Сравнительно недавно, в 1994 г., под эгидой Microsoft была создана организация OPC Foundation (http://www.opcfoundation.org). Как определяет сама OPC Foundation, ее цель — разработка и поддержка открытых промышленных стандартов, регламентирующих методы обмена данными в режиме реального времени между клиентами на базе ПК и ОС Microsoft. Сейчас организация насчитывает более 270 членов, включая почти всех ведущих поставщиков контрольно-измерительного и управляющего оборудования для АСУ ТП. Достаточно назвать такие фирмы, как Siemens, Schneider Automation,Rockwell Software, Wonderware, Intellution, Ci Technologies.
Технология OPC (OLE for Process Control) – связывание и внедрение объектов для систем промышленной автоматизации – предназначена для обеспечения универсального механизма обмена данными между датчиками, исполнительными механизмами, контроллерами, устройствами связи с объектом и системами представления технологической информации, оперативного диспетчерского управления, а также системами управления базами данных. Производители аппаратных средств, пользуясь спецификацией OPC, имеют возможность разрабатывать единственный сервер OPC для обеспечения единственного и наиболее общего способа организации доступа к данным и передачи в адрес приложений-клиентов различных производителей программного обеспечения для промышленной автоматизации.
OPC основана на модели распределенных компонентных объектов Microsoft COM/DCOM и устанавливает требования к классам объектов доступа к данным и их специализированным интерфейсам для использования разработчиками клиентских и серверных приложений. Для обмена данными с приложениями-клиентами, разработка которых ведется на языках типа MS Visual Basic, а также с популярными приложениями типа Excel, спецификация OPC содержит дополнительные (но необязательные для реализации) требования к интерфейсу OLE-автоматизации (OLE Automation).
Структура взаимодействия между приложениями-клиентами и серверами OPC различных производителей показана на рисунке:
Опираясь на объектную технологию COM/DCOM, стандарт OPC фиксирует определенную модель взаимодействия между клиентом и сервером. Базовым понятием этой модели является элемент данных (Item). Каждый элемент данных имеет значение, время последнего обновления (timestamp) и признак качества, определяющий степень достоверности значения. Значение может быть практически любого скалярного типа – булево, целое, с плавающей точкой и т.п. – или строкой (так называемый OLE VARIANT). Время представляется со 100-наносекундной точностью (FILETIME Win32 API). Реальная точность измерения времени обычно бывает хуже и, в общем случае, зависит от реализации сервера и аппаратуры. Качество – это код, содержащий в себе грубую оценку – UNCERTAIN, GOOD и BAD (не определено, хорошее и плохое), а на случай плохой – еще и расшифровку, например QUAL_SENSOR_FAILURE – неисправность датчика.
Следующим вверх по иерархии является понятие группы элементов (OPC Group). Группа создается OPC-сервером по требованию клиента, который затем может добавлять в группу элементы (Items). Для группы клиентом задается частота обновления данных, и все данные в группе сервер старается обновлять и передавать клиенту с заданной частотой. Отдельно стоящих вне группы элементов быть не может. Клиент может создать для себя на сервере несколько групп, различающихся требуемой частотой обновления. Для каждого клиента всегда создается своя группа (кроме так называемых публичных групп), даже если состав элементов и частоты обновления совпадают. Отсоединение клиента приводит к уничтожению группы.
Элементы в группе – это своего рода клиентские ссылки на некие реальные переменные (теги), находящиеся на сервере или в физическом устройстве. Понятие тега спецификацией OPC не определяется, но подразумевается неявно. Элементы в группу клиент добавляет по имени, и эти имена являются именами соответствующих тегов. Клиент может либо знать нужные имена заранее, либо запросить список имен тегов у сервера. Для запроса имен тегов служит специальный интерфейс, с помощью которого сервер описывает клиенту свое “пространство имен”, организованное в общем случае иерархически. Пример полного имени тега: Устройство1. Модуль5. АналоговыйВход3. При добавлении элемента в группу клиент всегда указывает это полное имя. Заметим, что группы, создаваемые клиентом, не обязаны совпадать (и, как правило, не совпадают) с подразделами пространства имен сервера, элементы в группу добавляются “в разнобой”. Единственное, что их объединяет – это общая частота обновления и синхронность отправки клиенту.
На верхней ступеньке иерархии понятий находится сам OPC-сервер. Из всех перечисленных (OPC-группа, OPC-элемент) он единственный является COM-объектом, все остальные объекты доступны через его интерфейсы, которые он предоставляет клиенту.
OPC предоставляет быстрый и надежный канал обмена данными. Скорость обмена определяется тем, что он проводится через общую память и реализуется модулями динамической библиотеки DLL или локальным EXE сервером. По данным тестирования, например, на компьютере Pentium233 сервер OPC поставлял 20000 данных в секунду 4-м клиентам при 10% загрузке процессора.
Существует достаточно большой перечень стандартов ОРС. Консорциум OPC Foundation пытается охватить все аспекты взаимодействия с технологическим оборудованием. В разработке самих спецификаций принимают участие ведущие производители оборудования и систем автоматизации, которые стараются максимально учесть свой опыт и предоставить абсолютно все необходимое тому, кто будет использовать OPC. Однако наибольшее практическое применение нашла пока только спецификация Data Access (DA).
OPC-стандарты:
OPC Common Definitions and Interfaces — общие для всех OPC-спецификаций интерфейсы;
Data Access Custom Interface Standard — спецификация COM-интерфейсов для обмена оперативными данными, программирование на Cи++;
Data Access Automation Interface Standard — спецификация COM-интерфейсов для обмена оперативными данными, программирование на языках типа Visual Basic;
OPC Batch Automation Interface Specification — спецификация COM-интерфейсов для конфигурирования оборудования, программирование на языках типа Visual Basic;
OPC Alarms and Events Custom Interface Specification — спецификация COM-интерфейсов для обслуживания событий (event) и нештатных ситуаций (alarm), программирование на Cи++;
OPC Alarm and Events Automation Interface Specification – спецификация COM-интерфейсов для обслуживания событий и нештатных ситуаций, программирование на языках типа Visual Basic;
Historical Data Access Custom Interface Standard — спецификация COM-интерфейсов для работы с хранилищами данными, программирование на Cи++;
Historical Data Access Automation Interface Standard — спецификация COM-интерфейсов для работы с хранилищами данными, программирование на языках типа Visual Basic;
OPC Security Custom Interface — спецификация COM-интерфейсов для обработки прав доступа к данным, программирование на Cи++;
Кто же использует OPC? Первая категория — производители оборудования автоматизации. Предполагается, что тот, кто создает, например, плату сбора данных, снабжает ее не только драйвером, но и реализует OPC-сервер, работающий с этой с платой через драйвер или даже напрямую. Тем самым OEM-производитель предоставляет стандартный доступ к своей плате.Список потенциальных изготовителей OPC-серверов неограничен. OPC-сервером можно снабдить контроллер, плату ввода/вывода, адаптер полевой шины, программу пересчета, генератор случайных чисел, что угодно, лишь бы это устройство поставляло или принимало данные. Но все-таки здесь речь идет в первую очередь о программном обеспечении для более низкого уровня в системах автоматизации. Ко второй категории пользователей OPC относятся те, кто реализует программное обеспечение более высокого уровня, например, поставщики SCADA-пакетов.
