于以太网和OPC技术的异构网络系统设计与实现
2022-06-09
随着现代工业的发展以及工业控制要求的提高，工业控制系统也逐渐的完善。本文基于这种背景，探讨了将以太网与OPC技术进行结合使用的网络系统的设计问题，仅供相关人士参考。
【关键词】以太网OPC技术网络设计
自上世纪60年代以来，自动化的控制系统的发展经历了集散控制阶段以及现场总线控制阶段，其标准逐渐复杂，系统逐渐完善，但随着工业化进行的加快，OPC技术已经逐渐成为了自动化系统的主力，凭借更加先进的技术、更加规范统一的使用标准、更加开放的网络结构以及更加快捷的传输速度，成为了新一代控制系统的支柱技术，这就为研究其与以太网的结合提供了现实的必要性。
1OPC技术介绍
POC技术是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用，为公务自动化软件面向对象的开放提供了一项统一的标准。它能够被链接到I/O装置、PLC、现场总线等，该技术能够提供一种即插即用的软、硬件组件，用户可以很容易的将他们集成为完整的自动化系统。
2网路系统集成的方案
2.1网络控制系统分析
为了实现在高度统一的自动化网络上综合使用各种不同的总线技术，建立起不同设备间的通信联系，使得网络结构更加透明化，我们致力于研究控制网络系统的集成。基于以太网的控制系统是一种混合结构的网络系统，其包括了现场总线系统、集散控制系统以及网关设备等一系列的设备以及系统在内，实现了对多种总线的集成与控制，其主要的应用方式便是通过标准化的网络通讯协议，实现信息网络与控制系统的互联，数据的处理任务则交给了网关。其具有的优点包括：
（1）通过与网络连接的建立，实现了远程的监控管理与及时的检修，使得整个网络的控制技术都实现了自动化；
（2）不仅实现了各种总线的集成还实现
了对现场信息的控制以及生产信息的实时交换，方便了企业决策的制定以及生产的安排；
（3）通过设备间的兼容与信息的交互，将企业的管理与现场的监控连在了一起，不仅成本小、效果好而且具有较广阔的发展空间。
2.2系统接口分析
由于应用层使用了多个厂商的多种软件，在同一个系统的监控下便寻在着信息的交互以及数据的转换等交流问题，为此，需要统一接口标准来规范化应用层的信息传递。为此可以采用的技术包括DDE技术、ODBC技术以及OPC技术，本文重点介绍OPC技术的使用。OPC技术专为过程控制而研发，实现了通讯接口、方法以及属性的标准化，是一种开放的数据通讯协议。通过将现场信号与HMI的无缝连接以及产品网络与现场设备的相连，建立了服务器与客户端之间的连接，保证了实时数据的获取与传递，只要客户拥有规范的应用程序，便可以通过统一的端口来访问资源与数据库，接触到最新的现场数据，为决策的有效性以及科学性提供了保证。这种技术能够较好的适应网络的开放性、高速性以及安全性的要求，不需要更多的程序便可以实现对于对于系统的维护与升级，同时能够较大的减少数据在传输的过程中的拥堵，保证系统的稳定性与传输的效率。为了提高OPC技术的操作性与适应性，在开放与研制的过程中，便可以通过明确高效的分工来扩大OPC技术的应用。比如可以采用软件厂商对于性能的专注研究、硬件的设备厂商负责提供规范的服务器接口的分工方式，来减少每一个环节的工作量，精化每个参与者的职责与任务，进而保证应用程序的性能。
3集成方案实现的可能性
通过上述分析，我们可以看出集成系统的设计关键在于拥有一个统一的标准，而OPC技术之所以能够与以太网相集成是因为：首先，以太网是目前工业控制的首选系统，无论是远程的监控还是信息的传达都有着其他系统不具有的优势，具有较高的实时性以及较好的可靠性，更能够适应恶劣的工作条件，是最具有研究价值的控制系统；其次，OPC技术是专业的数据交换技术，能够实现不同使用者之间的数据转换以及信息传达，能够满足数据信息以一种标准统一的格式进行流转，实现接口上的统一，提高系统的效率。
4OPC在控制网络中的应用研究
虽然理论上来讲OPC技术的确可以实现接口的通过一，但是如何在实践中发挥OPC技术对不同系统接口的统一便成了现实的难题。作为专业的标准技术，OPC技术依赖于OPCDA以及OPCDX来实现对于接口的统一化设置，解决硬件的驱动问题，解决因为开发商不同而造成的接口驱动不同的困境。通过提供自己的统一驱动程序接口规范，开发商便有了统一的生产标准，生产出来的驱动程序便具有了相同的规范，只要与OPC的接口相连，便可以顺利的投入使用，无需额外的配备系统软件来适应不同的驱动系统，降低了网络的复杂程度，减少了开发运作的成本，提高了网络的集成化水平。
5结语
随着工业的发展以及自动化控制系统的普及，必将促进控制系统领域的创新与革命，OPC技术是标准化接口的专业技术，在与以太网结合之后，将会极大的提高系统的适用性以及兼容性，不仅可以很好的改善系统监控水平，还能更好的保证系统的开放性，提高资源的利用率，值得相关的人士不断研究与探索。
参考文献
[1]袁荫.工业控制网络OPC技术和异构系统集成的研究[D].安徽工程大学，2012（06）.
[2]孙瑞琦.基于OPC的工业以太网组态软件的接口设计与实现[D].华北电力大学,2012(03).
[3]宋洪俊.基于OPC的实时数据库接口设计与实现[D].山东科技大学,2010(05).
[4]杨明建，郭辉，刘胜军.基于OPC技术规范的远程监控[J].安徽大学学报(自然科学版),2007,31(07):40-43.
【关键词】以太网OPC技术网络设计
自上世纪60年代以来，自动化的控制系统的发展经历了集散控制阶段以及现场总线控制阶段，其标准逐渐复杂，系统逐渐完善，但随着工业化进行的加快，OPC技术已经逐渐成为了自动化系统的主力，凭借更加先进的技术、更加规范统一的使用标准、更加开放的网络结构以及更加快捷的传输速度，成为了新一代控制系统的支柱技术，这就为研究其与以太网的结合提供了现实的必要性。
1OPC技术介绍
POC技术是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用，为公务自动化软件面向对象的开放提供了一项统一的标准。它能够被链接到I/O装置、PLC、现场总线等，该技术能够提供一种即插即用的软、硬件组件，用户可以很容易的将他们集成为完整的自动化系统。
2网路系统集成的方案
2.1网络控制系统分析
为了实现在高度统一的自动化网络上综合使用各种不同的总线技术，建立起不同设备间的通信联系，使得网络结构更加透明化，我们致力于研究控制网络系统的集成。基于以太网的控制系统是一种混合结构的网络系统，其包括了现场总线系统、集散控制系统以及网关设备等一系列的设备以及系统在内，实现了对多种总线的集成与控制，其主要的应用方式便是通过标准化的网络通讯协议，实现信息网络与控制系统的互联，数据的处理任务则交给了网关。其具有的优点包括：
（1）通过与网络连接的建立，实现了远程的监控管理与及时的检修，使得整个网络的控制技术都实现了自动化；
（2）不仅实现了各种总线的集成还实现
了对现场信息的控制以及生产信息的实时交换，方便了企业决策的制定以及生产的安排；
（3）通过设备间的兼容与信息的交互，将企业的管理与现场的监控连在了一起，不仅成本小、效果好而且具有较广阔的发展空间。
2.2系统接口分析
由于应用层使用了多个厂商的多种软件，在同一个系统的监控下便寻在着信息的交互以及数据的转换等交流问题，为此，需要统一接口标准来规范化应用层的信息传递。为此可以采用的技术包括DDE技术、ODBC技术以及OPC技术，本文重点介绍OPC技术的使用。OPC技术专为过程控制而研发，实现了通讯接口、方法以及属性的标准化，是一种开放的数据通讯协议。通过将现场信号与HMI的无缝连接以及产品网络与现场设备的相连，建立了服务器与客户端之间的连接，保证了实时数据的获取与传递，只要客户拥有规范的应用程序，便可以通过统一的端口来访问资源与数据库，接触到最新的现场数据，为决策的有效性以及科学性提供了保证。这种技术能够较好的适应网络的开放性、高速性以及安全性的要求，不需要更多的程序便可以实现对于对于系统的维护与升级，同时能够较大的减少数据在传输的过程中的拥堵，保证系统的稳定性与传输的效率。为了提高OPC技术的操作性与适应性，在开放与研制的过程中，便可以通过明确高效的分工来扩大OPC技术的应用。比如可以采用软件厂商对于性能的专注研究、硬件的设备厂商负责提供规范的服务器接口的分工方式，来减少每一个环节的工作量，精化每个参与者的职责与任务，进而保证应用程序的性能。
3集成方案实现的可能性
通过上述分析，我们可以看出集成系统的设计关键在于拥有一个统一的标准，而OPC技术之所以能够与以太网相集成是因为：首先，以太网是目前工业控制的首选系统，无论是远程的监控还是信息的传达都有着其他系统不具有的优势，具有较高的实时性以及较好的可靠性，更能够适应恶劣的工作条件，是最具有研究价值的控制系统；其次，OPC技术是专业的数据交换技术，能够实现不同使用者之间的数据转换以及信息传达，能够满足数据信息以一种标准统一的格式进行流转，实现接口上的统一，提高系统的效率。
4OPC在控制网络中的应用研究
虽然理论上来讲OPC技术的确可以实现接口的通过一，但是如何在实践中发挥OPC技术对不同系统接口的统一便成了现实的难题。作为专业的标准技术，OPC技术依赖于OPCDA以及OPCDX来实现对于接口的统一化设置，解决硬件的驱动问题，解决因为开发商不同而造成的接口驱动不同的困境。通过提供自己的统一驱动程序接口规范，开发商便有了统一的生产标准，生产出来的驱动程序便具有了相同的规范，只要与OPC的接口相连，便可以顺利的投入使用，无需额外的配备系统软件来适应不同的驱动系统，降低了网络的复杂程度，减少了开发运作的成本，提高了网络的集成化水平。
5结语
随着工业的发展以及自动化控制系统的普及，必将促进控制系统领域的创新与革命，OPC技术是标准化接口的专业技术，在与以太网结合之后，将会极大的提高系统的适用性以及兼容性，不仅可以很好的改善系统监控水平，还能更好的保证系统的开放性，提高资源的利用率，值得相关的人士不断研究与探索。
参考文献
[1]袁荫.工业控制网络OPC技术和异构系统集成的研究[D].安徽工程大学，2012（06）.
[2]孙瑞琦.基于OPC的工业以太网组态软件的接口设计与实现[D].华北电力大学,2012(03).
[3]宋洪俊.基于OPC的实时数据库接口设计与实现[D].山东科技大学,2010(05).
[4]杨明建，郭辉，刘胜军.基于OPC技术规范的远程监控[J].安徽大学学报(自然科学版),2007,31(07):40-43.