OPCXML-DA在現場(chǎng)總線(xiàn)遠程監控系統中的應用

　　1引言

　　信息技術(shù)的發(fā)展，使得自動(dòng)化系統結構逐步形成全分布網(wǎng)絡(luò )集成自控系統。現場(chǎng)總線(xiàn)正是順應這一形勢發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)[1]。利用Internet對現場(chǎng)進(jìn)行遠程的實(shí)時(shí)監控是當前控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)，實(shí)現工業(yè)實(shí)時(shí)數據Web瀏覽也是工業(yè)信息監控發(fā)展的必然趨勢。近年來(lái)，隨著(zhù)Internet的迅速發(fā)展及控制自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，企業(yè)的信息化程度也越來(lái)越被企業(yè)所重視。遠程監控作為企業(yè)信息系統的一部分，可以使企業(yè)信息系統向Internet上延伸，綜合的實(shí)現企業(yè)信息系統中過(guò)程監控層的“遠程組態(tài)”、“報警提示”、“實(shí)時(shí)歷史曲線(xiàn)”以及與ERP集成等多種功能[2]。企業(yè)充分利用計算機、互聯(lián)網(wǎng)等現代信息技術(shù)，將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)及管理流程在線(xiàn)實(shí)現，并使企業(yè)真正可以在線(xiàn)獲得完整而及時(shí)的信息。

　　傳統基于OPC的現場(chǎng)總線(xiàn)監控系統所設計的客戶(hù)/服務(wù)器結構模式，把數據采集者視為OPC服務(wù)器，其他的訪(fǎng)問(wèn)端視為OPC客戶(hù)端。通常，客戶(hù)端包含大部分業(yè)務(wù)邏輯。如果系統業(yè)務(wù)邏輯僅僅使用或需要一個(gè)簡(jiǎn)單的數據源時(shí)，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(shí)，這種客戶(hù)端/服務(wù)器結構就不能夠滿(mǎn)足要求，特別在實(shí)現遠程監控及實(shí)現客戶(hù)跨平臺的要求方面，C/S模式已經(jīng)表現出自己的弊端。隨著(zhù)計算機通信和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò )為工業(yè)控制系統提供了新的發(fā)展空間與技術(shù)支持。以Web服務(wù)層為監控系統中間層的B/S（Web瀏覽器/Web服務(wù)器/數據庫服務(wù)器）模式，已經(jīng)逐漸發(fā)展起來(lái)。

2基于Web服務(wù)的OPCXML-DA規范

　　2.1OPC技術(shù)

　　OPC（OLEforprocesscontrol）用于過(guò)程控制的對象鏈接與嵌入，是作為工業(yè)標準定義的特殊的COM接口，它是基于微軟的OLE/COM/DCOM技術(shù)，按照標準的方法來(lái)完成不同設備之間數據交換的問(wèn)題。在OPC出現之前，工控軟件通常依靠動(dòng)態(tài)數據交換（DDE）進(jìn)行數據訪(fǎng)問(wèn)，比如數據的讀取、更新、訂約、寫(xiě)入等[3]。OPC的出現大大地提高了數據傳輸效率以及對事務(wù)的處理能力，同時(shí)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(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)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(wǎng)絡(luò )通信及跨平臺連接時(shí)，基于COM/DCOM的OPC標準逐漸不能滿(mǎn)足客戶(hù)需求。為此，OPC基金會(huì )正式于2003年推出了基于XMLWeb服務(wù)的最新標準OPCXML-DA規范1.0版。

　　2.2OPCXML-DA

　　在OPC規范中，數據訪(fǎng)問(wèn)（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(huì )目前推出的基于Web服務(wù)的規范也初始定義在數據訪(fǎng)問(wèn)規范上，即OPCXML-DA規范。使用基于Web服務(wù)作為遠過(guò)程調用的方式有如下的優(yōu)勢：跨平臺，基于Internet/Intranet實(shí)現遠程人機接口（HMI），智能現場(chǎng)設備直接支持OPC。

　　OPCXML-DA規范的建立，用于將OPC數據向Internet上的應用程序開(kāi)放，實(shí)現了工業(yè)控制領(lǐng)域工廠(chǎng)底層與企業(yè)管理自動(dòng)化的集成。OPCDA提供了不用開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的通信軟件就可以訪(fǎng)問(wèn)設備的最好的方法，而OPCXML-DA又是實(shí)現遠程和跨平臺數據交換的一種最好方法。它建立在OPCDA規范基礎上，是基于XML技術(shù)的接口規范[4]，通過(guò)兩個(gè)WebServices的基礎技術(shù)XML和SOAP將數據暴露出來(lái)，用于連接高層ERP和其他企業(yè)應用程序。它用SOAP作為對應用程序共享消息進(jìn)行包裝的標準協(xié)議，使用WSDL對Web服務(wù)進(jìn)行描述，在OPCXML-DA客戶(hù)端和服務(wù)器之間通過(guò)HTTP協(xié)議傳輸Web服務(wù)，標準化的XML詞匯使得工業(yè)應用得到保障，所有過(guò)程控制系統可以采用相同的語(yǔ)言進(jìn)行數據信息交換，保證了應用程序間的互操作，并實(shí)現與高層間共享和交換數據。

　　2.3WebService

　　利用OPCXML-DA實(shí)現在Internet遠程監控，需要在WebService框架下完成。WebService是在現有的各種異構平臺的基礎上構筑一個(gè)通用的與平臺、語(yǔ)言無(wú)關(guān)的技術(shù)層，不同的企業(yè)所開(kāi)發(fā)的不同平臺上的各種應用可以依靠這個(gè)技術(shù)層實(shí)現彼此的連接和集成[5]。WebService通過(guò)標準的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議向網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)提供各種服務(wù)，Internet上任何地點(diǎn)、任何平臺上的應用程序只要符合WebService的標準都可以從它的公共接口獲得服務(wù)，使得不同的應用程序在Internet上共享和交換數據更加的容易。WebService的具體規范[6]如下：

　　1）利用擴展標記語(yǔ)言XML描述傳輸信息。遠程調用服務(wù)的過(guò)程通常需要傳遞參數和返回結果，在WebService中，這些都使用XML進(jìn)行描述。良好的數據存儲格式、可擴展性、高度結構化、便于網(wǎng)絡(luò )傳輸使得XML可以更好的描述所傳輸的數據元素。

　　2）以簡(jiǎn)單對象訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議SOAP作為WebService的調用協(xié)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(xié)議，是WebServices的核心，是用戶(hù)端與服務(wù)器端之間進(jìn)行溝通的特殊語(yǔ)言。SOAP協(xié)議有助于實(shí)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(hù)訪(fǎng)問(wèn)。

　　3）以Web服務(wù)描述語(yǔ)言WSDL描述WebService相關(guān)信息。WSDL文檔中描述了所有公開(kāi)函數的信息，所有XML消息的數據類(lèi)型信息以及使用的特定的傳輸協(xié)議的信息和用于定位特定服務(wù)的地址信息。通過(guò)WDSL文檔，客戶(hù)端可以得到它需要的所有相關(guān)的WebService的服務(wù)。

　　4）統一描述、發(fā)現和集成協(xié)議UDDI。WebService客戶(hù)端開(kāi)發(fā)人員需要某種機制來(lái)確定有哪些可供使用的服務(wù)，以及他們提供什么樣的服務(wù)，如何調用這些服務(wù)，開(kāi)發(fā)商在Internet上公布如何推出自己的WebService，這些都需要UDDI來(lái)完成，它提供了一種讓客戶(hù)端動(dòng)態(tài)發(fā)布和查找WebService的機制。

3B/S架構的遠程監控系統

　　B/S（Browser/Server）以Web服務(wù)器為中間層，底層為數據服務(wù)層，上層表示層是與Internet連接的Web瀏覽層。利用OPC接口實(shí)現OPCDA與現場(chǎng)設備之間的通信，以COM/DCOM通信方式實(shí)現OPCDA服務(wù)器和OPCXML-DA之間通信方式。然后利用HTTP、TCP/IP等協(xié)議實(shí)現遠程客戶(hù)與OPCXML-DA服務(wù)器間的通信，從而使得用戶(hù)可以在客戶(hù)端利用標準網(wǎng)頁(yè)瀏覽器（Browser）實(shí)時(shí)監控工業(yè)現場(chǎng)的動(dòng)態(tài)工藝流程，遠程訪(fǎng)問(wèn)控制現場(chǎng)獲得數據，達到遠程監視和控制目的。結構圖如圖1所示:

圖1B/S架構的遠程監控系統

　　數據服務(wù)層位于整個(gè)監控系統的底層，主要包括各種PLC、智能儀表、傳感器以及各種現場(chǎng)總線(xiàn)設備等。在這里，以L(fǎng)onWorks為現場(chǎng)控制總線(xiàn)，當LonWorks智能芯片采集到數據后，按照統一、開(kāi)放的數據訪(fǎng)問(wèn)標準，將數據返回給同樣位于底層的OPCDA服務(wù)器，此時(shí)位于Web服務(wù)層的OPCXML-DA服務(wù)器接收OPCDA服務(wù)器所傳來(lái)的數據，同時(shí)要完成上層Web服務(wù)器以XML文檔方式所傳來(lái)的請求服務(wù)，并將所獲得的數據以XML方式發(fā)送回Web服務(wù)器。