OPCXML-DA在現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1引言

　　信息技術(shù)的發(fā)展，使得自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐步形成全分布網(wǎng)絡(luò)集成自控系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線正是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)[1]。利用Internet對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控是當(dāng)前控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)Web瀏覽也是工業(yè)信息監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢(shì)。近年來(lái)，隨著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(yuǎn)程監(jiān)控作為企業(yè)信息系統(tǒng)的一部分，可以使企業(yè)信息系統(tǒng)向Internet上延伸，綜合的實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)中過程監(jiān)控層的“遠(yuǎn)程組態(tài)”、“報(bào)警提示”、“實(shí)時(shí)歷史曲線”以及與ERP集成等多種功能[2]。企業(yè)充分利用計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)及管理流程在線實(shí)現(xiàn)，并使企業(yè)真正可以在線獲得完整而及時(shí)的信息。

　　傳統(tǒng)基于OPC的現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)模式，把數(shù)據(jù)采集者視為OPC服務(wù)器，其他的訪問端視為OPC客戶端。通常，客戶端包含大部分業(yè)務(wù)邏輯。如果系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯僅僅使用或需要一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)源時(shí)，這種結(jié)構(gòu)能夠運(yùn)行得很好。然而當(dāng)系統(tǒng)需要具有可擴(kuò)展性，系統(tǒng)功能要求不斷增加，數(shù)據(jù)庫(kù)性能需要不斷提高時(shí)，這種客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)就不能夠滿足要求，特別在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及實(shí)現(xiàn)客戶跨平臺(tái)的要求方面，C/S模式已經(jīng)表現(xiàn)出自己的弊端。隨著計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)控制系統(tǒng)提供了新的發(fā)展空間與技術(shù)支持。以Web服務(wù)層為監(jiān)控系統(tǒng)中間層的B/S（Web瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)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(guī)范

　　2.1OPC技術(shù)

　　OPC（OLEforprocesscontrol）用于過程控制的對(duì)象鏈接與嵌入，是作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)完成不同設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換的問題。在OPC出現(xiàn)之前，工控軟件通常依靠動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，比如數(shù)據(jù)的讀取、更新、訂約、寫入等[3]。OPC的出現(xiàn)大大地提高了數(shù)據(jù)傳輸效率以及對(duì)事務(wù)的處理能力，同時(shí)利用Windows系統(tǒng)對(duì)DCOM的安全機(jī)制也提供了一定安全性管理的能力。但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)信息管理系統(tǒng)對(duì)互操作性要求的提高，特別是OPC應(yīng)用在Internet遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信及跨平臺(tái)連接時(shí)，基于COM/DCOM的OPC標(biāo)準(zhǔn)逐漸不能滿足客戶需求。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(biāo)準(zhǔn)OPCXML-DA規(guī)范1.0版。

　　2.2OPCXML-DA

　　在OPC規(guī)范中，數(shù)據(jù)訪問（DA）規(guī)范具有極其重要的地位，因此研究得比較成熟，所以O(shè)PC基金會(huì)目前推出的基于Web服務(wù)的規(guī)范也初始定義在數(shù)據(jù)訪問規(guī)范上，即OPCXML-DA規(guī)范。使用基于Web服務(wù)作為遠(yuǎn)過程調(diào)用的方式有如下的優(yōu)勢(shì)：跨平臺(tái)，基于Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人機(jī)接口（HMI），智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接支持OPC。

　　OPCXML-DA規(guī)范的建立，用于將OPC數(shù)據(jù)向Internet上的應(yīng)用程序開放，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域工廠底層與企業(yè)管理自動(dòng)化的集成。OPCDA提供了不用開發(fā)專門的通信軟件就可以訪問設(shè)備的最好的方法，而OPCXML-DA又是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和跨平臺(tái)數(shù)據(jù)交換的一種最好方法。它建立在OPCDA規(guī)范基礎(chǔ)上，是基于XML技術(shù)的接口規(guī)范[4]，通過兩個(gè)WebServices的基礎(chǔ)技術(shù)XML和SOAP將數(shù)據(jù)暴露出來(lái)，用于連接高層ERP和其他企業(yè)應(yīng)用程序。它用SOAP作為對(duì)應(yīng)用程序共享消息進(jìn)行包裝的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使用WSDL對(duì)Web服務(wù)進(jìn)行描述，在OPCXML-DA客戶端和服務(wù)器之間通過HTTP協(xié)議傳輸Web服務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化的XML詞匯使得工業(yè)應(yīng)用得到保障，所有過程控制系統(tǒng)可以采用相同的語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，保證了應(yīng)用程序間的互操作，并實(shí)現(xiàn)與高層間共享和交換數(shù)據(jù)。

　　2.3WebService

　　利用OPCXML-DA實(shí)現(xiàn)在Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要在WebService框架下完成。WebService是在現(xiàn)有的各種異構(gòu)平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑一個(gè)通用的與平臺(tái)、語(yǔ)言無(wú)關(guān)的技術(shù)層，不同的企業(yè)所開發(fā)的不同平臺(tái)上的各種應(yīng)用可以依靠這個(gè)技術(shù)層實(shí)現(xiàn)彼此的連接和集成[5]。WebService通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種服務(wù)，Internet上任何地點(diǎn)、任何平臺(tái)上的應(yīng)用程序只要符合WebService的標(biāo)準(zhǔn)都可以從它的公共接口獲得服務(wù)，使得不同的應(yīng)用程序在Internet上共享和交換數(shù)據(jù)更加的容易。WebService的具體規(guī)范[6]如下：

　　1）利用擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML描述傳輸信息。遠(yuǎn)程調(diào)用服務(wù)的過程通常需要傳遞參數(shù)和返回結(jié)果，在WebService中，這些都使用XML進(jìn)行描述。良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、可擴(kuò)展性、高度結(jié)構(gòu)化、便于網(wǎng)絡(luò)傳輸使得XML可以更好的描述所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)元素。

　　2）以簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議SOAP作為WebService的調(diào)用協(xié)議。它是一種基于XML用于在應(yīng)用程序之間以對(duì)象的形式交換數(shù)據(jù)的表示層通信協(xié)議，是WebServices的核心，是用戶端與服務(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(xiàn)大量異構(gòu)程序和平臺(tái)之間的互操作性,從而使現(xiàn)存的應(yīng)用能夠被廣泛的用戶訪問。

　　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函數(shù)的信息，所有XML消息的數(shù)據(jù)類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WDSL文檔，客戶端可以得到它需要的所有相關(guān)的WebService的服務(wù)。

　　4）統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議UDDI。WebService客戶端開發(fā)人員需要某種機(jī)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(diào)用這些服務(wù)，開發(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端動(dòng)態(tài)發(fā)布和查找WebService的機(jī)制。

3B/S架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

　　B/S（Browser/Server）以Web服務(wù)器為中間層，底層為數(shù)據(jù)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(xiàn)OPCDA與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信，以COM/DCOM通信方式實(shí)現(xiàn)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(xiàn)遠(yuǎn)程客戶與OPCXML-DA服務(wù)器間的通信，從而使得用戶可以在客戶端利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器（Browser）實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)工藝流程，遠(yuǎn)程訪問控制現(xiàn)場(chǎng)獲得數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制目的。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

圖1B/S架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)服務(wù)層位于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的底層，主要包括各種PLC、智能儀表、傳感器以及各種現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備等。在這里，以LonWorks為現(xiàn)場(chǎng)控制總線，當(dāng)LonWorks智能芯片采集到數(shù)據(jù)后，按照統(tǒng)一、開放的數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(qǐng)求服務(wù)，并將所獲得的數(shù)據(jù)以XML方式發(fā)送回Web服務(wù)器。