數(shù)據(jù)交換方式opc及dde

1、一、概念介紹：1 .OLE及DDE操作系統(tǒng)流行以來，“剪貼板”（Clipboard）首先解決了不同程序間的通信問題（由剪貼板作為數(shù)據(jù)交換中心，進行復制、粘貼的操作），但是剪貼板傳遞的都是“死”數(shù)據(jù)，應用程序開發(fā)者得自行編寫、解析數(shù)據(jù)格式的代碼，于是動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic Data Exchange，DDE）的通信協(xié)定應運而生，它可以讓應用程序之間自動獲取彼此的最新數(shù)據(jù)，但是，解決彼此之間的“數(shù)據(jù)格式”轉換仍然是程序員沉重的負擔。對象的鏈接與嵌入（Object Linking and Embedded，OLE）的誕生把原來應用程序的數(shù)據(jù)交換提高到“對象交換”，這樣程序間不但獲得數(shù)據(jù)也同樣獲

2、得彼此的應用程序對象，并且可以直接使用彼此的數(shù)據(jù)內容，其實OLE是Microsoft的復合文檔技術，它的最初版本只是瞄準復合文檔，但在后續(xù)版本OLE2中，導入了COM。 2 .OPCOPC（OLE for Process Control）是一個軟件標準，它可以使自動化應用程序方便地讀取工業(yè)企業(yè)的工廠級數(shù)據(jù)。OPC是基于Microsoft的組件對象建模（COM）技術定義一個標準接口，允許自動化和控制應用程序、控制設備、以及商業(yè)和辦公應用軟件之間相互操作。3 .ODBC開放式數(shù)據(jù)庫連接 (ODBC) 技術為訪問不同種類的 SQL 數(shù)據(jù)庫提供了通用接口。ODBC 是基于結構查詢語言 (SQL) 的，

3、以此作為訪問數(shù)據(jù)的標準。此接口提供了最大的互操作性：一個應用程序可以通過一組公用代碼訪問不同的 SQL 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS)。4 .SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）是一種軟件應用程序，它用于遠程實時遙控數(shù)據(jù)采集過程，以實現(xiàn)對設備和條件的控制。SCADA可用于電場、石油和天然氣精煉、通信、運輸以及水和廢物控制。二、OPC及DDE的工作機制和差別1.DDE技術的工作機制 dde是為在同一臺計算機或不同計算機上運行的程序提供動態(tài)數(shù)據(jù)交換，最早由microsoft 公司提出的。動態(tài)數(shù)據(jù)交換（dde）技術由于其具有實時性好、網(wǎng)絡通信連接實現(xiàn)方便等特點，在控制軟件與信息網(wǎng)絡集成中得到了廣

4、泛應用。動態(tài)數(shù)據(jù)交換基于windows消息機制，各應用程序間通過傳遞消息進行對話交換信息。windows dde消息傳遞采用client/server模式，客戶（client）是數(shù)據(jù)的請求和接受者，而服務器（server）是數(shù)據(jù)的提供者，兩者之間通過請求、應答、傳輸三個步驟來完成數(shù)據(jù)的傳送。dde協(xié)議使用服務（service）、主題（topic）和數(shù)據(jù)項（item）三級命名來標識dde所傳遞的數(shù)據(jù)單元。一般情況下，服務（service）就是應用程序的文件名，主題是對服務器有意義的信息單元。每次dde客戶與服務程序之間的對話都是先由客戶啟動的，所以在每次客戶啟動之前，dde服務器應當首先投入運行

5、。當客戶程序需要向服務器程序請求數(shù)據(jù)時，客戶程序發(fā)送一條wm-dde-initiate消息給當前運行的所有windows應用程序，這條消息不但包含了它所需要的服務器名（service）和主題名（topic），而且指明了它所希望的數(shù)據(jù)類型,收到wm-dde-initiate消息的應用程序通過判別服務器名和會話主題決定是否應答，一旦dde服務器響應了這條被傳播的消息，dde會話就開始了。dde的工作方式有冷連接（cool link）、溫連接（warmlink）和熱連接（hot link）等3種。在冷連接方式下，當server中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后不主動通知client，但client可以隨時從serv

6、er讀寫數(shù)據(jù)；在溫連接方式下，當server中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后馬上通知client，client得到通知后將數(shù)據(jù)取回；在熱連接方式下，當server中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后馬上通知client，同時將變化的數(shù)據(jù)直接送給client。 dde的網(wǎng)絡形式稱為netdde，它包含了dde的全部特征，是動態(tài)數(shù)據(jù)交換（dde）的擴充，可以在跨越網(wǎng)絡的計算機之間使用。采用netdde后，兩個或更多網(wǎng)絡上的應用能夠通過dde共享來建立網(wǎng)絡上不同工作站之間的連接，從而實現(xiàn)站站之間的動態(tài)信息共享。2. opc技術的工作機制 在opc技術出現(xiàn)以前，dde技術是絕大多數(shù)控制系統(tǒng)都支持和采用的數(shù)據(jù)交換方式。但是，由于dde

7、是基于windows信息傳遞而建立的技術，因此，當通信量較大時，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)刷新速度慢、安全性管理機制差、可靠性能低等現(xiàn)象，從而就有可能致使dde客戶程序在較長時間內得不到回應。和dde 技術相比，基于com和dcom技術的opc技術具有數(shù)傳送性能高、 安全性管理性能好、開發(fā)成本低等特點。最初階段的opc規(guī)范是由opc基金會的先fisher-rosemount、rockwell、opto 22、intellution、intuitive technology公司于1996年8月發(fā)布的，目前opc基金會成員在全球已超過300多個，其中包括世界上幾乎所有主要的控制系統(tǒng)、儀器儀表、過程控制系統(tǒng)生產廠

8、家。opc以ole/com/dcom技術為基礎，是ole（object linking and embedding）for process control的縮寫，是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術在過程控制方面的應用。與dde一樣，opc也采用client/server模式。opc服務器是數(shù)據(jù)源的提供者，數(shù)據(jù)源可以是plc、dcs、條形碼讀取器等控制設備，隨控制系統(tǒng)的構成不同，作為數(shù)據(jù)源的opc服務器既可以是和opc應用程序在同一臺計算機上運行的本地opc服務器，也可以是在另外計算機上運行的遠程opc服務器。opc客戶是數(shù)據(jù)的使用者，它按照opc接口規(guī)范從opc服務器獲取所需要的數(shù)據(jù)。opc服務器

9、主要包括三部分：服務器（server）、組（group）和數(shù)據(jù)項（item）。服務器對象保存服務器和服務器作為opc組對象容器的所有信息。opc組對象包括公共組和局部組（私有組）兩種，公共組由多個客戶共享，局部組只隸屬于一個opc客戶。一個組可能代表一個特殊設備的數(shù)據(jù)項，opc 客戶可以通過組對象來讀寫數(shù)據(jù)，并可以設定opc服務器應該提供給opc client數(shù)據(jù)的更新速率。opc 數(shù)據(jù)項是讀寫數(shù)據(jù)的最小邏輯單位（在實際應用中，可能是物理設備的寄存器或寄存器的某一位），其數(shù)據(jù)值以variant形式表示，每個數(shù)據(jù)項包括值（value）、品質（quality）和時間戳（time stamp）3個變

10、量。在一個組對象中，opc 客戶可以加入多個opc數(shù)據(jù)項。opc客戶與opc服務器的接口有自定義接口（custom interface）和自動化接口（automation interface）兩種形式。自定義接口是一組com接口，主要用于采用c+語言的應用程序開發(fā)；自動化接口是自動化的ole接口，主要用于采用vb，delphi等基于腳本編程語言的應用程序開發(fā)。對于客戶端應用程序的開發(fā)，采用自定義接口的方式運行效率高，但開發(fā)難度較大；采用自動化接口的方式運行效率低，但開發(fā)簡單。這兩種接口與opc服務器的通信方式可用1圖所示。圖1自定義接口和自動化接口與opc服務器通信方式示意圖 對于分布式計算機

11、上的opc客戶程序的開發(fā)，opc標準采用dcom技術實現(xiàn)服務器和客戶程序的通訊。opc的數(shù)據(jù)訪問主要有同步數(shù)據(jù)訪問和異步數(shù)據(jù)訪問兩種方式。同步數(shù)據(jù)訪問時，opc服務器在將按照opc應用程序要求的數(shù)據(jù)返回之前，opc應用程序一直處于等待狀態(tài)，也就是說，同步方式的數(shù)據(jù)訪問在要求的動作沒有完成前不能執(zhí)行任何opc應用程序側的處理。與之相比，異步方式的數(shù)據(jù)訪問在對opc服務器提出數(shù)據(jù)訪問要求后，立即返回到opc應用程序側的主處理程序中，opc服務器完成數(shù)據(jù)訪問時通知opc應用程序，opc應用程序從而得到數(shù)據(jù)訪問結果。當opc應用程序采用自動化接口訪問opc服務器時，同步和異步數(shù)據(jù)操作分別由syncre

12、ad、syncwrite和asyncread、asyncwrite四個opc組對象的方法函數(shù)來實現(xiàn)。3.opc和dde的差別DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換機制是需要兩個Windows應用程序，其中一個作為服務器處理信息，另外一個作為客戶機從服務器獲得信息?？蛻魴C應用程序向當前所激活的服務器應用程序發(fā)送一條消息請求信息，服務器應用程序根據(jù)該信息作出應答，從而實現(xiàn)兩個程序之間的數(shù)據(jù)交換。 OPC(bject Linking and Embeding for Process Control)是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準。OPC是一種基于開放標準的開放式連結，允許在自動化/控制應用、現(xiàn)場設備和商業(yè)

13、/辦公室應用之間進行簡明的、標準化的數(shù)據(jù)交換。OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成的，在OPC技術中使用的是OLE2技術，OLE標準允許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。 OPC取代DDE的原因：DDE使客戶應用能夠獨立于數(shù)據(jù)源的供應方，開發(fā)商不必再象以往那樣定義專用的接口。于是DDE成為許多類型的自動化設備的標準接口。DDE的出現(xiàn)使人們以為數(shù)據(jù)訪問的問題得到了有效解決，但在使用過程中，用戶才發(fā)現(xiàn)采用D

14、DE來在設備和控制系統(tǒng)之間傳遞實時信息并非理想的辦法，因為它在傳輸性能和可靠性等方面都存在許多限制。為此開發(fā)商不得不對DDE標準進行擴展，他們開發(fā)出各種專用的信息格式，以提高客戶應用程序的性能和通信吞吐量。于是出現(xiàn)了DDE的多種演化版本。多種版本的DDE違背DDE最初的宗旨，因為不同的DDE格式使得客戶在選擇時又不得不受開發(fā)商所用格式的限制，也最終使得DDE不能夠再稱為統(tǒng)一的標準。另外DDE不適用于大量數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，并且DDE從來沒有為不同計算機之間的數(shù)據(jù)交換提供可靠的機制。上述這些原因促使工業(yè)界不得不重新制訂更為高效、可靠的數(shù)據(jù)訪問標準，這就是OPC。OPC比DDE更好，所提供的功能也

15、更為強大。此外，OPC提供的是一個標準的通信協(xié)議，而不象DDE那樣存在不同的DDE格式。OPC時代的到來使數(shù)據(jù)的交換與通信變得開放、高效、安全、可靠，同時也為信息的集成提供了更為合理和簡便的方法。與DDE相比，OPC最主要的優(yōu)勢體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率上。由于OPC服務器每秒能管理成百上千個事務，而且與DDE不同的是它的每個事務能包含多個數(shù)據(jù)項，因此采用OPC傳輸數(shù)據(jù)要比DDE快得多。三、DDE與OPC技術在自動化領域中的應用當前，dde、opc技術在許多世界著名的自動化廠家的i/o通訊服務器、scada等自動化軟件中都得到了體現(xiàn)。例如wonderware 公司的daserver和intouch、s

16、iemens公司的simatic net和wincc、 rockwell-ab公司的rslinx和rsview32等。其中daserver和rslinx既可作為opc server，又可作為dde server；wincc和rsview32則既可以作為opc client，又可作為dde client。同時，由于各家的軟件接口都合乎dde、opc接口規(guī)范標準，所以，不同廠家的i/o通訊、scada等軟件產品也可以很方便的實現(xiàn)互連。 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問的服務器軟件，支持dde、opc、suitlink、fastdde等通訊方式。當客戶程序通訊接口與dassidirect的連接采用dde方式時，das

17、sidirect 的數(shù)據(jù)訪問采用了節(jié)點名（node name）、應用程序名（application name，此處為dassidirect）、主題名（topic name）和項目名（item name）的層次結構。而當通訊接口以opc方式與dassidirect連接時，dassidirect 的數(shù)據(jù)訪問則采用了節(jié)點名（node name）、服務器名（program name，此處為archestra.dassidirect.1）、組名（group name）、設備組名（device group）、連接名（link name）和項目名（item name）的層次結構。各層次項可在dassidir

18、ect軟件界面中配置實現(xiàn)。工程應用時，需要在dassidirect管理界面smc archestra.dassidirect.1目錄下根據(jù)需要依次添加接口類型（tcp/ip）、接口處理器類型（s7 plc），并進行必要的參數(shù)設置，然后還要為device groups添加不同的topic以方便對不同變量的歸類管理。intouch標簽變量對dassidirect的訪問是通過“訪問名”的設置來實現(xiàn)的，所以intouch中“訪問名”的設置必須和dassidirect軟件中的設置一一對應，例如，“訪問名”中“應用程序名”應設置為dassidirect，“訪問名”中“主題名”的設置應和dassidirec

19、t中所添加的topic名稱完全一致。此外，intouch標簽變量“項目名”的填寫也必須遵從dassidirect中item name的定義形式，例如對s7 plc數(shù)據(jù)塊地址word的訪問形如db11.w80，對數(shù)據(jù)塊地址dword的訪問形如db11.d80，對輸入/輸出位的訪問形式分別為i5.2/q7.5等。和wonderware公司的dassid-irect一樣，rslinx也支持opc/dde兩種通訊方式。當intouch和rslinx以dde方式進行通訊時，首先需要在rslinx“dde/opc topic configuration ”對話框中添加新的topic，并建立該topic與要連接r