成开发，将系统复杂性大大简化，可以缩短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。
对于不支持OPC规范的设备，系统集成软件的开发必须根据不同设备厂商提供的设备驱动程序和通讯协议编写特定的通讯接口程序，大大增加了开发工作量和复杂度，不利于系统的大规模集成。
通过表1，可以看出通过OPC标准进行系统集成更易于实现大规模集成、产品升级换代和系统维护。
3 结束语
OPC作为一项逐渐成型的技术已得到国内外厂商的高度重视，许多公司都在原来产品的基础上增加了对OPC的支持。由于统一了数据访问的接口，使控制系统进一步走向开放，实现信息的集成和共享，利于实现数字监控系统高度集成化、高可靠性和易维护性。符合OPC规范的软、硬件也已被广泛应用，给数字监控系统领域带来了新的发展机遇。
参考文献：
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