用OPC實現IBMS的信息集成

用OPC實現IBMS的信息集成摘要：本文介紹了OPC技術在智能建筑系統集成中的運用，設計了基于OPC技術的建筑物集成管理系統的模型，并給出了OPC數據訪問服務器和OPC在客戶端的具體實現方法。1引言智能建筑(IntelligentBuilding,IB)是20世紀80年代中期隨著控制技術的發(fā)展而出現的。到了現成，隨著計算機網絡和通信技術的發(fā)展，智能建筑、智能小區(qū)在我國已經成為最熱門的話題之一。建筑物集成管理系統(IntegratedBuildingManagementSystem,IBMS)是一種以實現樓宇自動化系統集成為重點，廣泛涉及通信自動化系統和辦公自動化系統的集成系統。智能建筑系統的信息集成包括了底層控制網的集成、控制網與局域網的集成、局域網與信息網的集成。本文分析和研究了用OPC技術實現智能建筑信息集成的方法并給出了OPC服務器和OPC客戶端的具體實現方法。OPC的體系及服務模式OPC是一種設備服務器的標準接口，它能夠被連接到I/O裝置、PLC、現場總線等，該技術能提供一種即插即用的硬、軟件組合，使用戶很容易地將它們集成為完整的自動控制系統。目前，由于設備的不同和開發(fā)商的不同，各種自動化系統都設計了各自專用的接口，這樣就導致了不同的開發(fā)商設計生產的產品不能實現互相通信，因而不具有互操作性。而且，對大型的集成系統來說，在軟、硬件組件的選擇上受到很多的限制，浪費了大量的財力卻不能保證所集成系統的質量。OPC標準出現以后，對于依據OPC標準軟、硬件組件來說，由于它們都遵循單一的、標準的通信規(guī)約，系統的集成變得容易了，系統的造價也會降低。利用OPC技術開發(fā)的服務器提供了現場設備與應用軟件之間的接口，其體系結構如圖1所示。C吶周破忡C吶周破忡1nrc的體舟搦構在應用程序一邊，有兩個接口：定制(CustomInterface)和自動接口(AutomationInterface)。定制接口主要用于用C/C++環(huán)境的高效率、高性能的應用，自動接口主要用于腳本語言如VB、Delphi的應用。在設備端，遵循OPC標準的現場設備可與OPC服務器通信，OPC服務器就相當于設備驅動器軟件。在這種結構中，OPC服務器對現場設備而言是客戶端，而對應用程序而言，它又是服務器端。這樣，OPC服務器在現場設備與應用程序之間起到了接口的作用，使得應用程序與設備之間的通信變得簡單易行。IBMS的設計思路OPC規(guī)范的引入，使得樓宇控制系統中硬件軟件的配置更加靈活。如圖2所示。UPC系統中硬件軟件設置由圖我們可以知道，硬件制造商只要開發(fā)出符合OPC規(guī)范的驅動程序(圖2中的OPC服務器)，就可以一勞永逸，因為這個服務器能夠被所有符合OPC規(guī)范的客戶軟件所應用。而應用軟件開發(fā)商只要開發(fā)出帶OPC客戶接口的應用軟件，就可以和所有提供OPC服務器的硬件或者其它軟件交互。這樣的系統可以很方便地修改和升級，增加一個設備(當然需要提供OPC服務器)，所有的應用軟件都可以與之進行數據交互；增加一個應用軟件，只要它

能夠提供OPC客戶接口，那么它也能和所有的硬件進行數據交互。進一步地，如果將硬件設備驅動器程序和通信程序封裝成獨立的OPC服務器或者在一個軟件中既帶有OPC客戶接口，同時也能夠提供OPC服務器接口，那么它們就可以做到嵌入式運行。這樣做使得系統的模塊化、開放性、重用性和靈活性大大提高。不同廠商的應用軟件和現場設備只要提供符合OPC規(guī)范接口，它們就可以很方便地集成到整個系統中去，從而可以系統的靈活配置和多個子系統的真正集成。本文所設計的智能建筑集成管理系統(IBMS)正是基于這樣一種思路。其系統總體結構如圖3所示。1哼贍星」既場敬備1圍1哼贍星」既場敬備1圍3【I制S說憎悄給中如圖，各子系統通過OPC客戶接口與符合OPC規(guī)范的現場設備(目前，OPC基金會成員數已達到200多家，包括了世界上大多數比較著名的設備制造商)實現數據交互；而中央監(jiān)控站各應用軟件亦通過OPC客戶接口與提供OPC服務器接口的各子系統實現數據交互。這樣，通過標準化的OPC客戶接口和OPC服務器接口，中央監(jiān)控站就可以和各子系統及現場設備進行數據通信，從而達到控制和管理的目的，實現了系統的集成。這樣的系統，可以大量地使用不同生產商的硬件設備和應用軟件，只要它們是符合OPC規(guī)范的，在系統的集成中就不會帶來任何困難。同時，采用OPC規(guī)范對于系統的修改和升級也帶來了極大的方便。在系統增加硬件設備或應用軟件時，只需要求該硬件設備或應用軟件符合OPC規(guī)范，即硬件設備需要提供OPC服務器接口，而應用軟件需要帶有OPC客戶接口(至于應用軟件是否需要帶有OPC服務器接口，這要根據實際應用需要來確定。如果此應用軟件還需要向上級應用提供服務，則必須帶有OPC服務器接口；否則不必帶OPC服務器接口)，就可以方便地將硬件設備或應用軟件加入到系統中，實現系統的無縫集成。OPC服務器的實現4.1OPC服務器OPC服務器規(guī)范包括3種：OPC數據訪問規(guī)范、OPC報警與事件規(guī)范和OPC歷史數據訪問規(guī)范。OPC數據訪問(DataAccess)規(guī)范從總體上說，一個OPC數據服務器包括三類對象:服務器(Server)、組(Group)和項(Item)。OPC服務器對象維護有關服務器的信息并用作OPC組對象的容器，而OPC組對象維護組的信息，提供包容OPC項的機制，并管理OPC項。OPC組提供了客戶程序組織數據的手段。有兩種類型的組：公共(Public)組和局部(Local)組。公共組可以被多個客戶共享，而局部組只能被一個客戶使用。每個組中都可以定義一個或多個OPC項。OPC項代表了與服務器中的數據的連接?？蛻舫绦驅PC項的操作都是通過包容此項的OPC組來進行的，而不是直接把OPC項作為一個對象來操作。每個OPC項都有值(Value)。品質(Quality)和時間戳(TimeStamp)三個屬性。OPC報警與事件(AlarmsandEvents)規(guī)范通過OPC報警與事件規(guī)范提供的機制，當I/O設備中有指定的事件或報警條件發(fā)生時，OPC客戶程序可以得到通知。通過此接口，OPC客戶程序還可以知道OPC服務器支持哪些事件和條件，并能得到其當前狀態(tài)。OPC歷史數據訪問(HistoricalDataAccess)規(guī)范目前OPC規(guī)范支持以下歷史數據服務器。?簡單趨勢數據服務器它只提供原始數據和簡單存儲功能。?復合數據壓縮和分析服務器它可以提供數據壓縮功能以及數據匯總與分析功能，如平均值、最大值、最小值等。4.2數據訪問服務器的實現OPC數據訪問服務器對象提供了一種訪問(讀/寫)數據源的方法?？蛻裟茉L問什么類型的數據源由服務器對象執(zhí)行的功能決定。OPC標準規(guī)定了兩種數據訪問服務器對象接口，即OPC數據訪問定制接口和OPC數據訪問自動化模型。OPC數據訪問定制接口以C++語言開發(fā)，適用于C++或VC++客戶應用程序；OPC數據訪問自動化模型是為需要使用OPC自動化接口即使用VB或Delphi等語言的客戶應用程序而設計，該服務器對象的服務規(guī)則是通過對象的屬性、方法和事件的組合來實現的。本文按照OPC數據訪問自動化規(guī)范來設計數據訪問服務器對象。根據OPC數據訪問自動化規(guī)范并結合樓宇自動控制的實際，本文設計數據服務器對象的層次模型，如圖4所示。在圖4中，數據訪問服務器是我們必須創(chuàng)建的，它包容了一個現場設備組(FDs)和創(chuàng)建了一個OPC瀏覽器對象?，F場設備組包容了在本服務器中所有創(chuàng)建的現場設備(FD)。現場設備對象的作用是維護狀態(tài)信息和為數據訪問服務提供一種機制。數據組(Datas)包容了本服務器中所有創(chuàng)建的數據對象(Data)，并與現場設備相對應。數據對象維護本項的定義、當前值、狀態(tài)信息和最后更新時間。OPC瀏覽器對象在服務器的配置中命名，一個OPC服務器對象僅存在一個OPC瀏覽器對象。前文提到，數據訪問服務器對象的訪問規(guī)則是通過對象的屬性、方法和事件來實現的。這可以通過數據訪問服務器的對象類設計來說明。(l)DataAccServer類DataAccServer是由客戶應用程序實例化的，它包含一個OPCServerConnect方法，用于幫助客戶獲得DataAccServer的一個實例，ServerShutDown用于釋放對該服務器對象的引用。GetOPCServers方法用于返回已注冊的服務器的名字(ProgIDs)，將名定(ProgIDs)之一用于PCServerConnect方法中。實例化一個數據訪問服務器的例子如下：連接到第一個從GetOPCServers返回的已注冊的OPC服務器對象DimAllOPCScnersAsVariaTiiAllOPCServer=DataAccServerFell)PCServersDataAccServer.Connect三(AllOPflSenersDataA<^：Server,Connect-(AllOPCSenrfirs(!)}+(?)FD的實例為FD1，FD2，……。FD類除了包含所有附于OPCGroup的屬性外，還根據樓宇自動控制的需要增加了FDNo,ChanNo,和UpDataRate等。FDs集合FDs集合不僅可以使客戶訪問DataAccServer的FDs集合，通過其Item方法還可以訪問單一的FD對象°Add方法用于增加一個FD對象，Remove方法用來刪除一個FD對象，PropertySet方法用來修改FD對象的屬性值。訪問FDs中一個FD對象的例子如下:niffl AsOPCGmjpSti-MOPCGnsup三FDtIh*“HW)+'或？f‘WAnOPCGraip=Wf說丁岫方法是FDf的缺省一堪加一個m>J象W儀如下實現：FikDr^jll(Jroupi>AcljvrzrTnir剖珈HJiwup-FD^.Add(^AnOPCCniupNdttie}Data類Data類包含了實時數據的所有屬性，如值(Value),品質(Quality),時間戳(TimeStamp)等。Read方法實現從Cache中讀數據，Write方法實現向Cache寫數據。Data類的實例為Data1,Data2, ，實際上是從現場設備得來得一些溫度、壓力等數據。與數據的例子：PnnifSubIX'rit^liiJttiJH—Ctick(tAnnpcrteinasOl^CJtrrn如OPChem= ISrHtirtii'niScn'crKahdlrIDimValueAsVuHiintVaJus*2001AnOPCHcmWri曲ValueEndEubDatas集合Datas集合是客戶應用程序可以對一組Data對象進行操作。用AddItem方法增加一個Data對象，用Remove方法刪除一個Data對象，SetDataTypes方法則用來設置Data對象的數據類型。伽一個服電對象的例予：OimAnOl^ZLlrmEI)asHiringl?jmAndlicntHantUeunLairi|偵)PClt就JIHNS；。"ArtCJjrnlHandlr=2001AnOPCIteniCoHrrLHin.-\ddllrmAni ti-nJF)Ai]Ch"iuHjuidltr4.3OPC客戶端的實現客戶應用程序訪問OPC服務器是通過調用OPC數據訪問服務器所提供的方法、屬性和事件來實現的。在實現過程中，首先必須獲取OPC服務器中的OPCServer對象，OPCServer是客戶應用程序訪問OPC服務器的唯一入口和實例化點。其次，用OPCGroup類的ADDGroup方法創(chuàng)建Group類對象。繼而創(chuàng)建Item對象。在獲取Item對象后，就可以進行各種讀寫操作了。在整個過程中，客戶應用程序不需要理解OPC數據訪問服務器的內部設計，而只需按照OPC服務器所要求的格式調用方法、屬性和事件來實現就可以了?？蛻舫绦蜃x取數據的例子：Sei0PtMwrr=1上戶以WjecHFeeAcrSt-r^rr")'創(chuàng)理口；-Servci-對象&IfJPCGroup=(微:Htfvm^ddGronp「“ *')'株取OPCGrwp射象O^CGwup-AcEdEltimf"AnOHJtwcttlXiijne")SetOl^CIlem]-OPCGroup. '創(chuàng)建口叫：如沖『j(f象郝dPrivateS妁RudB岷頑lick(),從服務