摘要 典型的樓宇集成管理系統(tǒng)需要將智能建筑內(nèi)實現(xiàn)各種功能的子系統(tǒng)和現(xiàn) 場設(shè)備互連，通過資源的共享和信息的綜合實現(xiàn)整個樓宇的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理運 營。而在實際的集成工作中，各子系統(tǒng)往往由不同生產(chǎn)廠家提供，在應(yīng)用程 序接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)等方面存在的異構(gòu)情況，因此計算機監(jiān)控系 統(tǒng)軟件需要開發(fā)的設(shè)備通信驅(qū)動程序就越來越多，這樣嚴重影響了各子系統(tǒng) 的開放性和互操作性，為整體樓宇系統(tǒng)集成方案的制定和實施帶來了很大的 障礙。 而基于c o m d c o m 技術(shù)的o p c 提供了一個統(tǒng)一的標(biāo)準，不同廠商只要 遵循o p c 標(biāo)準就可以實現(xiàn)軟硬件的互操作。o p c 采用了c l i e n t s e r v e r 模式，針對硬件設(shè)備的驅(qū)動程序由硬件廠商完成，提供具有同意o p c 接口的 s e r v e r 程序；軟件廠商按照o p c 標(biāo)準訪問s e r v e r 程序，即可實現(xiàn)與硬 件設(shè)備的通信。 本文首先研究了o p c 技術(shù)、a t l 、及i d l 語言；然后深入研究了o p cd a 2 0 5 a 規(guī)范；隨后研究了基于v i s u a lc + + 6 0 動態(tài)模板庫( a t l ) 的樓宇子 系統(tǒng)o p c 服務(wù)器以及基于v i s u a lb a s i c 客戶應(yīng)用程序的詳細開發(fā)流程， 并撰寫了相應(yīng)的d e m o 程序；最后研究了o p c 在智能樓宇中的應(yīng)用實例。 研究表明，基于c l i e n t s e r v e r 模式的o p c 技術(shù)將軟硬件廠商區(qū)分開 來：硬件廠商熟悉自己的硬件設(shè)備，因而設(shè)備驅(qū)動程序性能更可靠；軟件廠 商可以減少復(fù)雜的設(shè)備驅(qū)動程序呶哥發(fā)周期，只需遵循o p c 標(biāo)準就可以實現(xiàn) 與硬件設(shè)備的通信，因此只用專注各子系統(tǒng)功能的完善。這樣進一步提高了 各子系統(tǒng)的互操作性，進而提高了各子系統(tǒng)的開放性并為系統(tǒng)集成提供了方 便。 關(guān)鍵詞：o p c ，c o m ，智能樓字，系統(tǒng)集成，開放性 a b s t r a c t a t y p i c a lb u i l d i n gi n t e g r a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mn e e d st h ei n t e r l i n k a g e b e t w e e nt h es u b s y s t e ma n dt h ef i e l dd e v i c e i ti m p l e m e n t st h ec o n s o l i d a t e m a n a g e m e n to ft h ew h o l eb u i l d i n gt h r o u g ht h es h a r eo ft h er e s o u r c ea n dt h e i n t e g r a t i o no ft h ei n f o r m a t i o n b u te a c hs u b s y s t e mm a yb ep r o v i d e db yd i f f e r e n t m a n u f a c t u r e r si nt h ep r a c t i c a li n t e g r a t i o n ，a n dt h e nt h ed i f f e r e n ts t r u c t u r e sm a y e x i s ti nt h ea p p l i c a t i o np r o c e d u r e ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n dt h ed a t a b a s e s o t h ed r i v e r so ft h ee q u i p m e n t sn e e d e dt ob ed e s i g n e db e c o m em o r ea n dm o r ei n t h ec o m p u t e rm o n i t o rs y s t e ms o f t w a r e i tb a d l yr e d u c e st h eo p e n i n ga n dt h e i n t e r o p e r a b i l i t yo fe a c hs u b s y s t e m ，a n dt h e nb l o c k st h ee s t a b l i s h m e n ta n dt h e i m p l e m e n to f t h ew h o l eb u i l d i n gs y s t e mi n t e g r a t i o np r e c e p t a tt h es a m et i m e ，t h eo p c p r o v i d e sau n i f o r mi n t e r f a c es t a n d a r db a s e do n c o m d c o mt e c h n i q u e a n dt h ei n t e r o p e r a b i h t yb e t w e e nt h es o f t w a r ea n dt h e h a r d w a r e 啪e a s i l yb er e a l i z e da m o n g d i f f e r e n tv e n d o r sw h i l ej u s tn e e d st of o l l o w t h eo p cs t a n d a r d t h eo p ca d o p t st h em o d e so fc l i e n t s e r v e r ：t h e m a n u f a c t u r e rp r o v i d e st h ed r i v e ro ft h ee q u i p m e n ta n dt h es t a n d a r d0 p cs e r v e r c o d e ；t h es o f t w a r ev e n d o ra c c e s s e st h es e r v e rb yt h eo p cs t a n d a r da n dt h e nt h e c o m m u n i c a t i o nw i t ht h ee q u i p m e n tc a nb ee a s i l yr e a l i z e d t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h eo p c t e c h n i q u e ，a t la n dm ll a n g u a g e ，a n d t h e nl u c u b r a l e st h eo p cd a2 0 5 as p e c i f i c a t i o n a tl a s tt h ed e t a i l e dd e v e l o p m e n t f l o wo fo p cs e r v e rb a s e do nv i s u a lc + + 6 0a n dt h ec l i e n ta p p l i c a t i o nb a s e do n s u a lb a s i ci ss t u d i e d a tt h es a m et i m et h ed e m oc o d eh a sb e e nw r i t t e n t h es t u d yi n d i c a t e st h a tt h eo p cb a s e do nc i n t ，s e r v e rm o d e s e p a r a t e st h er e s p o n s i b i l i t yb e t w e e nt h es o f t w a r ea n dh a r d w a r em a n u f a c t u r e r s t h eh a r d w a r em a n u f a c t u r e ri sm o r ef a m i l i a rw i t ht h e i re q u i p m e n t s s ot h ed r i v e r w r i t t e nb yt h e mi sm o r ed e p e n d a b l e w h i l et h es o f t w a r em a n u f a c t u r e rc a nt a k en o c a r eo ft h ed e v i c ed r i v e r , s ot h e yc 粗j u s tp a ya t t e n t i o nt ot h ep e r f e c t i o no ft h e s u b s y s t e mf u n c t i o n a sar e s u l t ，t h ei n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e ne a c hs u b s y s t e ma n d d e v i c ei sf u r t h e ri m p r o v e da n dt h e no p e n i n go fe a c hs u b s y s t e mi sa l s oi m p r o v e d s o t h es y s t e mi n t e g r a t i o nb p a ：0 m c sv e r yc o n v e n i e n t k e yw o r d s ：o p c ，c o m ，i n t e l l i g e n tb u i l d i n g , s y s t e mi n t e g r a t i o n ，o p e n i n g 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研 究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育 機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何 貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名：五迎日期：坦】查： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán) 保留、送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜?或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：垂盟導(dǎo)師簽名，瑩壺日期：塵趔 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 1 1 課題研究的背景與意義 智能樓字融計算機( c o m p u t e r ) 、通訊自動化( c o m m u n i c a t i o na u t o m a t i o n ) 、 自動控鋁1 ( c o n t r o l a u t o m a t i o n ) 和i c 卡( i n t e l l i g e n t c a r d ) 技術(shù)為一體，是數(shù)字化、 網(wǎng)絡(luò)化和信息化結(jié)合的產(chǎn)物。智能樓宇由自動控制系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)和 辦公自動化系統(tǒng)通過綜合布線和計算機網(wǎng)絡(luò)有機集成i 。 在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，智能設(shè)備與控制軟件之間的信息傳遞是通過驅(qū)動 程序來實現(xiàn)的，即任何上位監(jiān)控軟件在使用某種硬件設(shè)備時都需要開發(fā)專用 的驅(qū)動程序，如圖1 - 1 所示。因此在系統(tǒng)集成過程中存在著嚴重障礙：各子 系統(tǒng)之問難以實現(xiàn)開放的、無縫隙的連接f 2 j 。 圖1 - 1 基于驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)訪問方式 為了解決上述問題，硬件制造商們一直試圖開發(fā)出一種可以被任何客戶 使用的“萬能i 0 驅(qū)動”程序。但是由于客戶端協(xié)議不一致，這項工作至今沒 有取得成功。與此同時，o p c ( o l ef o rp r o g r e s sc o n t r 0 1 ) 和現(xiàn)場總線標(biāo)準 的制定正好為上述問題的解決開辟了新的道路。采用o p c 標(biāo)準后，針對硬件 的驅(qū)動程序不再由軟件開發(fā)商開發(fā)，而是由硬件開發(fā)商根據(jù)硬件的特征提供 統(tǒng)一的o p c 接口程序。由于硬件開發(fā)商更熟悉自己的硬件特性，從而能夠最 大限度地挖掘硬件的潛力，提高驅(qū)動程序的性能和可靠性【3 1 。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于o p c 標(biāo)準的數(shù)據(jù)訪問方式如圖1 2 所示。采用o p c 標(biāo)準后，由硬 件開發(fā)商提供統(tǒng)一的o p c 接口程序，從而避免了重復(fù)開發(fā)驅(qū)動程序，因此大 大降低了開發(fā)經(jīng)費和開發(fā)周期。o p c 規(guī)范采用標(biāo)準的c l i e n t s e r v e r 模型， 其實質(zhì)是在硬件供應(yīng)商和軟件供應(yīng)商之間建立統(tǒng)一的規(guī)范，只要遵循這套規(guī) 范，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的。硬件供應(yīng)商無需考慮應(yīng)用程序的多種 需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程。這樣客戶 端應(yīng)用程序可以靈活而有效地與設(shè)備之間讀寫數(shù)據(jù)。 圖1 2 基于o p c 規(guī)范的數(shù)據(jù)訪問方式 1 2 課題的國內(nèi)外動態(tài) 目前，在國外，特別是歐美以及亞洲的日本，o p c 技術(shù)已成為智能樓宇領(lǐng) 域非常重要的一部分，這為不同廠家提供的設(shè)備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問提供了統(tǒng)一 的平臺，這樣不僅減少了系統(tǒng)開發(fā)和升級的成本，而且更加提供了通信的安全 系數(shù)。 o p c 技術(shù)作為一項工業(yè)標(biāo)準在國內(nèi)仍處于推廣和初步應(yīng)用階段，近年來引 起了廣泛的關(guān)注。不少高等院校、研究機構(gòu)和制造廠商都展開了對o p c 技術(shù)的 研究和應(yīng)用。一些公司如北京華控公司也加入了o p c 基金會，成為其成員單位。 在應(yīng)用方面，沈陽自動化研究所在開發(fā)新一代分布式控制系統(tǒng)時就采用了o p c 技術(shù)，實現(xiàn)了上層應(yīng)用軟件通過o p c 服務(wù)器訪問現(xiàn)場設(shè)備信息的功能，同時還 開發(fā)了o p c 軟件包和相應(yīng)的控件。現(xiàn)在不少自動化儀表制造廠商在提供硬件的 同時也提供相應(yīng)o p c 服務(wù)器。一些國內(nèi)工控軟件公司也充分利用o p c 技術(shù)增 強和擴展其軟件功能，例如北京亞控公司從組態(tài)王5 1 版本開始支持o p c 技術(shù)。 遺憾的是o p c 在智能樓宇中的應(yīng)用還尚未得到重視，而且o p c 服務(wù)器 2 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 的開發(fā)在國內(nèi)也處于起步階段，所以本文對o p c 在智能樓宇中應(yīng)用的研究及 o p c 服務(wù)器開發(fā)的介紹很有必要。 1 3 課題研究的主要內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵技術(shù) ( 1 ) 本課題研究的主要內(nèi)容包括以下幾個部分： 智能樓宇系統(tǒng)的集成，重點研究通過現(xiàn)場總線進行智能樓宇系統(tǒng)集成的 方法； o p c 協(xié)議，重點研究數(shù)據(jù)訪問規(guī)范( o p cd a t a a c c e s s ) ； o p c 服務(wù)器開發(fā)； o p c 客戶端應(yīng)用程序開發(fā)。 ( 2 ) 本課題擬解決的關(guān)鍵技術(shù)： 智能樓宇信息管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的建立； o p c d a 服務(wù)器的開發(fā)； o p c 客戶端應(yīng)用程序的開發(fā)。 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章智能樓宇及相關(guān)技術(shù)背景 智能樓宇( i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ) 是信息科學(xué)和計算機應(yīng)用科學(xué)的必然產(chǎn) 物。智能樓宇隨著科技的發(fā)展不斷完善，一般認為是利用系統(tǒng)集成的方法， 將計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)和建筑藝術(shù)有機地結(jié)合起來，來完成對 設(shè)備的自動監(jiān)控、信息資源的有效管理和使用者的信息服務(wù)及建筑的優(yōu)化組 合。智能樓宇采用電子信息技術(shù)對建筑大樓的設(shè)備進行自動監(jiān)控，對信息資 源進行管理和對用戶提供信息服務(wù)，可以大大提高大廈的管理效益和最大限 度地降低大廈的各種運行費用。 2 1 智能樓宇概況 一個典型的樓宇自動化系統(tǒng)包括智能化的空調(diào)系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、變配電 系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、安全防范系 統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)等。不同類型的智能樓宇中智能化系統(tǒng)的總 體結(jié)構(gòu)不盡相同，但其核心功能、系統(tǒng)是相同的。智能系統(tǒng)所用的主要設(shè)備 通常放置在智能化建筑環(huán)境內(nèi)的系統(tǒng)集成中心，它通過綜合布線或現(xiàn)場總線 與各種終端設(shè)備相聯(lián)接，感知建筑內(nèi)各個空間中的信息及變化，并通過計算 機處理給出相應(yīng)的對策，再通過通信終端或控制終端( f - j 禁、開關(guān)、閥門等) 給出相應(yīng)的反應(yīng)，使整幢大樓系統(tǒng)處于動態(tài)實時監(jiān)控狀態(tài)，實現(xiàn)高度智能化。 智能樓宇從1 9 8 4 年出現(xiàn)至今經(jīng)過短短2 0 年的發(fā)展，從最初的小規(guī)模簡單 對象控制、分散管理控制、人工信息傳遞信息到現(xiàn)在的一體化集成時代和網(wǎng)絡(luò) 時代，主要經(jīng)歷了以下幾個階段【4 】： ( 1 ) 1 9 8 0 - 1 9 8 5 年：單一功能專用系統(tǒng)時代，各子系統(tǒng)獨立運轉(zhuǎn)； ( 2 ) 1 9 8 5 1 9 9 0 年：多功能系統(tǒng)時代，予系統(tǒng)數(shù)減少，部分系統(tǒng)集成： ( 3 ) 1 9 9 0 1 9 9 5 年：系統(tǒng)集成時代，將集中控制變?yōu)榉稚⒖刂疲?( 4 ) 1 9 9 5 年至今：一體化集成時代，利用現(xiàn)場總線技術(shù)將所有的子系統(tǒng)集 成為一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 目前國內(nèi)樓宇監(jiān)控系統(tǒng)大都采用集散式控制與通訊技術(shù)，即使用系統(tǒng)機為 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 上位機、單片機為核心的儀器作為下位機以及以r s 2 3 2 或r s - 4 8 5 串行通訊總 線作為系統(tǒng)鏈接。監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場安裝的傳感器、控制器或相應(yīng)的變送器和 執(zhí)行機構(gòu)對各種被監(jiān)控對象進行自動檢測和控制。這種系統(tǒng)雖然可以滿足大多 數(shù)用戶的要求，但由于下位機的工作完全由上位機控制，上位機一旦出現(xiàn)故障， 整個系統(tǒng)將失控癱瘓，因此可靠性較差，而且又無統(tǒng)一標(biāo)準，所以系統(tǒng)的可靠 性、維修性、互換性以及可擴充性均難以達到理想效果和規(guī)范要求。 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對大廈智能化的要求越來越高，需要監(jiān)控的對象種 類繁多，因此必須使用具有統(tǒng)一規(guī)范、組建靈活、高可靠性、良好的擴展性和 維護性的方式來組建系統(tǒng)，現(xiàn)場總線和o p c 技術(shù)正好滿足了這個要求1 5 。 2 2 現(xiàn)場總線技術(shù) ( 1 ) 現(xiàn)場總線概念 現(xiàn)場總線基金會( f 毋定義：現(xiàn)場總線是一種用于智能化現(xiàn)場儀表和自動化 系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它是用于過程自 動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信 網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成?，F(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多變量和總 線式的全數(shù)字通信。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)是計算機控制系統(tǒng)與通訊技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是新一代全數(shù)字、 全分散和全開放的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。其中，現(xiàn)場是指工作環(huán)境處于生產(chǎn)設(shè)備的一 側(cè)；現(xiàn)場設(shè)備、儀表是指位于生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感器、驅(qū)動器和執(zhí)行器等設(shè)備； 總線是指傳送信息的公共路徑，這些遵守相同聯(lián)接規(guī)范的設(shè)備通過“公共路徑” 聯(lián)接為系統(tǒng)，并實現(xiàn)相互操作因此，現(xiàn)場總線是面向工廠底層自動化及信息 集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人們把基于這項技術(shù)的自動化系統(tǒng)稱為基于現(xiàn)場總線 的控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術(shù)的核心是它的通信協(xié)議，它必須依據(jù)國際標(biāo)準化組 織的計算機網(wǎng)絡(luò)開放系統(tǒng)互連基本參考模型o s i ( o p c ns y s t e mi n t e r c o r m e c t i o n ) 來制定，它是一種開放的七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準，但多數(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)只使用其中 的一、二和七層協(xié)謝6 】。 ( 2 ) 現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀 目前主要有四種現(xiàn)場總線在我國得到較為廣泛的推廣和應(yīng)用，它們是 p r o m u s 、f f 、c a n 和l o n w o r k s 。機械部正在大力推廣p r o f i b u s ，成立 5 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 了p r o f i b u s 用戶協(xié)會 7 1 。以各地儀表集團為基礎(chǔ)，成立了中國儀器儀表行業(yè) 協(xié)會現(xiàn)場總線專業(yè)委員會( c f f c ) ，已經(jīng)成為f f 的成員之一，冶金部自動化院 于1 9 9 5 年、北京華控公司于1 9 9 6 年也加入了f f 。中國自動化協(xié)會正在力推 c a n 總線。而l o n w o r k s 技術(shù)目前已成功地應(yīng)用在我國的電力、樓宇自動化等 許多行業(yè)，其中航天部五零二所北京康拓公司、電力部南京自動化院等單位都 在積極地進行研究開發(fā)【8 l o 在眾多的總線中較受歡迎的應(yīng)屬l o n w o r k s 。由于l o n w o r k s 技術(shù)完善、使 用方便靈活、開發(fā)周期短、實用性強，從它問世起就受到了眾多計算機制造商、 儀表公司等的認可和支持。迄今己有4 0 0 0 多家生產(chǎn)商使用了l o n w o r k s 技術(shù)， 并已安裝了5 0 0 多萬個節(jié)點唧。并且已有很多家公司正在生產(chǎn)l o n w o r k s 產(chǎn)品或 將其產(chǎn)品納入l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)，如h o n e y w e l l 將l o n w o r k s 技術(shù)用于樓宇控制系 統(tǒng)，c i s c o 公司已有l(wèi) o n w o r k s 與t c p i p 協(xié)議的l l i 產(chǎn)品。e c h e l o n 公司于1 9 9 5 年底在中國成立了代表處，旨在推廣l o n 的應(yīng)用。短短幾年，已廣泛地應(yīng)用于 電力系統(tǒng)綜合自動化、船舶、樓宇自動化等諸多領(lǐng)域，足以證明i o n 的強大實 力和受歡迎程度。1 9 9 8 年底中國計算機學(xué)會工控專業(yè)委員會為推廣l o n 而成 立了分委員會，建設(shè)部也建立了l o nw o r k s 的用戶協(xié)作網(wǎng)。這些現(xiàn)象代表了國 內(nèi)工控界對l o n w o r k s 技術(shù)發(fā)展?jié)摿颓熬暗娜后w認可，證明l o n 是一種最有 希望的現(xiàn)場總糾1 0 l 。 2 3o p c 技術(shù)分析 2 3 1o p c 技術(shù)背景：c o m 技術(shù) ( 1 ) o p c 技術(shù)產(chǎn)生背景 o p c 規(guī)范以組件對象模型和分布式組件對象模型( c o m d c o m ) 技術(shù)為 基礎(chǔ)，采用客戶、服務(wù)器模式，定義了一組c o m 對象及其接口規(guī)范( 1 1 】。o p c 規(guī)范定義了客戶程序與服務(wù)器程序進行交互的方法，但并沒有規(guī)定具體的實現(xiàn)， o p c 服務(wù)器可由不同供應(yīng)商提供，其代碼決定了服務(wù)器訪問物理設(shè)備的方式、 數(shù)據(jù)處理等細節(jié)。但這些對o p c 客戶程序來說都是透明的，只需要遵循相同的 規(guī)范或方法就能讀取服務(wù)器中的數(shù)據(jù)【1 2 1 。 通過c o m 接口，o p c 客戶程序可以和一個或多個提供商的o p c 服務(wù)器連 6 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 接。同時一個o p c 服務(wù)器也可以同多個客戶程序相連，形成多對多的關(guān)系。任 何支持o p c 的產(chǎn)品都可以無縫地實現(xiàn)系統(tǒng)集成。由于o p c 技術(shù)基于d c o m ， 所以客戶程序和服務(wù)器可以分布在不同的主機上。形成網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)【1 3 1 。 ( 2 ) c o m 技術(shù)簡介及特點 c o m ( c o m p o n e n to b j mm o d e l ) 即組件對象模型，是微軟公司為了計算 機工業(yè)的軟件生產(chǎn)更符合人類的行為方式而開發(fā)的一種新的軟件開發(fā)技術(shù)【1 4 】。 在c o m 構(gòu)架下，可以開發(fā)出各種各樣的功能專一的組件，然后將它們按照需 要組合起來，構(gòu)成復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。由此帶來的好處是多方面的：可以將系統(tǒng) 中的組件用新的替換掉，以便隨時進行系統(tǒng)的升級和定制；可以在多個應(yīng)用系 統(tǒng)中重復(fù)利用同一個組件：可以方便地將應(yīng)用系統(tǒng)擴展到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下；c o m 與 語言，平臺無關(guān)的特性使所有的程序員均可充分發(fā)揮自己的才智與專長編寫組 件模塊等嘲。c o m 是開發(fā)軟件組件的一種方法組件實際上是一些小的二進 制可執(zhí)行程序，它們可以給應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)以及其他組件提供服務(wù)。開發(fā) 自定義的c o m 組件就如同開發(fā)動態(tài)的，面向?qū)ο蟮腶 p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 。多個c o m 對象可以連接起來形成應(yīng)用程序或組件系 統(tǒng)。組件可以在運行時刻，在不被重新鏈接或編譯應(yīng)用程序的情況下被卸下或 替換掉1 1 6 1 。 c o m 所含的概念并不止是在m i c r o s o f tw m d o w s 操作系統(tǒng)下才有效。c o m 并不是一個大的a p i ，它實際上像結(jié)構(gòu)化編程及面向?qū)ο缶幊谭椒菢樱彩?一種編程方法【1 7 1 。主要技術(shù)特點如下： 二進制特性 接口規(guī)范并不建立在任何編程語言的基礎(chǔ)上，而是規(guī)定了二進制一級的標(biāo) 準。任何語言只要有足夠的數(shù)據(jù)表達能力，它就可以對接口進行描述，從而可 以用于與組件程序有關(guān)的應(yīng)用開發(fā)。 接口不變性 接口是客戶程序和組件對象之間的橋梁，接口如果經(jīng)常發(fā)生變化，客戶程 序和組件程序也要跟著變化，這對于應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)非常不利，也不符合組件 化程序設(shè)計的思想。因此，接口應(yīng)該保持不變，只要客戶程序和組件程序都按 照既定的接口設(shè)計進行開發(fā)，則可以保證兩者獨立開發(fā)結(jié)束后，它們之間的協(xié) 作運行能力能達到預(yù)期的效果。 繼承性( 擴展性) 7 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 c o m 接1 ：3 具有不變性，但不變性并不意味著接口不再發(fā)展，隨著應(yīng)用系統(tǒng) 和組件程序的發(fā)展，接口也需要發(fā)展。c o m 的接口繼承不同于類繼承，類繼承 不僅是說明繼承，也是實現(xiàn)繼承。而接口繼承只是說明繼承，即派生的接口只 繼承了基接口的成員函數(shù)說明，沒有繼承基接口成員函數(shù)的實現(xiàn)，因為接口定 義不包括函數(shù)實現(xiàn)部分【1 9 】。 多態(tài)性 c o m 對象具有多態(tài)性，其多態(tài)性通過c o m 接口體現(xiàn)。多態(tài)性使得客戶程 序可以用統(tǒng)一的方法處理不同的對象，甚至是不同類型的對象，只要它們實現(xiàn) 了同樣的接口。如果幾個不同的c o m 對象實現(xiàn)了同一個接口，則客戶程序可 以用同樣的代碼調(diào)用這些c o m 對象。 ( 3 ) c o m 組件的分類 c o m 組件按照代碼模塊的結(jié)構(gòu)和代碼模塊與客戶進程問的關(guān)系可以分為： 進程內(nèi)組件、進程外組件、遠程組件三種。 進程內(nèi)組件 進程內(nèi)組件使用c o m 創(chuàng)建并且以動態(tài)鏈接庫( d l l ) 的方式執(zhí)行，運行 時動態(tài)地裝入到客戶的進程空間中，和客戶應(yīng)用程序運行在同一進程空間中， 所以進程內(nèi)組件程序運行速度快、效率高。進程內(nèi)組件不是一個完全可以執(zhí)行 的應(yīng)用程序( e ) ，所以進程內(nèi)組件只能用在一個調(diào)用環(huán)境中，不能作為一個 獨立的應(yīng)用程序執(zhí)行。圖2 = 1 給出了進程內(nèi)組件的邏輯結(jié)構(gòu)f 捌 。 圖2 - 1 進程內(nèi)組件的邏輯結(jié)構(gòu) 進程外組件 進程外組件是基于c o m 創(chuàng)建，但是以可執(zhí)行程序的方式來執(zhí)行。這種組 件之所以稱為進程外組件是因為：它們每次運行時都是在自己的地址空間中， 并通過一種特定的遠程過程調(diào)用( l r p c ) 和調(diào)用程序進行通信2 ”。圖3 2 給出 8 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 了進程外組件的邏輯關(guān)系結(jié)構(gòu)。c o m 通過本地過程調(diào)用l p c ( l o c a lp r o c e s s c a l l ) 實現(xiàn)了不同進程間的通信。r p c 標(biāo)準是在開放軟件基金會o s f ( o p e n s o f t w a r ef o u n d a t i o n ) 分布式計算環(huán)境d c e ( d i s t r i b u t ec o m p u t ee n v i r o n m e n t ) r p c 規(guī)范中定義的，它使得不同機器上的進程可以使用各種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進行 通信閻。 。 圖2 - 2 進程外組件的邏輯關(guān)系圖 遠程組件 客戶調(diào)用遠程組件是通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的，遠程組件總是運行在另外一個進 程中，遠程組件可以以e x e 或d l l 的形式封裝。當(dāng)以d l l 形式封裝時，在遠 程組件的計算機上需要一個代理進程。由這種組件組成的系統(tǒng)可以被分為幾個 部分，其中每個組件都可運行在不同的計算機上。圖3 - 3 給出了遠程組件的邏 輯關(guān)系結(jié)構(gòu)【糾。 圖2 - 3 遠程組件的邏輯關(guān)系圖 ( 4 ) 接口描述語言( i d l ) 及c o m 組件的接口 c o m 規(guī)范在開放軟件基金會分布式計算環(huán)境遠程程序調(diào)用接口描述語言 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( o p e n s o f t w a r ef o u n d a t i o nd i s t r i b u t e d c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t r e m o t e p r o c e d u r ec a l li n t e r f a c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 的基礎(chǔ)上，進一步擴展形成了 c o m i d l 。接口描述語言提供了一種不依賴于任何語言的接口描述方法。因此， 它可以成為組件程序和客戶端程序之間的共同語言l 刎。 由于i d l 是- f - 專門的語言，限于篇幅，本文未對其進行詳細的闡述，僅 以一個利用i d l 語言定義的接口實例來作簡要說明。 【 u u i d ( 3 1 8 8 4 a d 0 - 0 6 a 7 l l d 3 9 8 5 8 - 0 0 8 0 c 8 e 1 1 f 1 4 ) ， h e l p s t r i n g ( t h i si sav i d e oi n t e r f a c e ) , l ，注釋 i n t e r f a c ei v i d e o ：i u n k n o w n h r e s u l t g e t s i n g n a l v a l u e ( 【o u t , r e t v a l l o n g p l r e t v a l ) ； 上面代碼中，前四行用來注釋，分別采用了u u i d 和h e l p s l r i n g 屬性來注 釋；i n t e r f a c e 是一個關(guān)鍵詞，用來定義接口，該接口由i u n k n o w n 派生而得到： h r e s u l t 是函數(shù)的返回類型，它由3 2 個字節(jié)組成，用來表示函數(shù)操作的成功 或失敗以及具體的信息代碼； o u t , r e t v a l 表示輸出的參數(shù)是r e t v a l 類型。 按照c o m 規(guī)范，c o m 對象和接口必須被唯一地表示。兩者都由一個1 2 8 位的全局唯一標(biāo)識符g u i d 來標(biāo)識，g u i d 用隨機方法產(chǎn)生，可以保證全球范 圍內(nèi)的唯一性。對象標(biāo)識符稱為c l s i d ，接口標(biāo)識符稱為l i d 。當(dāng)一個客戶要 使用一個c o m 對象時，它首先通過c l s i d 來創(chuàng)建c o m 對象，再由b d 獲得 c o m 對象的一個接口指針，該接口指針指向接口的實現(xiàn)代碼( 接口的方法和屬 性) ，通過接口指針，客戶調(diào)用c o m 對象所提供的服務(wù)。從這個過程中可以看 出，客戶與c o m 對象只通過接口打交道，對象對于客戶來說只是一組接口。 c o m 對象的相關(guān)接口如圖2 - 4 所示【2 5 】。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 自定y a 接口 自定義b 接口 i u n k n o w n 接口 自定義c 接口 圖2 - 4 c o m 基本對象圖 圖2 - 4 中描述的c o m 對象的接口有兩種：一種是c o m 對象自有的接口 i u k n o w n ，一種是c o m 對象自定義的接口( 如a 、b 、c 接口) 。 i u k n o w n 接口是c o m 對象必須支持的一個接口，是c o m 對象最基本的接 口。當(dāng)一個客戶引用c o m 對象時，首先獲得的就是指向該接口的指針，利用 這個指針客戶可以調(diào)用存在于i u k n o w n 接口中的a d d r e fr e l e a s e 和 q u e r y i n t e r f a c e 方法1 2 6 1 。 c o m 接口是包含一個函數(shù)指針數(shù)組和一個指向這個數(shù)組的指針的內(nèi)存結(jié) 構(gòu)。客戶程序用一個指向接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針來調(diào)用接口成員函數(shù)。如圖3 5 所示，接口指針實際上又指向另一個指針，這第二個指針指向一組函數(shù)，稱為 接口函數(shù)表，接口函數(shù)表中每一項為4 個字節(jié)長的函數(shù)指針，每個函數(shù)指針與 對象的具體實現(xiàn)連接起來。通過這種方式，客戶只要獲得了接口指針，就可以 調(diào)用到對象的實際功能。 接口函數(shù)表 函數(shù)指針1- - - t 函數(shù)指針2 l 接口指針h 接口函數(shù)表指針i - 對象實現(xiàn) 函數(shù)指針3 圖2 - 5 對象的接口指針示意圖 因為接口被用于組件程序和客戶程序之間的通信橋梁，所以接口應(yīng)該具有 接口不變性。組件對象一經(jīng)定義，其接口定義就確定下來。具體說，接口的虛 函數(shù)表v t a b l e 是確定的，因此接口的成員函數(shù)個數(shù)是不變的，而且成員函數(shù)的 先后順序也是不變的；對于每個成員函數(shù)來說，其參數(shù)和返回值也是確定的【明。 1 1 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 當(dāng)組件被創(chuàng)建以后，客戶程序?qū)慕M件中得到一個接口指針。以后，組件 與客戶的一切調(diào)用都是通過這個接口指針來實現(xiàn)的。 c o m 規(guī)范使用i d l 來定義接口，所有的接口都是直接或間接地從 i u n k n o w n 接口繼承而來。其原因在于i u n k n o w n 接口提供了兩個非常重要的特 性：生存期控制和接口查詢。 c 5 ) c o m 組件應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)：包容與聚合 包容和聚合實際上是一個組件使用另外一個組件的技術(shù)，即重用性。對于 這兩個組件，分別稱為外部組件和內(nèi)部組件。在包容的情況下，外部組件將包 含內(nèi)部組件；而在聚合的情況下，則稱外部組件聚合內(nèi)部組件。 在c o m 中，包容是在接口級完成的，如圖2 - 6 所示外部組件包含指向內(nèi) 圖2 - 6 對象包容示意圖 部組件接口的指針。此時外部組件只是內(nèi)部組件的一個客戶，它將使用內(nèi)部組 件的接口實現(xiàn)它自己的接口。外部組件也可以通過將調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部組件的方 法重新實現(xiàn)內(nèi)部組件所支持的某個接口。并且外部組件還可以在內(nèi)部組件代碼 的前后加上一些代碼以對接口進行改造。 i u n k n o c n 圖2 - 7 對象聚合示意圖 聚合是包容的一個特例，如圖2 - 7 所示。當(dāng)一個外部組件聚合了某個內(nèi)部 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 組件的一個接口時，它并不像包容那樣重新實現(xiàn)此接口并明確的調(diào)用請求轉(zhuǎn)發(fā) 給內(nèi)部組件。相反，外部組件將直接把內(nèi)部組件的接口指針返回給客戶。使用 此種方式，外部組件將無需重新實現(xiàn)并轉(zhuǎn)發(fā)接口中的所有函數(shù)。當(dāng)外部組件將 內(nèi)部組件的接口指針返回給客戶之后，客戶就可以直接同內(nèi)部組件打交道了。 但此時客戶不應(yīng)該知道它是在和兩個不同的組件交互，否則無法滿足封裝的要 求。為此內(nèi)部組件實際上要實現(xiàn)兩個i u n k n o w n 接口，一個稱為非代理未知接 口( i u n k n o w n ) ，將按通常的方式實現(xiàn)內(nèi)部組件的i u n k n o w n 接口。另一個稱為 代理未知接口，負責(zé)把i u n k n o w n 成員函數(shù)的調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部組件的位置接口 或轉(zhuǎn)發(fā)給自己的非代理未知接口。 2 3 2 0 p c 規(guī)范 按照功能的不同，o p c 基金會發(fā)布的o p c 規(guī)范分為以下幾類： ( 1 ) o p c 數(shù)據(jù)訪問規(guī)范( o p cd a , o p cd a t a a c c e s s ) ：完成對現(xiàn)場設(shè)備在線 數(shù)據(jù)的存取。 ( 2 ) o p c 報警和事件規(guī)范( o p ca e , o p ca l a r m & e v e n ta c c e s s ) ：提供了當(dāng) 現(xiàn)場特定的事件和報警條件發(fā)生時o p c 客戶程序可從服務(wù)器程序得到通報的 機制。， ( 3 ) o p c 歷史數(shù)據(jù)訪問規(guī)范( o p ch d a , o p c h i s t o r i c a ld a t aa c c e s s ) ：提供 一種通用的歷史數(shù)據(jù)引擎，可以向感興趣的用戶和客戶程序提供額外的數(shù)據(jù)信 息。 ( 4 ) o p c 批處理規(guī)范( o p cb a t c h ) ：提供了一種存取實時批量數(shù)據(jù)和設(shè)備信 息的方法。 ( 5 ) o p c 安全規(guī)范( o p cs e c u r i t y ) ；提供了重要的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如果這些參數(shù) 被誤修改將會產(chǎn)生無法預(yù)料的后果，因此需要防止未授權(quán)的操作，o p c 安全性 規(guī)范就提供了這樣一種專門的機制來保護這些敏感數(shù)據(jù)。 雖然o p c 各規(guī)范都有著自己的特性和不同的要求，但其基礎(chǔ)和核心都是 c o m 技術(shù)。只要按照c o m 的開發(fā)流程，并遵循o p c 對應(yīng)的規(guī)范，都能開發(fā) 出可靠的o p c 服務(wù)器。本文主要是設(shè)計o p cd a 服務(wù)器，所以下面將重點分析 o p cd a 2 0 5 a 規(guī)范。 o p cd a 2 0 5 a 規(guī)范是o p c 基金會最初制定的一個工業(yè)標(biāo)準，其重點是對現(xiàn) 場設(shè)備的在線數(shù)據(jù)進行存取。該規(guī)范分為定制接口規(guī)范和自動化接口規(guī)范兩部 1 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 分，兩種接口完成的功能類似，本論文只介紹定制接口規(guī)范的基本對象和接口 功能。 o p cd a 2 0 5 a 規(guī)范描述了由o p c 服務(wù)器實現(xiàn)的o p cc o m 對象及相應(yīng)接 口。規(guī)范指出一個o p c 客戶程序可以連接到一個或多個由不同廠家提供的o p c 服務(wù)器程序，而多個o p c 客戶程序也可以連接到一個o p c 服務(wù)器程序上，服 務(wù)器所要訪問的設(shè)備、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)名及服務(wù)器程序如何進行數(shù)據(jù)的訪問由廠 商提供的代碼決定。 圖2 - 8 0 p c d a 服務(wù)器主要對象的接口關(guān)系 o p c 數(shù)據(jù)存取服務(wù)器主要由服務(wù)器對象、組對象和項對象組成，如圖3 8 所示o p c 服務(wù)器對象維護有關(guān)服務(wù)器的信息，并作為o p c 組對象的包容器， 可動態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對象；組對象除了維護自身有關(guān)的信息外，還提供包容 和邏輯組織o p c 項對象的機制：o p c 項對象則維護o p c 服務(wù)器中與數(shù)據(jù)有關(guān) 的信息，但它并不是數(shù)據(jù)源，僅僅是指向數(shù)據(jù)源連接。o p c 客戶程序不能通過 定制接口直接訪問o p c 項對象，因為o p c 項對象沒有引出接口，所有對o p c 項對象的訪問都是通過o p c 組對象來完成的。 組對象可分為公有組和私有組( 或局部組) 。公有組用于多個客戶程序的共 享，私有組只用于一個客戶程序。對于一個公用組有一些特定的可選接口完成 特定的功能。每一個組對象中，客戶可以定義一個或多個項對象。 與o p c 項相關(guān)的信息有值( v a l u e ) ，品質(zhì)( q u a l i t y ) 和時間郵戳( t u n e s t a m p ) ， 值是v a r i a n t 類型，品質(zhì)表征了項的內(nèi)在屬性，時間郵戳指明了項值所對應(yīng) 的時間。o p c 規(guī)范只規(guī)定了c o m 接口的名稱和接口向o p c 客戶程序提供的行 為，但沒有規(guī)定如何去實現(xiàn)它，o p c 服務(wù)器組件僅提供o p c 對象接口并管理 1 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 這些接口。 o p c 規(guī)范中為o p c 服務(wù)器規(guī)定了兩套接口：定制接( c u s t o mi n t e r f a c e ) 和 自動化接n ( a u t o m a t i o ni n t e r f a c e ) 其中定制接i ：1 是o p c 服務(wù)器必須提供的， 而自動化接口是可選的。o p c 客戶既可以使用支持c o m 的定制接口，也可以 使用自動化接口。定制接口只支持用c c + + 等高級語言編寫的客戶應(yīng)用，自動 化接口則支持更上層的應(yīng)用，如v i s u a lb a s i c 以及d e l p h i 等應(yīng)用程序，如圖2 9 所示。 0 p c 服務(wù)器 l 客戶應(yīng)c 4 用+ 程序i ：；i i i 百歪頁： 0 p c 組 w 客戶, g 應(yīng)吲用p h 程i 序| ( 昴萬百耐 o p c 項l 矧燃 客戶應(yīng)用程序 n y 。 圖2 - 9o p c 兩種接口示意圖 2 3 3o p cd a 2 0 5 a 規(guī)范的對象與各接口定義程序 ( 1 ) o p c 服務(wù)器對象及其接口定義程序 o p c 服務(wù)器對象是o p c 服務(wù)器向外暴露的基本對象，其結(jié)構(gòu)模型如圖2 1 0 所示。主要接口如下： 0 p o c 鋤i 慷口 o p c s e r v e r 接口 i o p c i t e m p r o g e r t i e s 接口 0 p c s e n r e r p i l b l i c g r o u p 接口 o p c b r o - s e s e r v e r a d d r e s s s p a c e 接口 o p c p e r s i s t f i l e 接口 o p c c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r 接口 標(biāo)準0 p c 服 務(wù)器對象 隧 圖2 1 0 標(biāo)準o p c 服務(wù)器對象結(jié)構(gòu)模型 u n k n o 棚 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 i u n k n o w n 1 0 p c c o m m o n i o p c s e r v e r l o p c s e r v e r p u b l i c g r o u p s ( 可選) i o p c b r o w s e s e r v e r a d d r e s s s p a c e ( 可選) 。i p e r s i s t f i l e ( 可選) i o p c i t e m p r o p e r t i e s i c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r 本課題從實用化和工程化的角度，僅實現(xiàn)了o p c 服務(wù)器對象的四個必選接 口：i c o n n e c t i o n p o i n t c o n t a i n e r 、l o p c c o m m o n 、i o p c i t e m p r o p e r t i e s 、i o p c s e r v e r 這四個接口都是由i u n k n o w n 這個基接口派生出來的。詳細的o p c 服務(wù)器對象 的接口定義程序見附錄i 。 i u n l m o w n 接口 此接口是所有c o m 對象必須實現(xiàn)的最基本接口，它是其它接口的基接口， 主要用于組件對象的生命周期管理。 i o