OPC XML-DA在現場總線遠程監控系統中的應用

1 引言

　　信息技術的發展，使得自動化系統結構逐步形成全分布網絡集成自控系統?，F場總線正是順應這一形勢發展起來的新技術[1]。利用Internet對現場進行遠程的實時監控是當前控制領域的熱點，實現工業實時數據Web瀏覽也是工業信息監控發展的必然趨勢。近年來，隨著Internet的迅速發展及控制自動化技術的不斷提高，企業的信息化程度也越來越被企業所重視。遠程監控作為企業信息系統的一部分，可以使企業信息系統向Internet上延伸，綜合的實現企業信息系統中過程監控層的“遠程組態”、“報警提示”、“實時歷史曲線”以及與ERP集成等多種功能[2]。企業充分利用計算機、互聯網等現代信息技術，將企業的生產、經營及管理流程在線實現，并使企業真正可以在線獲得完整而及時的信息。

　　傳統基于OPC的現場總線監控系統所設計的客戶/服務器結構模式，把數據采集者視為OPC服務器，其他的訪問端視為OPC客戶端。通常，客戶端包含大部分業務邏輯。如果系統業務邏輯僅僅使用或需要一個簡單的數據源時，這種結構能夠運行得很好。然而當系統需要具有可擴展性，系統功能要求不斷增加，數據庫性能需要不斷提高時，這種客戶端/服務器結構就不能夠滿足要求，特別在實現遠程監控及實現客戶跨平臺的要求方面，C/S模式已經表現出自己的弊端。隨著計算機通信和網絡技術的不斷發展，計算機網絡為工業控制系統提供了新的發展空間與技術支持。以Web服務層為監控系統中間層的B/S（Web瀏覽器/Web服務器/數據庫服務器）模式，已經逐漸發展起來。

2 基于Web服務的OPC XML-DA規范

　　2.1 OPC技術

　　OPC（OLE for process control）用于過程控制的對象鏈接與嵌入，是作為工業標準定義的特殊的COM接口，它是基于微軟的OLE/COM/DCOM技術，按照標準的方法來完成不同設備之間數據交換的問題。在OPC出現之前，工控軟件通常依靠動態數據交換（DDE）進行數據訪問，比如數據的讀取、更新、訂約、寫入等[3]。OPC的出現大大地提高了數據傳輸效率以及對事務的處理能力，同時利用Windows系統對DCOM的安全機制也提供了一定安全性管理的能力。但隨著網絡技術的迅猛發展和企業信息管理系統對互操作性要求的提高，特別是OPC應用在Internet遠程網絡通信及跨平臺連接時，基于COM/DCOM的OPC標準逐漸不能滿足客戶需求。為此，OPC基金會正式于2003年推出了基于XML Web服務的最新標準OPC XML-DA規范1.0版。

　　2.2 OPC XML-DA

　　在OPC規范中，數據訪問（DA）規范具有極其重要的地位，因此研究得比較成熟，所以OPC基金會目前推出的基于Web服務的規范也初始定義在數據訪問規范上，即OPC XML-DA規范。使用基于Web服務作為遠過程調用的方式有如下的優勢：跨平臺，基于Internet/Intranet實現遠程人機接口 （HMI），智能現場設備直接支持OPC。

　　OPC XML-DA規范的建立，用于將OPC數據向Internet上的應用程序開放，實現了工業控制領域工廠底層與企業管理自動化的集成。OPC DA提供了不用開發專門的通信軟件就可以訪問設備的最好的方法，而OPC XML-DA又是實現遠程和跨平臺數據交換的一種最好方法。它建立在OPC DA規范基礎上，是基于XML技術的接口規范[4]，通過兩個Web Services的基礎技術XML和SOAP將數據暴露出來，用于連接高層ERP和其他企業應用程序。它用SOAP作為對應用程序共享消息進行包裝的標準協議，使用WSDL對Web服務進行描述，在OPC XML-DA客戶端和服務器之間通過HTTP協議傳輸Web服務，標準化的XML詞匯使得工業應用得到保障，所有過程控制系統可以采用相同的語言進行數據信息交換，保證了應用程序間的互操作，并實現與高層間共享和交換數據。

　　2.3 Web Service

　　利用OPC XML-DA實現在Internet遠程監控，需要在Web Service框架下完成。Web Service是在現有的各種異構平臺的基礎上構筑一個通用的與平臺、語言無關的技術層，不同的企業所開發的不同平臺上的各種應用可以依靠這個技術層實現彼此的連接和集成[5]。Web Service通過標準的網絡協議向網絡用戶提供各種服務，Internet上任何地點、任何平臺上的應用程序只要符合Web Service的標準都可以從它的公共接口獲得服務，使得不同的應用程序在Internet上共享和交換數據更加的容易。Web Service的具體規范[6]如下：

　　1） 利用擴展標記語言XML描述傳輸信息。遠程調用服務的過程通常需要傳遞參數和返回結果，在Web Service中，這些都使用XML進行描述。良好的數據存儲格式、可擴展性、高度結構化、便于網絡傳輸使得XML可以更好的描述所傳輸的數據元素。

　　2） 以簡單對象訪問協議SOAP作為Web Service的調用協議。它是一種基于XML用于在應用程序之間以對象的形式交換數據的表示層通信協議，是Web Services的核心，是用戶端與服務器端之間進行溝通的特殊語言。SOAP協議有助于實現大量異構程序和平臺之間的互操作性,從而使現存的應用能夠被廣泛的用戶訪問。

　　3） 以Web服務描述語言WSDL描述Web Service相關信息。WSDL文檔中描述了所有公開函數的信息，所有XML消息的數據類型信息以及使用的特定的傳輸協議的信息和用于定位特定服務的地址信息。通過WDSL文檔，客戶端可以得到它需要的所有相關的Web Service的服務。

　　4） 統一描述、發現和集成協議UDDI。Web Service客戶端開發人員需要某種機制來確定有哪些可供使用的服務，以及他們提供什么樣的服務，如何調用這些服務，開發商在Internet上公布如何推出自己的Web Service，這些都需要UDDI來完成，它提供了一種讓客戶端動態發布和查找Web Service的機制。