毕业设计（论文）OPC技术在现场总线中的应用.doc

OPC技术在现场总线中的应用摘要OPC技术规范是OPC基金会制定的一种新的工业控制标准，它提供了统一的数据访问软硬件接口，目前己得到越来越多的工控领域硬件和软件制造商的承认和支持，实际上己成为工业控制软件公认的标准。电力组态软件是面向电力系统的自动化系统，提供了OPC标准接口，可以方便的与第三方设备实现数据交换。本文对OPC技术规范的产生背景，为工业领域带来的利益，OPC规范的内容，OPC服务器和客户的实现方法，OPC技术的应用，进行了较为详细的阐述。作者根据工业控制中经常遇到的不同协议的现场总线控制系统的互连问题，开发出一套OPC服务器程序和OPC客户端程序，实现了不同系统的互连。该系统能够实现数据的互相通信和参数的互相设定。关键词：客户端程序，服务器程序，OPC技术OPC TECHNOLOGY APPLICATION IN FIELDBUSABSTRACTOPC technology specification is a new industry control standard established by OPC foundation.It provides an unitive data-accessing software and hardware interface standard which has been accepted and supported by more and more software and hardware manufacturers and has become an acknowledged standare in industry control field.Electric Configuration Software is an automatization system used in electric power systems.It provides OPC standard Interfaces and can easily exchange data with third party devices.This paper first introduces background,content and advantages of OPC specification,and then expaticates the realizations of OPC server and OPC client and OPC server.According to the different protocols often encountered in industrial control interconnect of fieldbus control system, developed a set of OPC server program and OPC client program to achieve the interconnection of the different systems. The system is able to achieve mutual communication of the data and parameters are mutually set.Key Words: Client Program, Server Program, OPC Technology目 录第1章 绪论111 课题背景112 OPC规范的产生和发展2121 OPC基金会2122 OPC规范发展213 国内外发展水平综述314 本文所作的主要工作4第2章 OPC接口规范简介521 OPC的规范基础5211 COM/DCOM 简介5212 OPC对象与接口522 OPC数据存取规范6221 概述6222 OPC服务器对象7223 OPC组对象8224 OPC项1023 OPC报警与事件处理规范10231概述10232 OPC对象与接口11233 OPC历史数据存取规范12234 OPC对象与接口1224 OPC批量过程规范13241 概述13242 OPC批量过程名称空间13243 0PC对象与接口14244 0PC安全性规范1425 小结15第3章 Modbus和FF协议的OPC服务器的编制1631 OPC服务器的总体结构1632 OPC服务器对象1733 OPC组对象1834 OPC数据项对象2035 接口功能函数21351 添加一个组21352 删除一个组23353 获取服务器的状态信息23354 设定组的状态25355 获取组的状态26356 修改组名26357 添加一个数据项27358 删除数据项28359 设定数据项的活动状态293510 修改数据项的数据类型303511 同步读数据303512 同步写数据323513 异步读数据3236 数据的异步通报方式33361 IDataObject接口和功能函数33362 数据项的刷新34363 Group的异步操作3537 对象实例的建立35371 类厂实例的建立35372 服务器对象实例的建立38373 IOPCServer实例的建立39374 IOPCGroupStateMgt实例的建立39375 IOPCItemMgt实例的建立4038 服务器的注册40381 注册表和COM类标识40382 服务器程序的安装注册4039 服务器程序和Modbus仪表的通讯41391 Modbus协议41392 服务器程序和仪表串行通讯程序的编制42310 FF OPC 服务器443101 FF H1 现场总线443102 FF 通信模型的主要组成部分及其相互关系443103 系统的硬件结构453104 FF OPC 服务器编制原理45310 结束语47第4章 OPC客户程序的编制4841 基本概念4842 客户程序的初始化4843 创建OPC Server 对象实例49431创建FF OPC Server对象实例49432创建Modbus OPC Server对象实例5044 接口功能的调用51441 添加组51442 添加数据项51443 同步采集数据5146 结束语52第5章 OPC 在现场总线控制系统中的应用5351 系统的构成5352 客户端的设置5453 现场总线系统的组态5554 OPC 客户程序和 OPC 服务器程序的连接5655 本章小结58第6章 结束语59参考文献60致谢61第1章 绪论11 课题背景随着自动化技术的不断的发展，许多自动化的厂商开发出各种各样的自动化控制软件和硬件。在企业管控一体化的是实施中，管理网如何稳定、高速地从工业过程中获取工艺生产数据，是人们普遍关心的问题。但由于DCS、PLC等控制和管理网上运行的应用软件通常来自于不同的厂商，如果不遵循统一的规范，相互之间的通讯就变的异常的复杂，这样管理层就不能够快速、稳定地得到所需要的工艺数据进行优化、调度和决策等操作，使得管控一体化的功能不能得到充分的发挥。OPC(OLE for Process Control)是以微软公司(Microsoft)COM 及DCOM技术为基础，创建和开发出的一种应用于控制领域的开放式工业标准。它的开发目的，正是为了在工业控制设备与应用软件之间建立统一的数据存取规范，这个接口规范不但能够应用于单台计算机，而且可以支持网络上各应用程序之间的通讯，以及不同平台上应用程序之间的通讯。其基本思想是：每个支持OPC接口标准的硬件厂商为其设备开发一个OPC服务器，主要负责从硬件设备得到数据并暂存起来支持OPC接口的应用软件作为OPC客户通过与OPC服务器之间的交互来读写硬件设备的信息。所以，通过OPC服务器访问过程数据，可以克服异购网络结构和接口协议之间的差异，上层应用可以不关心底层的硬件特性以及OPC服务器与硬件通讯细节，就可以得到生产过程的数据。显然，这一标准为控制系统（DCS，PLC）与管理网之间的互联，以及上层应用软件与控制设备之间的数据通讯提供了极大的方便，而且使得整个管控一体化系统结构更有灵活和开放性。因为任何支持OPC协议的应用软件和硬件设备可以接入系统实现“即插即用”（如下图1.1所示）。只要遵循OPC协议，管理网上的所有应用软件都可以通过OPC接口来得到生产过程的数据了。图1.1基于OPC标准的管控一体化系统12 OPC规范的产生和发展121 OPC基金会负责制定OPC规范的是OPC基金会,这是一个非盈利性的组织,其前身是成立于1995年的OPC工作组(OPC taskgoup)。 OPC基金会的会员已经超过220家,世界上各主要的工业自动化仪表、控制系统厂商都是该组织的成员。值得注意的是微软也是OPC基金会的成员,并且给予了强有力的支持。但微软一直保持着幕后角色,让具有丰富现场经验(指仪表与控制系统)的公司指导基金会的工作。1997年在德国法兰克福成立了OPC基金会下属的OPC欧洲委员会,负责欧洲地区的技术支持、产品兼容测试等工作;随后成立了OPC日本委员会。目前,我国OPC成员单位还很少,尚未成立相应委员会,更谈不上参与制定OPC标准,因此还需要国内工控界同仁共同努力。122 OPC规范发展OPC规范最初的目标是尽快制定一个工业标准。因此最初版本侧重于在线数据存取、报警事件处理和历史数据存取等方面。安全性、批处理等附加的功能则在随后的版本中定义。由于OPC是建立在已成为软件模型标准的COM技术之上，因此该标准更容易为各工控软硬件厂商所接受。事实上，OPC的结构体系增强COM接口的优点，而COM接口本身则提供了方便扩展OPC功能的机制，因而OPC规范作为一项工业标准已经得到了广泛认可。经过不到一年的高效工作，OPC基金会于1996年8月完成了最初的OPC规范，即1.0版。后来于1997年9月发布了OPC规范1.OA版，并改名为数据存取规范1.OA版(Daa Access Standad)。该规范现已升级到2.04版。数据存取规范定义了OPC服务器中一组COM对象及其接口，并规定了客户程序对服务器程序进行数据存取时需要遵循的标准。1998年12月发布了报警事件规范1.0版(Alarms&Event specification)。1999年12月升级到1.01版。该规范提供了一种通知机制，即在指定事件或报警条件发生时OPC服务器能够主动通知客户程序。1998年还发布了历史数据存取规范1.0版(History Data Acess Specification )。由于现在大部分历史数据系统采用专用接口分发数据，因此无法提供即插即用的功能。为此，该规范提供一种通用历史数据引擎，可以向感兴趣的用户和客户程序提供数据汇总和数据分析等额外的信息。2001年1月发布了批量过程规范1.0版(Batch specification)。该规范基于OPC数据存取规范和ISA-88系列批量控制标准，提供了一种存取实时批量数据和设备信息的方法。2000年10月发布了安全性规范1.0版(Security Specification)。 OPC服务器为应用提供了重要的现场数据，如果这些参数被误修改将会产生无法预料的后果，因此需要防止未授权的操作。OPC安全性规范就提供了这样一种专门的机制来保护这些敏感数据。13 国内外发展水平综述现在网络技术已经进入社会生活的各个方面，并得到了迅猛发展。新技术之一的可扩展标记语言(extensible markup language XML)具有自描述性，非常适合不同应用间的数据交换。由于这种交换不需要预先定义一组数据结构，因此具有很强的开放性，已经成为新一代的因特网数据交换标准，有着广阔的应用前景。OPC基金会紧随网络发展的最新趋势，并利用这些新技术来增强OPC技术，使其更适合于因特网应用。因此，1999年10月在美国费城举行的ISA Tech 99会议上，OPC基金会宣布将发布与微软的BizTalk体系结构相兼容的XML纲要(XML schema)，该纲要是基于OPC规范的。 OPC基金会还专门成立了XML工作组，该工作组将建立XML数据纲要，用于将OPC数据向Intenet上的应用程序开放，从而增强与OPC兼容应用程序的电子商务功能。 OPC XML建立了一组关键字和属性，用于描述工业设备、控制系统等方面的特性和操作，从而使整个企业环境下的应用程序能够共享控制系统和现场设备的信息。OPC技术作为一项工业标准在国内得到了逐步推广和应用，特别是近年来引起了广泛的关注。不少高等院校、研究机构和制造厂商都展开了对OPC技术的研究和应用。一些公司如北京华控公司也加入了OPC基金会，成为其成员单位。在应用方面，沈阳自动化研究所在开发新一代分布式控制系统时就采用了OPC技术，实现了上层应用软件通过OPC服务器访问现场设备信息的功能，同时还开发了OPC软件包和相应控件。不少自动化仪表制造厂商在提供硬件的同时也提供相应OPC服务器。一些国内工控软件公司也充分利用OPC技术增强和扩展其软件功能，例如北京亚控公司从组态王5.1版本开始支持OPC技术。虽然在我国有越来越多的厂商推出了采用OPC技术的产品，但其兼容性、操作性还有待提高。因此，国内工业自动化领域的科研机构和制造厂商应加强合作，紧紧把握住最新技术，推动我国自动控制系统及仪器仪表水平的发展。14 本文所作的主要工作本文根据工业控制中经常遇到的不同协议的现场总线控制系统的互连问题，开发出一套OPC服务器程序和OPC客户程序，实现了不同系统的互连。该系统能够实现数据的互相通信和参数的互相设定。在系统的设计过程中，作者主要做了以下几方面工作。1.学习和理解了COM组件的内容，研究了OPC接口规范。主要是研究了OPC数据存取规范以及其中的服务器对象、组对象、数据项对象和接口。2.为使FF现场总线控制系统和Modbus仪表进行通信，利用Visual C的COM技术开发了两种协议的OPC服务器程序。在服务器程序中实现了服务器对象和组对象的基本接口及一些可选接口。FF OPC服务器程序能通过以太网和远程的客户端程序通信；Modbus OPC服务器能通过RS-232采集数据。3.客户端程序能够远程连接FF OPC服务器程序和近程连接Modbus服务器程序，能实时显示数据。本系统在开发的过程中进行了大量的实验和调试，得到了比较满意的结果，客户程序界面的设计比较美观。整个系统采用面向对象的设计方法，能最大限度地发挥系统的效率。 第2章 OPC接口规范简介21 OPC的规范基础211 COM/DCOM 简介随着计算机软件科学的发展，应用系统功能日趋复杂，程序愈加庞大，软件开发的难度也更大。为此，需要将应用程序划分为多个功能独立的模块，由各模块协同完成实际的任务。这些模块被称为组件，它们可以被进行单独设计、编译和调试，因此具有开放性、易升级、易维护等优点。COM(Component Object Model)就是一个由微软公司推出的开放的组件标准。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；COM标准的实现部分是COM库，COM库为COM规范的具体实现提供了一些核心服务。由于COM以客户/服务器模型为基础，因此具有良好的稳定性和很强的扩展能力。DCOM(distributed component object model)是建立在COM之上的一种规范和服务，提供了一种使COM组件加入网络环境的透明网络协议，实现了在分布式计算环境下不同进程之间的通信与协作。客户程序和COM组件程序进行交互的实体是COM对象。 COM对象类似C+中对象的概念，它是某个类(class)的一个实例，包括一组属性和方法。COM对象提供的方法就是COM接口，它是一组逻辑相关函数的集合；客户程序必须通过接口才能获得COM对象的服务。212 OPC对象与接口OPC规范描述了OPC服务器需要实现的COM对象及其接口；它定义了定制接口(custom interface)和自动化接口(automation interface)。每种不同的OPC规范又分定制接口规范和自动化接口规范二部分，以方便开发者设计和实现OPC 服务器程序或客户程序。OPC 客户程序通过接口与OPC服务器通信，间接地对现场数据进行存取。 OPC服务器必须实现如图2-1-2所示的定制接口，也可有选择地实现自动化接口。一般来说，自动化接口能为VB等高级语言客户程序提供极大的便利，但数据传输效率较低；而定制接口则为用C/C+语言编写的客户程序带来灵活高效的调用手段。在有些情况下，OPC基金会提供了标准的自动化接口封装器(wapper DLL)，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。 图 2-1-2 OPC客户机/服务器结构示意图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，因为此时必须实现；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。22 OPC数据存取规范221 概述OPC数据存取规范是OPC基金会最初制定的1个工业标准，其重点是对现场设备的在线数据进行存取。该规范也分为定制接口规范和自动化接口规范二部分，2种接口完成的功能类似，下面主要介绍定制接口规范中基本的对象和接口功能。 OPC数据存取服务器主要由以下几个对象组成，即服务器对象、组对象和项对象。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，可动态地创建或释放组对象；而OPC组对象除了维护有关其自身的信息，还提供了包容OPC项的机制，逻辑上管理OPC项：OPC项则表示了与OPC服务器中数据的连接。图2-2-1示意了这几个对象的相互关系以及它们和OPC客户程序的关系。图 2-2-1 OPC数据存取服务器中对象及OPC客户的相互的关系从定制接口的角度来看，OPC项并不是可以由OPC客户直接操作的对象，因此OPC项没有的定义外部的接口，所有对OPC项的操作都是通过包容该项的OPC组对象进行的。而OPC服务器对象和组对象是聚合关系，即OPC服务器对象创建OPC组后，将组对象的指针传递给客户，由客户直接操作对象。这样既提高了数据存取得速度也易于功能的扩展。体现了组件软件的重用性。222 OPC服务器对象OPC服务器对象是OPC服务器暴露的主要对象，客户程序首先创建该对象再通过其接口完成所需的功能。图2-2-2示意了标准OPC 服务器对象及其定制接口，其中带星号的为OPC数据存取规范2.0 版中新增加的接口，带方括号的为可选接口。图 2-2-2标准服务器Server对象IUnknown接口是所有COM组件都必须实现的一个基本的标准接口，它为客户程序提供了QueryInterface()的方法进行接口查询，并且引用计数的方法决定COM对象的生存周期。IOPCCommn接口是各类OPC服务器都使用的接口，通过该接口可为某个特定的客户/服务器对话设置和查询本地标识(LocalID)。这样，一个客户程序的操作将不会影响其他程序。IOPCServer 接口是OPC服务器对象的主要接口。客户可以通过该接口创建、删除、查询组对象。并了解OPC服务器自身的信息。这些信息包括服务器的创建时间、运行状态、组对象的个数和版本号。IConnectionPointContainer 接口是 COM 规范中的标准接口，用于实现服务器程序向客户程序发送通知或事件。当OPC服务器关闭时需要通知所有的客户程序释放 OPC 组对象合其中的OPC项，此时可利用该接口调用客户程序方的IOPCShutdown 接口实现服务器的正常关闭。IOPCItemProperties 接口为客户程序提供了一种方便浏览 OPC 服务器存储区中数据项属性的方法。这种属性包括工程量、设定值、高限报警值、低限报警值和注释等。通过该接口，OPC 客户无需创建和管理组就直接能得到这些信息，简化了操作。OPC 规范中组的对象可分为公共组(public group) 和 局部组(local group) ，公共组可以被多个客户共享，而局部组只能被一个客户使用。因此可采用特定的 IOPCServerPublicGroups可选接口来管理公共组。公共组可以由服务器程序或客户程序创建。对客户程序而言，它总是先创建一个局部组，然后再转换为公共组。客户程序可通过该接口改变公共组对象的激活状态，设置其中 OPC 项的数据类型等，但这些操作并不影响已与公共组连接的其他客户程序。与局部组不同的是，客户程序不能添加或删除公共组内的 OPC 项。可选接口IOPCBrowseServerAddressSpace为OPC客户程序提供了浏览服务器中有效数据项的机制。这些数据项往往和实现现场备相关连，代表某个现场信息。OPC服务器总是先浏览这些数据项，然后将需要的数据项作为OPC 项添加到OPC组对象当中进行数据存取。如果没有实现该可选接口，客户程序添加OPC项时必须知道服务器中数据项的确切名称才能建立起与数据源的正确连接。可选接 IPersistFile 也是标准的COM接口该接口允许客户程序调人或在储服务器的设置。这些设置包括服务器通信的波特率、现场设备的地址相名称等。这样，当系统理:新启动时不需要再对服务器进行设置巳需要注意的是客户程序创佳的组对象名称、项对象名称等信息应该由客户程序存储，与该接口无关。223 OPC组对象 (图2-2-3)OPC组提供了一种让客户组织数据的方法，用户可以将逻辑相关的一组数据作为OPC项添加到同一个组当中，例如同一个反应器的各点温度等。客户程序可创建多个组对象，并分别设置其属性。客户程序对服务器进行数据存取时是以组对象为单位进行的，即客户程序对组内感兴趣的OPC项进行统一的读写操作，这样无疑提高了数据通信的效率。图 2-2-3 标准OPC组对象及其定制接口IOPCItemMgt接口允许客户程序组对象添加、删除和管理其包容的OPC项，例如设置OPC项的激活状态和数据类型等属性。客户程序通过IOPCGroupStateMgt接口来管理整个组对象的状态，主要是设置组对象向客户程序提交数据变化的刷新速率、激活状态等等。 IOPCPublicGroupMgt 可选接口则允许客户程序将局部组转化为公共组。OPC客户程序对OPC服务器中数据的存取方式分为同步读写方式和异步通报方式。客户程序可按照一定的周期调用IOPCSynIO接口对服务器程序进行数据同步存取操作，此时客户方的调用函数一直运行到所有数据读写完成。IOPCASynIO2和 IOPCASynIO是异步通报方式中使用的接口，其中前者是在2.0版本中新定义的，并与IConnectionPointContainer接口一起使用，具有更高的通信性能；后者则是和IDataObject接口结合使用。在异步通报方式下，服务器程序定期刷新OPC项并判断其数值或品质是否变化，如果有变化则调用客户程序方的IOPCDataCallback接口，将变化后的数据发送给客户程序。异步方式中允许服务器将读写操作排队，使客户方的调用函数可立刻返回。当服务器读写操作完成后再通知客户程序。显然，异步通报方式的通信效率更高，但有多个客户程序与服务器相连时，同步读写方式更具时效性。对于每个组对象，客户程序可根据需要采用其中一种数据存取方式，而不能两者都使用。224 OPC项 OPC项表示了与 OPC服务器中数据的连接，包括值(value)、品质(quality)、时间戳(timstamp)三个基本属性。值的数据类型为VARIANT，表示实际的数值；品质则标识数值是否有效；时间戳则反映了从设备读取数据的时间或者服务器刷新其数据存储区的时间。需要指出的是，OPC项并不是实际的数据源，只是表示与数据源的连接。OPC规范中定义了两种数据源，即内存数据(cache data)和设备数据(device data)。每个OPC服务器都有数据存储区，存放着值、品质、时间戳以及相关设备信息，这些数据称为内存数据。而现场设备中的数据则是设备数据。OPC服务器总是按照一定的刷新频率通过相应驱动程序访问各个硬件设备，将现场数据送人数据存储区。这样对OPC客户而言，可以直接读写服务器存储区中的内存数据。这些数据是服务器最近一次从现场设备获得的数据，但并不能代表现场设备中的实时数据。为了得到最新的数据，OPC客户可以将数据源指定为设备数据，这样服务器将立刻访问现场设备并将现场数据反馈给OPC客户。由于需要访问物理设备，所以OPC客户读取设备数据时速度较慢，往往用于某些特定的重要操作。23 OPC报警与事件处理规范231概述报警与事件规范(alams and events specification )提供一种由服务器程序将现场报警和事件通知客户程序的机制，使工控软件可以按照统一的标准处理现场的各种报警事件。过程控制中报警和事件概念在不严格的场合下可以互换，两者意义上的区别并不显著。在 OPC规范中，报警是一种需引起客户程序注意的非正常状态(condition)，这种状态可以用OPC报警与事件服务器对象或其包容的对象来表示，例如服务器内定义的标签 FC101可以与水平报警和波动报警相关。对某个状态还可以定义它的子状态，例如水平报警可分为上限报警、上上限报警、正常、下限报警、下下限报警。另一方面，事件则是一种可以检测到的变化情况，它可以和某种状态相关，也可.以不相关，例如液位从正常变为上限报警就是一种与状态相关的事件而操作员的操作、系统组态变化以及系统错误则是与设定状态无关的事件。 OPC规范中用OPCCondition和OPCEventNotification分别表示状态和事件，并详细规定了它们的属性。报警与事件规范主要支持两种类型的服务器：一种是简单事件服务器，它可以检测报警事件并通知OPC客户程序；另一种是复杂事件服务器，它除了提供以上功能外，还可对报警和事件进行分类和过滤等高级操作。232 OPC对象与接口OPC事件服务器主要包括OPC事件服务器对象(OREventsever)、OPC事件预定对象(OPCEventsubscription)以及OPC事件区域浏览对象(OPCEventAreaBrowser)。这三者的关系如图2-3-2所示。图 2-3-2 OPC报警服务器中对象的相互关系OPC事件服务器对象是服务器程序暴露的主要对象。 OPC客户可以通过该对象的IOPCEventserver接口查询服务器提供的事件类别和参数以及对状态进行管理。任何支持IOPCEventserver接口的COM对象都可作为OPC事件服务器，因此可以通过在OPC数据存取服务器中增加OPC事件服务器对象来发挥双重作用。当客户程序指定某个需要得到通知的特定事件时，它通过OPC事件服务器对象创建事件预定对象。一个客户可指定多个事件，因此可创建多个该对象。事件预定对象允许客户程序设置。并通知事件的各种属性，例如过滤条件等。当客户程序指定事件发生时，该对象通过其IConnectionpointContainer接口建立起与客户方的连接，并调用客户方的IOPCEventsink接口将事件通知客户。OPC事件区域浏览对象是一个可选对象，也是OPC事件服务器对象创建。它主要为客户程序提供一种浏览服务器中生产过程区域的方法。在实际生产过程中，往往将现场设备有组织地分为不同区域，由不同的操作者负责相关操作。这样，当不同客户需要得到事件通知时，它首先可以浏览服务器中设定的生产过程区域，然后再设置相应的过滤属性，将不属于自己职权范围内的事件过滤掉。某些简单事件服务器程序有可能不能实现该可选对象，也不提供相应的功能。233 OPC历史数据存取规范OPC历史数据存取规范(historical data access specification)提供一种通用的历史数据引擎，可以向感兴趣的用户和客户程序提供额外的数据信息。目前大多数历史数据系统采用专用接口分发数据，这样无法在即插即用的环境中增加或使用已有的历史数据解决方案，限制了其应用的范围和功能。OPC历史数据存取规范将历史信息看成某种类型的数据，用统一的标准把不同应用层次的数据集成起来。 根据支持接口功能的不同，历史数据服务器可分为多种，目前OPC规范主要支持简单趋势数据服务器和复合数据压缩与分析服务器这两种。前一种历史数据服务器只提供简单的原始数据存储功能，比较典型的是将OPC数据存取服务器提供的数据以时间数值品质多元组的形式储存。后一种服务器既可以存储原始数据也可以进行数据压缩，同时还提供数据汇总和数据分析功能，例如计算平均值，最大、最小值等等。它还支持数据刷新和历史记录更新。此外，在保存实际历史数据的同时还可以保存相应的注释信息。234 OPC对象与接口由于历史数据和实时数据不同，历史数据存取规范只定义了历史服务器对象( OPCHDA server object )和历史数据浏览器对象( OPCHDA brower object )。图2-3-4示意了这2个对象及其定制接口，其中带方括号的为可选接口。该规范同时还定义了客户程序方相应的回调函数接口。图 2-3-4 历史服务器对象、历史数据浏览器对象及其定制接口历史服务器对象提供了同步和异步存取历史数据的方法。客户程序可以调用相应的接口对历史数据库进行数据的查询、修改、插人、替换和删除等操作。具体的历史数据类型以及这些操作的内部实现过程则完全由服务器供应商决定。历史数据浏览器对象通过历史服务器对象(IOPCHDAServer)接口创建，它为客户程序提供了浏览历史数据地址空间的方法。历史服务器中数据的地址空间可分为层次型和扁平型，可以方便客户程序快速地找到需要进行操作的历史数据。该对象应用于大型的历史数据库时作用特别重要。24 OPC批量过程规范241 概述批量过程规范(OPC batch speciflcation)是基于OPC数据存取规范和IEC61512-1国际批量控制标准(对应的美国标准为ISA-88)制定的，它提供了一种存取实时批量数据和设备信息的方法。该规范的目的不是为批量过程控制提供某种解决方案，而是使异构计算环境下不同的生产控制方案能有效地协同工作。如图2-4-1所示，一个批量过程服务器可以从其他OPC数据存取服务器或专用的批量过程控制软件获取数据，然后提供给客户软件。 图 2-4-1 OPC批量过程数据原与服务器242 OPC批量过程名称空间名称空间(namespace)就是一组定义好的名称的集合，用于标识不同的实体及其属性，它可分为透明和不透明两种名称空间。 OPC数据存取服务器使用的是不透明的名称空间，即OPC客户采用(项目名称、属性)的语法规则从服务器获取数据，数据项的名称由特定服务器决定，客户程序事先无法知道。 OPC批量过程规范致力于提供与IEC61512-1标准中物理模型和过程控制模型相关的实时数据，因此根据该标准制定了一组通用的数据项标识以保证互操作性。这些标识适用于所有的OPC批量过程服务器，并且对客户程序来说是已知的，因此实现了透明的名称空间。如图2-4-2所示，名称空间中根名称下的OPC物理模型(OPCBphysi-calModel)、OPC批量过程模型(OPCBatchModel)和OPC批量标识列表(OPCBBatchIDLst)是所有OPC批量过程服务器必须支持的标识名。客户程序再通过查找这些标识名下的子项来获得站点、生产单元、设备模型和控制模型等信息。图2-4-2 OPC批量过程服务器名称空间243 0PC对象与接口OPC批量过程服务器是在数据存取服务器对象上增加IOPCBatchServer、IEnumerationSets、IEnumOPCBatchSummary和IOPCEnumerationsets接口扩展而来的，因此必须实现数据存取服务器对象中所有的必选接口。客户程序可以通过新增的接口了解批量生产过程的进行、等待、完成情况以及相关现场信息。由于服务器采用了只读的名称空间，所以客户程序中不能任意地为OPC数据项命名，必须遵循国际标准。244 0PC安全性规范 OPC服务器为应用提供了重要的现场数据，如果这些参数被误修改将会产生无法预料的后果，因此需要防止未授权的操作。OPC安全性规范(security specification)就提供了这样一种专门的机制来保护这些敏感数据。安全性规范采用与阳'安全模型兼容的安全性参考模型，该模型包括访问主体、访问标识，安全对象、参考监视器、访问通道和安全控制列表等部分。OPC服务器中数据的安全机制是通过在OPC服务器对象上增加IOPCSecurityNT和IOPCSecurityPrivate可选接口来实现的。IOPCSecurityNT接口采用NT安全认证进行访问控制，即客户使用NT的访问标记(access token)获得对OPC对象的访问权限，并由操作系统进行验证；IOPCSecurityPrivate 则采用专用的安全认证，客户需要获得由OPC服务器指定的访问标识才能对OPC对象进行访问，验证过程也是由OPC服务器对象作为参考监视器实现的。这两个接口实现了不同层次的安全性，任何需要安全认证的OPC服务器至少实现一个接口，但若要允许没有NT访问标记的客户进行访问，则两个接口都必须实现。和其它可选接口一样，OPC客户程序应通过接口查询来检测OPC服务器实现的安全功能。OPC安全性规