OPC XML-DA在现场总线远程监控系统中的应用

1 引言

　　信息技术的发展，使得自动化系统结构逐步形成全分布网络集成自控系统。现场总线正是顺应这一形势发展起来的新技术[1]。利用Internet对现场进行远程的实时监控是当前控制领域的热点，实现工业实时数据Web浏览也是工业信息监控发展的必然趋势。近年来，随着Internet的迅速发展及控制自动化技术的不断提高，企业的信息化程度也越来越被企业所重视。远程监控作为企业信息系统的一部分，可以使企业信息系统向Internet上延伸，综合的实现企业信息系统中过程监控层的“远程组态”、“报警提示”、“实时历史曲线”以及与ERP集成等多种功能[2]。企业充分利用计算机、互联网等现代信息技术，将企业的生产、经营及管理流程在线实现，并使企业真正可以在线获得完整而及时的信息。

　　传统基于OPC的现场总线监控系统所设计的客户/服务器结构模式，把数据采集者视为OPC服务器，其他的访问端视为OPC客户端。通常，客户端包含大部分业务逻辑。如果系统业务逻辑仅仅使用或需要一个简单的数据源时，这种结构能够运行得很好。然而当系统需要具有可扩展性，系统功能要求不断增加，数据库性能需要不断提高时，这种客户端/服务器结构就不能够满足要求，特别在实现远程监控及实现客户跨平台的要求方面，C/S模式已经表现出自己的弊端。随着计算机通信和网络技术的不断发展，计算机网络为工业控制系统提供了新的发展空间与技术支持。以Web服务层为监控系统中间层的B/S（Web浏览器/Web服务器/数据库服务器）模式，已经逐渐发展起来。

2 基于Web服务的OPC XML-DA规范

　　2.1 OPC技术

　　OPC（OLE for process control）用于过程控制的对象链接与嵌入，是作为工业标准定义的特殊的COM接口，它是基于微软的OLE/COM/DCOM技术，按照标准的方法来完成不同设备之间数据交换的问题。在OPC出现之前，工控软件通常依靠动态数据交换（DDE）进行数据访问，比如数据的读取、更新、订约、写入等[3]。OPC的出现大大地提高了数据传输效率以及对事务的处理能力，同时利用Windows系统对DCOM的安全机制也提供了一定安全性管理的能力。但随着网络技术的迅猛发展和企业信息管理系统对互操作性要求的提高，特别是OPC应用在Internet远程网络通信及跨平台连接时，基于COM/DCOM的OPC标准逐渐不能满足客户需求。为此，OPC基金会正式于2003年推出了基于XML Web服务的最新标准OPC XML-DA规范1.0版。

　　2.2 OPC XML-DA

　　在OPC规范中，数据访问（DA）规范具有极其重要的地位，因此研究得比较成熟，所以OPC基金会目前推出的基于Web服务的规范也初始定义在数据访问规范上，即OPC XML-DA规范。使用基于Web服务作为远过程调用的方式有如下的优势：跨平台，基于Internet/Intranet实现远程人机接口 （HMI），智能现场设备直接支持OPC。

　　OPC XML-DA规范的建立，用于将OPC数据向Internet上的应用程序开放，实现了工业控制领域工厂底层与企业管理自动化的集成。OPC DA提供了不用开发专门的通信软件就可以访问设备的最好的方法，而OPC XML-DA又是实现远程和跨平台数据交换的一种最好方法。它建立在OPC DA规范基础上，是基于XML技术的接口规范[4]，通过两个Web Services的基础技术XML和SOAP将数据暴露出来，用于连接高层ERP和其他企业应用程序。它用SOAP作为对应用程序共享消息进行包装的标准协议，使用WSDL对Web服务进行描述，在OPC XML-DA客户端和服务器之间通过HTTP协议传输Web服务，标准化的XML词汇使得工业应用得到保障，所有过程控制系统可以采用相同的语言进行数据信息交换，保证了应用程序间的互操作，并实现与高层间共享和交换数据。

　　2.3 Web Service

　　利用OPC XML-DA实现在Internet远程监控，需要在Web Service框架下完成。Web Service是在现有的各种异构平台的基础上构筑一个通用的与平台、语言无关的技术层，不同的企业所开发的不同平台上的各种应用可以依靠这个技术层实现彼此的连接和集成[5]。Web Service通过标准的网络协议向网络用户提供各种服务，Internet上任何地点、任何平台上的应用程序只要符合Web Service的标准都可以从它的公共接口获得服务，使得不同的应用程序在Internet上共享和交换数据更加的容易。Web Service的具体规范[6]如下：

　　1） 利用扩展标记语言XML描述传输信息。远程调用服务的过程通常需要传递参数和返回结果，在Web Service中，这些都使用XML进行描述。良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、便于网络传输使得XML可以更好的描述所传输的数据元素。

　　2） 以简单对象访问协议SOAP作为Web Service的调用协议。它是一种基于XML用于在应用程序之间以对象的形式交换数据的表示层通信协议，是Web Services的核心，是用户端与服务器端之间进行沟通的特殊语言。SOAP协议有助于实现大量异构程序和平台之间的互操作性,从而使现存的应用能够被广泛的用户访问。

　　3） 以Web服务描述语言WSDL描述Web Service相关信息。WSDL文档中描述了所有公开函数的信息，所有XML消息的数据类型信息以及使用的特定的传输协议的信息和用于定位特定服务的地址信息。通过WDSL文档，客户端可以得到它需要的所有相关的Web Service的服务。

　　4） 统一描述、发现和集成协议UDDI。Web Service客户端开发人员需要某种机制来确定有哪些可供使用的服务，以及他们提供什么样的服务，如何调用这些服务，开发商在Internet上公布如何推出自己的Web Service，这些都需要UDDI来完成，它提供了一种让客户端动态发布和查找Web Service的机制。