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电气工程及其自动化论文

OPC技术在工业控制系统中的应用研究

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时间:2012/2/12 23:42:13  作者:  来源:  查看:100  评论:0
内容摘要: 摘    要随着计算机技术的不断发展,应用于工业控制领域的软件与硬件设备的种类也越来越丰富,系统集成变得越来越复杂与困难。所以,无论是对于客户还是开发者而言,一套统一、通用的标准是非常必要的。OPC DA主要是提供现场层和应用软件间的纵向...

摘    要
随着计算机技术的不断发展,应用于工业控制领域的软件与硬件设备的种类也越来越丰富,系统集成变得越来越复杂与困难。所以,无论是对于客户还是开发者而言,一套统一、通用的标准是非常必要的。
OPC DA主要是提供现场层和应用软件间的纵向的数据集成和互操作。OPC客户端能通过标准接口与一个或多个不同提供商的服务器通信。OPC DX由于定义了一个通用的接口,使得不同总线协议的设备和控制器通过以太网进行直接数据交换成为可能。(毕业设计 )
本文首先分析了OPC概况及优点,仔细研究了一下OPC的各种规范。在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上,进行了服务器的测试及仿真试验。包括了服务器的注册及实现程序,并进行了简单的模拟仿真,并验证了OPC技术的软件开放性。(毕业设计 )
关键词: OPC;开放性及互操作性;OPC数据访问;OPC数据交换

Application and Study of
OPC for Industrial Control System

Abstract
With the development of computer technology, more and more software and hardware are used in industry control field and system integration becomes harder than before. So it is very necessary to use the same standard to communication for both user and vendor.
OPC Data Access primarily provides vertical data integration and interoperability between measurement and automation systems on the manufacturing floor and client application. OPC client applications can communicate with one or more OPC servers from different suppliers. OPC Data exchange makes it possible by defining a set of interfaces that provides interoperability and allows data exchange among devices and controllers connected to Ethernet networks using different field bus protocols.
This text first analyzed OPC's general situation and its advantage, and understands various OPC carefully. On the base of understanding the structure of the OPC server and the realization procedure, designed an imitate true model experiment. Included the register and realization procedure of the server, and carried on a simple imitate true experiment, and proved the OPC software technique's openness.
Key words:OPC;Openness and Interoperability;OPC DA;OPC DX

研究课题的提出
从OPC技术的应用和开发来看,OPC DA数据访问规范是核心,在工业控制系统的实际应用也最广泛,应用软件中OPC DA几乎成了必须的接口标准。基于工业以太网的控制系统己经成为比较流行的趋势,而且OPC DA就做为一种开放的软件技术在系统的集成中获得应用。
本文跟踪OPC的最新技术,提出将OPC DA和OPC DX技术与工业以太网结合的全集成控制系统,不但使得系统的在纵向和横向都能开放集成,而且,改善了采用OPC“中间件”方案中实现异种总线网段之间数据交换的实时性。总之,本论文课题将致力于OPC内部机制的研究和实现,从而为开发OPC具体应用提供良好的参考价值,促进利用OPC技术实现工业控制信息系统朝着开放的方向的发展。

OPC服务器应该提供有效地与物理设备通讯的方式,以优化不同的客户程序对数据的访问。对输入(读操作)来说,物理设备返回的数据被缓存,通过同步或异步的方式提供给客户:对输出(写操作)来说,OPC服务器应该代替客户向物理设备更新数据。(毕业设计 )
OPC规范包括:
1. OPC数据存取(Data Access)规范
2. OPC报警与事件(Alarm and Event)规范
3. OPC历史数据存取( Historical Data Access)规范
4. OPC安全(Security)规范
5. OPC批处理(Batch)规范
6. OPC服务器数据交换(Data eXchange)规范
7. OPC_XML规范

在以往自动化领域的通信技术规范方而,很少有像OPC标准这样一出现就引起了如此强烈的轰动,OPC在今大已经逐步发展成为一个事实上的国际标准。目前,绝大多数的土控厂家为实现其系统的开放性,其监控软件或DCS,PLC都提供了OPC接口或OPC服务器,使产品具备兼容性和二次开发能力,具备OPC接口已经成为工控厂家提高其产品市场竟争力的一个先进技术手段,不能提供OPC接口的系统必将被历史淘汰。
本课题就是在这个背景下,进行OPC服务器的开发研究,仔细了解了一下OPC的各种规范。在弄清OPC服务器的结构及实现步骤的基础上,了解了服务器的注册及实现程序,设计了一个仿真模型试验,并进行了简单的仿真试验,进一步验证了OPC技术的巨大优势。
通过本次设计,使我在巩固原有所学知识以外,又了解了一门当今世界一门前沿的技术,并尝试着进行了初步的探索,使我受益匪浅。







目     录
摘    要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 工控软件的发展 1
1.2.1 传统的工业控制系统开发存在的问题 1
1.2.2 采用OPC技术开发工业控制系统 2
1.3 OPC技术的优点 3
1. 4 国内外研究的现状 4
1.4.1 OPC技术在国外的现状 4
1.4.2 OPC技术在国内的研究和应用 4
1.5 研究课题的提出 5
第二章OPC规范的内容 6
2.1概述 6
2.2 OPC数据存取(Data Access)规范 7
2.3 OPC报警与事件(Alarm and Event)规范 9
2.4 OPC历史数据存取(Historical Data Access)规范 10
2.5 OPC安全规范 10
2.6 OPC批处理规范 11
2.7 OPC-XML规范 12
2.8 OPC数据交换规范及适用范围 12
第三章OPC服务器的开发与实现 13
3.1 OPC服务器的总体结构 13
3.2 OPC服务器程序实现步骤 14
3.3 OPC服务器的注册及程序的实现 14
3.3.1 OPC服务器组件的注册 14
3.3.2 OPC服务器程序的设计 15
3.4 OPC DA服务器接口的实现及组对象的设计 17
3.4.1 OPC DA服务器接口的实现 17
(毕业设计 )
3.4.2设计OPC DA组对象 19
3.5 OPC服务器的读取过程 21
3.5.1 同步读取 21
3.5.2 异步读取 21
第四章 服务器测试及模型仿真设计 23
4.1服务器测试 23
4.2 OPC客户测试过程 23
4.2.1初始化服务器组件 23
4.2.2建立与OPC服务器的连接: 23
4.2.3获取服务器标签列表: 25
4.2.4添加OPC组和项 26
4.2.5数据的刷新及断开连接 27
4.3测试结果 27
4.4.模拟仿真 30
4.5监控系统结构设计 30
4.6 OPC接口开发 31
4.6.1 定义全局变量 31
4.6.2 连接服务器程序 32
4.6.3数据更新函数 33
4.6.4 OPC数据项写数据程序 33
第五章 总结 34
参考文献 35
致谢 36




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