что такое опс сервер
ОРС сервер
Назначение ОРС
OPC (OLE for Process Control)
OPC (OLE for Process Control) – набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными в системах контроля и управления.
OPC технология обеспечивает независимость потребителей от наличия или отсутствия драйверов или протоколов, что позволяет выбирать оборудование и программное обеспечение, наиболее полно отвечающее реальным потребностям бизнеса.
Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 1990 года у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.
Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).
Версии ОРС
На данный момент последней версией спецификации OPC DA является версия 3.0, однако наиболее распространенной пока является версия 2.05a. Недавно разработанный стандарт OPC UA (Unified Architecture) унифицирует набор функций для обмена данными, регистрации событий, хранения данных, обеспечения безопасности данных.
OPC DA Version 2.05a
Наиболее широко используемая. В этом стандарте помимо синхронного обмена данными, введена поддержка асинхронного обмена данными. Асинхронный обмен данных позволяет продолжать выполнение программы без ожидания ответа устройства. Этот метод снижает нагрузку на сеть и должен быть рекомендован как основной. Получение данных реализуется с помощью callback-функции пользовательской программы, которая вызывается в момент прихода ответа от устройства.
OPC Unified Architecture
Спецификация OPC UA совмещает все преимущества предыдущих спецификаций и открывает новые горизонты для применения OPC-технологий. В частности, благодаря тому, что произошел отказ от использования COM-интерфейса, обеспечивается кросс-платформенная совместимость. Новый стандарт уже изначально позволяет обеспечить более высокий уровень безопасности данных, чем OPC DA. Кроме того, новая спецификация дает возможность организации передачи информации через сеть интернет.
Стандарты ОРС
Каждый стандарт ОРС описывает набор функций определенного назначения. В зависимости от потребностей, могут использоваться различные спецификации OPC. Самыми распространенными являются спецификации OPC DA и OPC HDA.
OPC DA (Data Access)
Обеспечивает обмен текущими данными. На основе данной спецификации создано большинство существующих на сегодняшний день OPC-серверов.
OPC HDA (Historical Data Access)
Предоставляет доступ к историческим данным. Использование этой спецификации позволяет представить архивные данные в универсальном формате как в простых системах визуализации, так и в сложных SCADA-системах.
OPC AE (Alarms & Events)
Спецификация создана для контроля за различными событиями, например, выходом значения за какие то границы, обрыве сигнала, действиями операторов т.д..
OPC Batch
Применяется в задачах управления технологическими последовательностями (в соответствии со стандартом S88.01)
OPC DX (Data eXchange)
Была разработана для создания механизмов обмена данными между оборудованием и программным обеспечением различных производителей. Основное назначение данной спецификации обеспечить возможность создания шлюзов.
OPC Security
Предоставляет инструмент для разграничения прав доступа клиентов к информации через OPC-сервер.
OPC XML-DA (XML-Data Access)
Позволяет производить обмен данными через HTTP.
OPC UA (Unified Architecture)
Новая спецификация разрабатывалась более пяти лет и является огромным шагом вперед. В течение ближайших пятнадцати лет она должна постепенно вытеснить используемые сейчас спецификации OPC.
OPC UA совмещает в себе функционал ранее созданных спецификаций DA, А.Е. и HDA и обладает рядом дополнительных преимуществ. Новая спецификация обеспечивает возможность работы с серверами данных через сеть Internet и полную кросс-платформенную совместимость.
На настоящий момент происходит окончательная доработка спецификации, и создаются первые экспериментальные разработки.
Уровни управления АСУ предприятия
Исходя из области применения OPC-серверов в АСУ предприятия различают несколько уровней управления:
Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже «соседу».
История создания и развитие
До появления стандарта OPC, если производитель оборудования выпускал новое устройство, всем разработчикам клиентских приложений, кто хотел бы обеспечить работу с данным оборудованием, также приходилось выпускать новый клиентский драйвер. Тысячи людей, работающих над созданием систем автоматизации технологических процессов, были заняты обеспечением поддержки того или иного оборудования для выпускаемых ими SCADA (Supervisory, Control And Data Acquisition) или HMI (Human Machine Interface) систем. Справедлива и обратная ситуация, когда производитель оборудования, не имея достаточного авторитета, был вынужден сам договариваться с несколькими известными разработчиками программного обеспечения о включении драйвера его оборудования в комплект поставки той или иной SCADA-системы. При невозможности последнего варианта производителю приходилось самому писать программное обеспечение или заказывать его у специализированной фирмы, тем самым распыляя свои силы и уменьшая область применения выпускаемых им приборов.
Разработка стандарта OPC стала важным шагом, призванным, с одной стороны позволить разработчикам оборудования и SCADA-систем сконцентрировать свои усилия на улучшении основного функционала выпускаемых ими продуктов, а с другой – обеспечить масштабируемость и взаимозаменяемость программных и аппаратных средств для конечного пользователя.
Однажды созданный OPC-сервер позволяет подключать устройство к широкому кругу программного обеспечения, поддерживающего спецификацию OPC. Таким образом, интегратор становится независим от производителей оборудования, а производитель оборудования больше не зависит от разработчиков программного обеспечения.
Зарождением стандарта OPC необходимо считать начало 90-х годов, когда группа называющая себя WinSEM (Windows in Science, Engineering and Manufacturing) и объединяющая компании, работающие в сфере автоматизации промышленных процессов, поставила задачу выработать унифицированные стандарты, позволяющие использовать OLE в задачах контроля промышленных процессов. Дело в том, что до появления в 1992 году OLE 2.0 стандартным механизмом обмена данными между приложениями Windows был DDE (Dynamic Data Exchange). К сожалению, данный механизм не предусматривал обмена через сеть и отличался низкой пропускной способностью, что было критичным для многих приложений, нуждавшихся в низких временных задержках.
В марте 1995 года появился первый документ, в котором были определены ключевые спецификации будущей OPC-технологии. После публикации документа дальнейшие работы над ним продвигались достаточно неспешно, в то же время, потребность в новой технологии уже стояла достаточно остро. Тогда из WinSEM выделилось пять компаний, поставивших перед собой задачу разработать первый вариант нового стандарта и передать его на открытое рассмотрение. В 1996 году была выпущена первая версия спецификации OPC. В течение 1996 года проводится ряд семинаров в США, Англии и Японии, в ходе которых заинтересованных разработчиков знакомят с предлагаемым стандартом.
Учитывая мнение большинства компаний, работающих в сфере промышленной автоматизации, было принято решение о том, что контроль и развитие спецификации OPC должен управляться независимой некоммерческой организацией. Такой организацией стала OPC Foundation, презентация которой состоялась на выставке ISA 1996 в Чикаго. Окончательная редакция спецификации OPC DA (Data Access) версии 1.0A появилась в 1997 году. Затем в 1998 году разрабатывается спецификация OPC AE версии 1.0 и OPC DA версии 2.0.
Развитие OPC-технологии
Сегодня сложно встретить SCADA-систему без поддержки хотя бы OPC DA спецификации. В состав OPC Foundation, организации координирующей разработку и поддержку технологии OPC, входит около 450 организаций. При этом разработкой OPC-серверов занимаются не только члены OPC Foundation, но и множество других разработчиков (необходимо отметить, что все описания стандартов OPC, примеры программного кода, а также документы, касающиеся разрабатываемых стандартов доступны только организациям, входящих в состав OPC Foundation).
Подводя итоги, можно еще раз выделить основные преимущества от применения OPC-технологий.
Многие производители оборудования понимают выгоды от создания OPC-серверов для своих приборов. Появляется все большее количество разнообразных цифровых устройств, поставляемых с OPC-серверами. К сожалению, необходимо констатировать факт, что многие из этих OPC-серверов не способны обеспечить все преимущества, которые дает использование OPC-технологий. Можно даже привести примеры, когда такие OPC-серверы показывают неустойчивую работу и плохую совместимость с некоторыми широко распространенными SCADA-системами уважаемых компаний.
Это вызвано тем, что решение о самостоятельном выпуске OPC-сервера всегда связано с большим риском. OPC-сервер – это достаточно сложный в реализации программный продукт, требующий от разработчиков высокого уровня квалификации.
Большинство фирм, разрабатывающих продукты на базе OPC-технологий длительное время, знают о многих подводных камнях, которые необходимо обходить при создании OPC-сервера. Поэтому прогнозируемая экономия средств от самостоятельной разработки для многих производителей оборудования в реальности оборачивается дополнительными расходами и подпорченной репутацией.
В целом, можно смело говорить о том, что технология OPC уже стала мировым стандартом в области автоматизации технологических процессов. С каждым годом все большее количество оборудования поставляется с OPC-серверами. Сама технология OPC находится в процессе постоянного совершенствования и оптимизации, новые версии стандарта расширяют сферу применения продуктов, поддерживающих спецификации OPC и, если в современном мире наличие у прибора OPC-сервера является опциональным, то вероятно в ближайшие десять лет это станет правилом хорошего тона.
Универсальный OPC-сервер
Fastwel UniOPC Server является приложением Windows, обеспечивающим доступ через интерфейс OPC Data Access к нестандартному оборудованию, не имеющему специализированных OPC-серверов. Адаптация сервера к конкретному оборудованию требует программирования со стороны пользователя на языке C++, однако трудоемкость кодирования в части обеспечения OPC-доступа значительно ниже, чем в большинстве универсальных пакетов, предназначенных для разработки OPC-серверов. В то же время UniOPC имеет некоторые ограничения, поэтому, прежде чем принимать окончательное решение, рекомендуется внимательно ознакомиться с бесплатной демо-версией, позволяющей создать и протестировать полнофункциональный проект до покупки лицензии.
Разработанный на базе UniOPC конкретный OPC-сервер состоит из универсальной оболочки (исполняемого файла), реализующей OPC-интерфейсы, и написанной пользователем динамической библиотеки (DLL), которая снабжает сервер данными. Несколько примеров таких DLL разной степени сложности включены в комплект поставки сервера, поэтому при написании своего кода рекомендуется взять за основу один из этих примеров.
Со стороны пользовательской DLL UniOPC позволяет:
Со стороны графического интерактивного интерфейса пользователя UniOPC позволяет:
Сервер поддерживает следующие типы данных:
Разработка пользовательской DLL производится в среде Microsoft Visual C++ (в комплект поставки входят проекты для VC++ 6.0). Разработка в других средах (например, Borland C++) и на других языках программирования (например, Pascal и Assembler) в принципе допустима.
Fastwel UniOPC Server поддерживает интерфейс OPC Data Access 2.0 и может использоваться совместно с различными пакетами программ класса SCADA/HMI.
Предоставляемая демонстрационная версия позволяет до приобретения лицензии ознакомиться с функциональными возможностями сервера, в том числе в конкретном проекте, без ограничений времени работы и количества тегов. Единственным ограничением является отсутствие возможности сохранения и загрузки конфигурации сервера.
OPC-сервер для CAN (Controller Area Network)
Fastwel CAN OPC Server является приложением Windows, обеспечивающим обмен данными с узлами сети CAN через интерфейс OPC Data Access. Текущая версия сервера подключается к сетям CAN посредством любых CAN-адаптеров фирмы IXXAT (через программный интерфейс VCI V2) и/или адаптера PCAN-USB фирмы PEAK Systems Technik.
Сервер может применяться в сетях CAN с произвольными протоколами прикладного уровня, основанными на передаче данных реального времени широковещательными сообщениями, а также поддерживает следующие типы коммуникационных объектов, определенные спецификацией DS-301 CANopen Application Layer and Communication Profile specification:
Fastwel CAN OPC Server:
Fastwel CAN OPC Server поддерживает интерфейс OPC Data Access 2.0 и может использоваться совместно с различными пакетами программ класса SCADA/HMI.
Предоставляемая демонстрационная версия позволяет до приобретения лицензии ознакомиться с функциональными возможностями сервера, в том числе в конкретном проекте, без ограничений времени работы и количества тегов. Единственным ограничением является отсутствие возможности сохранения и загрузки конфигурации сервера.
OPC-сервер для сетей Modbus RTU/ASCII (поверх RS-485) и Modbus TCP
Fastwel Modbus OPC Server является приложением Windows, обеспечивающим программный доступ к узлам сетей Modbus RTU/ASCII и Modbus TCP через интерфейс OPC Data Access. Сервер реализует функции мастера протоколов Modbus RTU/ASCII и Modbus TCP, выполняя операции чтения и записи данных между компьютером, на котором он установлен, и подчиненными узлами сети. Сервер предоставляет возможность одновременного обмена данными с подчиненными узлами сетей Modbus RTU/ASCII и Modbus TCP, и поддерживает следующие типы объектов прикладного уровня протокола Modbus:
Fastwel Modbus OPC Server:
Fastwel Modbus OPC Server поддерживает интерфейс OPC Data Access 2.0 и может использоваться совместно с различными пакетами программ класса SCADA/HMI.
Предоставляемая демонстрационная версия позволяет до приобретения лицензии ознакомиться с функциональными возможностями сервера, в том числе в конкретном проекте, без ограничений времени работы и количества тегов. Единственным ограничением является отсутствие возможности сохранения и загрузки конфигурации сервера.
OPC-сервер
OPC (OLE for Process Control) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Многие из OPC протоколов базируются на Windows-технологиях: OLE, ActiveX, COM/DCOM. Такие OPC протоколы, как OPC XML DA и OPC UA являются платформенно-независимыми.
Создание и поддержку спецификаций OPC координирует международная некоммерческая организация OPC Foundation, созданная в 1994 году ведущими производителями средств промышленной автоматизации.
Девиз OPC: открытые коммуникации по открытым протоколам.
Содержание
Стандарты
OPC DA (Data Access)
Это основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.
OPC AE (Alarms & Events)
Предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийные ситуациии, действия оператора, информационные сообщения и другие.
Предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом (в соответствии с стандартом S88.01)
OPC DX (Data eXchange)
Предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть
OPC HDA (Historical Data Access)
В то время как OPC Data Access предоставляет доступ к данным изменяющимся в реальном времени, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже сохраненным данным.
Определяет функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.
OPC XML-DA (XML-Data Access)
Предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через HTTP.
OPC UA (Unified Architecture)
Новая спецификация, которая не основана на технологии Microsoft COM, что предоставляет кросс-платформенную совместимость.
Назначение
Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 90-ых у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.
Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).
Версии
На данный момент используется OPC версии 3.0, однако наиболее распространенной версией пока является 2.05a. Недавно разработанный стандарт OPC UA (Unified Architecture) унифицирует набор функций для обмена данными, регистрации событий, хранения данных, обеспечения безопасности данных.
OPC Version 2.05a
Наиболее широко используемая. В этом стандарте помимо синхронного обмена данными, введена поддержка асинхронного обмена данными. Асинхронный обмен данных позволяет продолжать выполнение программы без ожидания ответа устройства. Этот метод снижает нагрузку на сеть и должен быть рекомендован как основной. Получение данных реализуется с помощью callback-функции пользовательской программы, которая вызывается в момент прихода ответа от устройства.
OPC Unified Architecture
Инструментарий
Чаще всего для создания приложений с поддержкой OPC используют языки программирования C++, C# или Visual Basic.
Уровни управления
Исходя из области применения OPC-серверов в АСУ предприятия различают несколько уровней управления:
Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже «соседу».
Возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия
Если имеется оборудование, например плата АЦП, управляемая через драйвер на компьютере с Windows или другой ОС, поддерживающей DCOM, то это самый главный кандидат на реализацию OPC-сервера непосредственно поверх драйвера.
Замена устройства не потребует изменения остальных приложений: OPC-сервер изменяется, но сам OPC-интерфейс поверх него остается прежним.
При наличии устройства, управляемого через какой-нибудь сетевой протокол, вполне возможна реализация OPC-сервера, получающего данные по этому протоколу. Единственная особенность — следует предусмотреть механизмы восстановления связи в случае сбоев.
Несколько более сложной будет схема при работе управляющих приложений на компьютере, не поддерживающем DCOM. В этом случае применим двухкомпонентный OPC-сервер. На стороне ОС, не поддерживающей COM, устанавливается сетевой модуль, который, с одной стороны, связан с приложением(ями), а с другой — через сеть с OPC-сервером. Заметим, что сетевой модуль может быть стандартным, как, например, ISaNet в системе ISaGRAF. В этом случае необходимо разработать только OPC-сервер. Иногда сетевой модуль создается специально для OPC-сервера. Возможна даже реализация, при которой этот модуль не ориентирован на конкретное приложение, а предоставляет некоторый API-интерфейс для любых приложений, желающих обслуживаться с помощью OPC. Так действует OPC-сервер для операционной системы полевой шины, такой, как Profibus или fieldbus-сети, а OPC-сервер будет взаимодействовать с этой сетью через драйвер адаптера. В Internet можно найти немало таких примеров.
Идея подобной схемы достаточно очевидна. Сеть полевой шины работает в жестком реальном времени, а OPC предоставляет менее требовательный шлюз к этой сети из приложений более высокого уровня.
Можно назвать много других мест применения OPC: для работы с базами данных в качестве вспомогательных или промежуточных OPC-серверов и т. д. Технология DCOM не очень пригодна для глобальных сетей. Поэтому для привлечения к OPC-технологии Internet-технологий возможен такой путь: расширение Web-сервера является OPC-клиентом, собирающим данные от OPC-серверов. А на стороне клиентов запускается динамическая html- или xml-страница, получающая данные от этого Web-сервера. Ее можно сделать даже OPC-сервером для других приложений.
Полезность применения OPC с точки зрения интеграции достаточно прозрачна и вытекает из самой сути OPC. Это стандарт на интерфейс обмена данными с оборудованием. Первое преимущество — если вы заменяете какой-нибудь компонент, то нет нужды корректировать другое ПО, так как даже при замене драйвера поверх него работает OPC. Второе — если вы хотите добавить в систему новые программы, нет необходимости предусматривать в них драйверы устройств, кроме OPC-клиента, разумеется. Ну и так далее.
Состояние дел
В настоящее время общепризнанным стандартом является только спецификация DA OPC, а остальные спецификации только начинают завоевывать себе место под солнцем. Не все спецификации завершены, по крайней мере, с точки зрения интерфейса автоматизации (например, для ОРС-Batch уже существует версия 2.0 custom-интерфейса, и только 1.0 — для интерфейса автоматизации. Для некоторых других спецификаций тоже существует отставание интерфейсов автоматизации от custom-интерфейсов; для ОРС Security спецификации на интерфейс автоматизации вообще не существует).
Соответственно широкое распространение получил лишь стандарт OPC DA. Можно сказать, что сейчас действительно очень многие производители снабжают свои продукты OPC DA серверами. Чего нельзя сказать о других спецификациях.
Среди программ высокого уровня аналогичная картина. Спросом пользуется лишь OPC DA. Все известные
Из операционных систем технологию DCOM поддерживают следующие:
В других распространенных операционных системах поддержки DCOM нет.
Перспективы
Итак, в настоящее время картина далеко не идеальна. Еще довольно много оборудования и ПО не охвачено OPC-технологиями. Даже технологией DA. Но нам представляется, что сейчас в мире налицо некий бум OPC, по крайней мере, в отношении опять же DA. Думается также, что Microsoft рано или поздно доведет все до желаемого уровня по всем направлениям. Тем более что альтернативных вариантов пока нет. Мы имеем в виду не COM/DCOM, а именно спецификации на обмен технологическими данными. Поскольку для COM/DCOM замена как раз имеется — CORBA. Это действительно изначально платформенно-независимая технология взаимодействия приложений. Но это не обмен технологическими данными, реализующий более высокий уровень абстракции. Кстати, заметим, что на рынке имеются OPC-шлюзы к CORBA (это возможно, как и к любому другому протоколу).
Однако, несмотря на такие планы, организация OPC Foundation своей политикой сдерживает развитие стандарта. Документация с описанием интерфейсов доступна только членам данной организации. Членство стоит от нескольких тысяч долларов, что недоступно не только для разработчиков-одиночек, но даже для многих организаций. Этим и объясняется популярность OPC DA, документация по данному интерфейсу долгое время была доступна свободно. Как результат многие фирмы, не желающие связываться с довольно капризной технологией, имеющие в штате хороших программистов нижнего уровня и работающие с ограниченной номенклатурой контроллеров используют для своих SCADA-пакетов технологию CORBA.
Заключение
Технология OPC предлагает стандарты для обмена технологическими данными, в которые заложены самые широкие возможности. Учитывая большой авторитет вовлеченных в данную деятельность фирм, можно ожидать, что технология OPC будет набирать силу. Это перспективная технология для интеграции разнородных систем. Хотя процесс становления еще далеко не завершен и есть много проблем, которые предстоит решить.
Opc server что это такое
Опубликована в журнале Automatizace, No. 10/2000
Эта статья посвящена обзору технологии OPC. Она описывает основные понятия данной технологии, причины ее разработки и описывает архитектуру и спецификации ОРС.
1. Что такое OPC?
OPC (OLE for Process Control) – промышленный стандарт, созданный консорциумом всемирно известных производителей оборудования и программного обеспечения при участии Microsoft. Этот стандарт описывает интерфейс обмена данными между устройствами управления технологическими процессами. Главной целью было предоставить разработчикам систем диспетчеризации некоторую независимость от конкретного типа контроллеров. OPC основывается на технологии OLE/COM/DCOM компании Microsoft, Inc.
2. Основные причины создания OPC?
Довольно много программ-клиентов может получать данные из различных источников и делать их доступными для драйверов независимых разработчиков. Но при этом возникают следующие проблемы:
Производители оборудования стараются решить эту проблему с помощью разработки дополнительных драйверов. Однако эти попытки встречают сильное сопротивление разработчиков систем диспетчеризации, которые должны, в этом случае, усложнять свои клиентские протоколы.
OPC проводит четкую разграничительную линию между производителями оборудования и разработчиками драйверов. Данная технология предоставляет механизм сбора данных из различных источников и передачу этих данных любой клиентской программе вне зависимости от типа используемого оборудования. Это позволяет разработчикам сосредоточиться на производительности и оптимизации работы серверной части, которая отвечает за сбор данных.
3. Преимущества технологии OPC
OPC был разработан для обеспечения доступа клиентской программы к нижнему уровню технологического процесса в наиболее удобной форме. Широкое распространение технологии OPC в промышленности имеет следующие преимущества:
4. Стандарты и спецификации OPC, OPC Foundation
Разработку стандартов OPC, их описание, поддержку и пропаганду взяло на себя OPC Foundation, добровольная международная организация, расположенная в Boca Raton, Флорида, США. Сейчас организация насчитывает более 250 членов, в число которых входят компании, занимающие лидирующие позиции в разработке программ для мониторинга, визуализации и диспетчеризации, а также других приложений для управления технологическими процессами, такие как Honeywell, Fisher-Rosemount, Siemens, Wonderware, Intellution и другие. Microsoft, Inc. также является членом OPC Foundation, принимая участие в разработке новых спецификаций. Компания Merz, s.r.o. – единственный представитель Чехии в OPC Foundation.
5. Архитектура OPC
Стандарт обмена данными OPC базируется на распространенной общепринятой схеме Клиент-Сервер. Эта архитектура позволяет подключить множество клиентов к одному серверу. И наоборот, данный стандарт позволяет использования одним клиентом различных ОРС-серверов.
Рисунок 2: Архитектура OPC-клиент/ OPC-сервер в промышленной информационной системе.
5.1. Применение OPC в промышленных информационных системах.
В центральной части иллюстрации ( Process Management ) показаны еще три компьютера. На этих компьютерах установлен OPC-клиент – программа диспетчеризации – SCADA HMI ( Supervisory Control And Data Acquisition Human Machine Interface ). Соединение с OPC-серверами происходит через локальную сеть (LAN), что расширяет возможности в построении топологии сбора данных при помощи OPC-серверов.
OPC-серверы опираются на коммуникационный протокол представленного оборудования (например, ПЛК). Не смотря на попытки увеличить в коммуникациях долю стандартных протоколов (Profibus, Interbus, CANBus и т.д.), сейчас трудно сказать, на основании чего лучше строить системы обмена данными: на базе специфических протоколов производителей оборудования или более стандартных протоколов полевых шин. По этой причине номенклатура OPC-серверов практически копирует номенклатуру наиболее популярных систем автоматического управления.
5.2. Типы спецификаций OPC
Стандарт OPC был создан на базе спецификаций OPC. В настоящее время получили наибольшее распространение следующие спецификации:
Сейчас в разработке находятся еще две специфиации:
Рисунок 2 демонстрирует пример связи OPC-сервера и OPC-клиента при использовании одной OPC спецификации. Однако в спецификации OPC Data Access необходимо следить за использованием версии данной спецификации: сервер OPC Data Access 1.0 может общаться только с клиентом OPC Data Access 1.0 client. Поэтому удобней, если OPC-сервер поддерживает несколько версий OPC-спецификации.
5.3. Написание ОРС-модулей на разных языках программирования
5.4. OPC и Internet
В настоящее время, OPC Foundation разрабатывает новую спецификацию – OPC XML. Ее цель – разработать гибкий и удобный интерфейс для обмена данными через OPC, используя XML (Extensible Markup Language) в приложениях Internet/Intranet. Функции XML позволяют очень легко записывать любые структуры данных и, в то же время, передавать данные в виде XML-файлов, удобных для пересылки через Internet.
5.5. OPC и управление дозированием
OPC Batch – другая спецификация OPC, которая уже широко применяется в автоматике. Ее используют для посылки пропорций дозирования в технологические процессы и отслеживания выполнения этих пропорций (лабораторные системы, дозаторы, весовые системы и т.п.). Очень важный факт состоит в том, что каждый OPC Batch сервер (клиент) одновременно является OPC Data Access 2.0 сервером (клиентом). Другими словами, OPC Batch сервер (клиент) включает в себя, кроме спецификации OPC Batch, также и спецификацию OPC Data Access 2.0, включая некоторые дополнительные интерфейсы (например, загрузка переменных).
6. Операционные системы
Один из необходимых компонентов для работы OPC-коммуникаций – COM и его сетевая версия DCOM. DCOM – стандартный компонент для операционных систем Windows NT 4.0, Windows 2000 и Windows 98. Для работы в Windows 95 DCOM нужно установить. Все эти операционные системы позволяют передавать данные в рамках одного компьютера или через локальную сеть. В Windows CE сетевые возможности появились в версии 3.0. Сейчас стандарт OPC был разработан и для операционной системы Linux.
7. Связь OPC-сервера с процессом
Динамическое добавление данных/Dynamic adding of items предоставляет еще более удобную методику конфигурирования OPC-клиента. С ее помощью можно создавать (или удалять) и сразу же устанавливать связь с новыми источниками данных в OPC-сервере, не останавливая ни сервер, ни клиент. В настоящее время, эта функция реализована всего в нескольких OPC серверах (клиентах), но удобство, которая она предоставляет при конфигурировании OPC-клиента, должно привести к ее широкому распространению.
8. Заключение
Какое же будущее у технологии OPC? OPC-сервера включаются в оборудование все большего числа производителей. В то же время, увеличивается число разработчиков систем диспетчеризации, которые поддерживают сбор данных через OPC-сервер с помощью собственных OPC-клиентов. И если так пойдет и дальше, то технология OPC постепенно станет всемирным стандартом для обмена данными в промышленных информационных системах.
9. Дополнительная информация
[1] Каталог продукции / Спецификации OPC, март 2000. CD-ROM, OPC Foundation
[2] http://www.opcfoundation.org/
[3] http://www.opceurope.org/
Опубликовано в журнале Automatizace, No. 10/2000
OPC — набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:
OPC DA (Data Access)
Это основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.
OPC AE (Alarms & Events)
Предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийные ситуациии, действия оператора, информационные сообщения и другие.
Предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом (в соответствии с стандартом S88.01)
OPC DX (Data eXchange)
Предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть
OPC HDA (Historical Data Access)
В то время как OPC Data Access предоставляет доступ к данным изменяющимся в реальном времени, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже сохраненным данным.
Определяет функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.
OPC XML-DA (XML-Data Access)
Предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через HTTP.
OPC UA (Unified Architecture)
Новая спецификация, которая не основана на технологии Microsoft COM, что предоставляет кросс-платформенную совместимость.
Назначение
Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 90-ых у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.
Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).
Версии
На данный момент используется OPC версии 3.0, однако наиболее распространенной версией пока является 2.05a. Недавно разработанный стандарт OPC UA (Unified Architecture) унифицирует набор функций для обмена данными, регистрации событий, хранения данных, обеспечения безопасности данных.
OPC Version 2.05a
Наиболее широко используемая. В этом стандарте помимо синхронного обмена данными, введена поддержка асинхронного обмена данными. Асинхронный обмен данных позволяет продолжать выполнение программы без ожидания ответа устройства. Этот метод снижает нагрузку на сеть и должен быть рекомендован как основной. Получение данных реализуется с помощью callback-функции пользовательской программы, которая вызывается в момент прихода ответа от устройства.
OPC Unified Architecture
Инструментарий
Чаще всего для создания приложений с поддержкой OPC используют языки программирования C++, C# или Visual Basic.
Уровни управления
Исходя из области применения OPC-серверов в АСУ предприятия различают несколько уровней управления:
Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже «соседу».
Возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия
Если имеется оборудование, например плата АЦП, управляемая через драйвер на компьютере с Windows или другой ОС, поддерживающей DCOM, то это самый главный кандидат на реализацию OPC-сервера непосредственно поверх драйвера.
Замена устройства не потребует изменения остальных приложений: OPC-сервер изменяется, но сам OPC-интерфейс поверх него остается прежним.
При наличии устройства, управляемого через какой-нибудь сетевой протокол, вполне возможна реализация OPC-сервера, получающего данные по этому протоколу. Единственная особенность — следует предусмотреть механизмы восстановления связи в случае сбоев.
Несколько более сложной будет схема при работе управляющих приложений на компьютере, не поддерживающем DCOM. В этом случае применим двухкомпонентный OPC-сервер. На стороне ОС, не поддерживающей COM, устанавливается сетевой модуль, который, с одной стороны, связан с приложением(ями), а с другой — через сеть с OPC-сервером. Заметим, что сетевой модуль может быть стандартным, как, например, ISaNet в системе ISaGRAF. В этом случае необходимо разработать только OPC-сервер. Иногда сетевой модуль создается специально для OPC-сервера. Возможна даже реализация, при которой этот модуль не ориентирован на конкретное приложение, а предоставляет некоторый API-интерфейс для любых приложений, желающих обслуживаться с помощью OPC. Так действует OPC-сервер для операционной системы полевой шины, такой, как Profibus или fieldbus-сети, а OPC-сервер будет взаимодействовать с этой сетью через драйвер адаптера. В Internet можно найти немало таких примеров.
Идея подобной схемы достаточно очевидна. Сеть полевой шины работает в жестком реальном времени, а OPC предоставляет менее требовательный шлюз к этой сети из приложений более высокого уровня.
Можно назвать много других мест применения OPC: для работы с базами данных в качестве вспомогательных или промежуточных OPC-серверов и т. д. Технология DCOM не очень пригодна для глобальных сетей. Поэтому для привлечения к OPC-технологии Internet-технологий возможен такой путь: расширение Web-сервера является OPC-клиентом, собирающим данные от OPC-серверов. А на стороне клиентов запускается динамическая html- или xml-страница, получающая данные от этого Web-сервера. Ее можно сделать даже OPC-сервером для других приложений.
Полезность применения OPC с точки зрения интеграции достаточно прозрачна и вытекает из самой сути OPC. Это стандарт на интерфейс обмена данными с оборудованием. Первое преимущество — если вы заменяете какой-нибудь компонент, то нет нужды корректировать другое ПО, так как даже при замене драйвера поверх него работает OPC. Второе — если вы хотите добавить в систему новые программы, нет необходимости предусматривать в них драйверы устройств, кроме OPC-клиента, разумеется. Ну и так далее.
Состояние дел
В настоящее время общепризнанным стандартом является только спецификация DA OPC, а остальные спецификации только начинают завоевывать себе место под солнцем. Не все спецификации завершены, по крайней мере, с точки зрения интерфейса автоматизации (например, для ОРС-Batch уже существует версия 2.0 custom-интерфейса, и только 1.0 — для интерфейса автоматизации. Для некоторых других спецификаций тоже существует отставание интерфейсов автоматизации от custom-интерфейсов; для ОРС Security спецификации на интерфейс автоматизации вообще не существует).
Соответственно широкое распространение получил лишь стандарт OPC DA. Можно сказать, что сейчас действительно очень многие производители снабжают свои продукты OPC DA серверами. Чего нельзя сказать о других спецификациях.
Среди программ высокого уровня аналогичная картина. Спросом пользуется лишь OPC DA. Все известные
Из операционных систем технологию DCOM поддерживают следующие:
В других распространенных операционных системах поддержки DCOM нет.
Перспективы
Итак, в настоящее время картина далеко не идеальна. Еще довольно много оборудования и ПО не охвачено OPC-технологиями. Даже технологией DA. Но нам представляется, что сейчас в мире налицо некий бум OPC, по крайней мере, в отношении опять же DA. Думается также, что Microsoft рано или поздно доведет все до желаемого уровня по всем направлениям. Тем более что альтернативных вариантов пока нет. Мы имеем в виду не COM/DCOM, а именно спецификации на обмен технологическими данными. Поскольку для COM/DCOM замена как раз имеется — CORBA. Это действительно изначально платформенно-независимая технология взаимодействия приложений. Но это не обмен технологическими данными, реализующий более высокий уровень абстракции. Кстати, заметим, что на рынке имеются OPC-шлюзы к CORBA (это возможно, как и к любому другому протоколу).
Однако, несмотря на такие планы, организация OPC Foundation своей политикой сдерживает развитие стандарта. Документация с описанием интерфейсов доступна только членам данной организации. Членство стоит от нескольких тысяч долларов, что недоступно не только для разработчиков-одиночек, но даже для многих организаций. Этим и объясняется популярность OPC DA, документация по данному интерфейсу долгое время была доступна свободно. Как результат многие фирмы, не желающие связываться с довольно капризной технологией, имеющие в штате хороших программистов нижнего уровня и работающие с ограниченной номенклатурой контроллеров используют для своих SCADA-пакетов технологию CORBA.
Заключение
Технология OPC предлагает стандарты для обмена технологическими данными, в которые заложены самые широкие возможности. Учитывая большой авторитет вовлеченных в данную деятельность фирм, можно ожидать, что технология OPC будет набирать силу. Это перспективная технология для интеграции разнородных систем. Хотя процесс становления еще далеко не завершен и есть много проблем, которые предстоит решить.
OPC – это набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными в системах контроля и управления. Аббревиатура OPC традиционно расшифровывается как OLE for Process Control. OLE – Object Linking and Embedding (связывание и встраивание объектов).
OPC – это набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными в системах контроля и управления. Аббревиатура OPC традиционно расшифровывается как OLE for Process Control. OLE – Object Linking and Embedding (связывание и встраивание объектов).
OPC-сервер – программа, получающая данные во внутреннем формате устройства или системы и преобразующая эти данные в формат OPC. OPC-сервер является источником данных для OPC-клиентов. По своей сути OPC-сервер – это некий универсальный драйвер физического оборудования, обеспечивающий взаимодействие с любым OPC-клиентом.
OPC-клиент – программа, принимающая от OPC-серверов данные в формате OPC.
Технология OPC определяет интерфейс между OPC-клиентом и OPC-серверами.
Что это дает для пользователя?
Таким образом, OPC-технология обеспечивает независимость потребителей от наличия или отсутствия драйверов или протоколов, что позволяет выбирать оборудование и программное обеспечение, наиболее полно отвечающее реальным потребностям бизнеса.