Производителю оборудования применение OPC дает легкость инсталляции прибора в различные АСУТП и независимость от производителей ПО, что увеличивает рынок сбыта приборов

Пользователю применение OPC дает независимость от производителей оборудования обеспечивает взаимозаменяемость программных и аппаратных средств.

В спецификации OPC для обмена данными определены два компонента - OPC-клиент и OPC-сервер.

ОРС-сервер - программа, получающая данные во внутреннем формате устройства или системы и преобразующая эти данные в формат ОРС. ОРС-сервер является источником данных для ОРС-клиентов, как правило SCADA-систем.

ОРС-клиент - программа, принимающая от ОРС-серверов данные в формате ОРС и преобразующая их во внутренний формат устройства или системы.

ОРС-клиент общается с ОРС-сервером посредством строго определенных в спецификации интерфейсов, что позволяет любому ОРС-клиенту общаться с любым ОРС-сервером. Однажды созданный OPC-сервер позволяет подключать устройство к широкому кругу программного обеспечения поддерживающего спецификацию OPC.

Спецификации ОРС:

1) OPC DA (Data Access) – самая распространенная спецификация OPC, предназначена для обмена текущими данными.

2) OPC A&E (Alarms and Events) – предназначена для уведомления диспетчера о алармах и событиях и регистрации его действий.

3) OPC HDА (Historical Data Access) – предназначена для доступ к архивным данным.

4) OPC Batch – спецификация для физико-химических ТП, не являющихся непрерывными (например, загрузка сырья согласно рецепту, выполнение обработки, выгрузка и т.д.)

5) OPC Data eXchange – спецификация обмена данными между двумя OPC DA-серверами по Ethernet.

6) OPC Security – определяет методы доступа клиента к серверу для защиты данных от несанкционированной модификации.

7) OPC XML-DA – набор правил и форматов для представления данных в форматах XML, WEB, SOAP.

8) OPC Complex Data – доп.спецификации к DA и XML-DA для работы со сложными типами данных (бинарные структуры, XML-документы)

9) OPC-commands – предназначена для управления контроллерами и модулями В/В.

10) OPC-UA (Unified Architecture) - спецификация с унифицированной архитектурой

В MATLAB 7 входит пакет OPC Toolbox, поддерживающий OPC-серверы версии 2.05а. LabVIEW 7 имеет встроенную поддержку OPC.

OPC DA-сервер

Технология OPC основана на модели распределенных компонентных объектов DCOM. 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 практически любого скалярного типа (булево, целое, с плавающей точкой и т.п.) или строкой.

Время представляется с точностью 100 наносекунд. Реальная точность измерения времени обычно хуже и, зависит от реализации сервера и аппаратуры.

Параметр качества предназначен для передачи клиенту информации о выходе величины за допустимые границы, отсутствии данных, ошибке связи. Может принимать значения UNCERTAIN, GOOD или BAD (не определено, хорошее и плохое), а на случай плохой – еще и расшифровку, например QUAL_SENSOR_FAILURE – неисправность датчика.

Следующим является понятие группы элементов (OPC Group). Группа создается ОРС-сервером по требованию клиента, который затем может добавлять в группу элементы. 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 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, таким образом, - это своего рода клиентские ссылки на некие реальные переменные (теги), находящиеся на сервере или физическом устройстве. Пример полного тега: Устройство1.Модуль5.АналоговыйВход3.

На верхней ступени иерархии находится ОРС-сервер. В отличие от элемента и группы он единственный является СОМ-объектом, все остальные объекты доступны через его интерфейсы, которые он предоставляет клиенту.

Режимы чтения данных из ОРС-сервера:

1) Синхронный – клиент посылает серверу запрос и ждет ответа.

2) Асинхронный – клиент отправляет запрос и переходит к выполнению других задач. Сервер после выполнения функции запросы посылает уведомление и клиент забирает данные.

3) Подписка – клиент сообщает серверу список тегов, значения которых сервер должен передавать в случае изменения. Для фильтрации шума вводится "мертвая зона", немного превышающая возможный размах помехи.

4) Обновление данных – клиент вызывает одновременное чтение всех активных тегов. Активными называются все теги, кроме обозначенных как "пассивные". Такое деление тегов уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

В каждом режиме данные могут читаться либо из кэша ОРС-сервера, либо непосредственно с контроллера. Чтение из кэша выполняется быстрее, но данные могут устареть.

Запись данных в контроллер выполняется непосредственно, без промежуточной буферизации в синхронном или асинхронном режиме.

ОРС-сервер может иметь пользовательский интерфейс, с функциями:

- поиск подключенного к промышленной сети оборудования;

- установка параметров оборудования (имени, адреса, скорости обмена, периода сторожевого таймера, наличие контрольной суммы);

- создание иерархического представления имен тегов;

- наблюдение значений тегов;

- управление правами доступа к ОРС-серверу.

ОРС-сервер во время инсталляции записывается в реестр Windows. Каждый ОРС-сервер монопольно занимает СОМ-порт компьютера, поэтому при использовании нескольких ОРС-серверов необходимо иметь соответствующее количество СОМ-портов. Для увеличения количества СОМ-портов можно использовать преобразователи USB-RS-232.

Стандарт OPC UA

Недостатками ОРС-технологии являются:

1) Доступность только на ОС Windows

2) Связь с технологией DCOM, исходные коды которой являются закрытыми. Это не позволяет решать вопросы надежности ПО, а также выявлять и устранять причины отказов.

3) Проблемы конфигурирования DCOM

4) Неприспособленность DCOM для обмена данными через Интернет

5) Не обеспечение DCOM информационной безопасности

В связи с этим в 2006 г. OPC Foundation предложила новое поколение стандарта - OPC Unified Architecture, основанного на архитектуре SOA (Service Oriented Architecture – архитектура, ориентированная на сервисы). Под сервисом понимается некоторая функциональность, заключенная в программном компоненте, которая может быть транспортирована от сервера к клиенту.

Достоинства:

1) Реализация на ANSI C обеспечивает независимость от аппаратно-программной платформы, типа взаимодействующих систем и сетей.

2) Ориентация на сервисы вместо объектов позволяет использовать UA на любых компьютерах, контроллерах и т.п., поддерживающих веб-сервисы.

3) Масштабирование, т.е. изменение объема программы в зависимости от ресурсов процессора и требуемой функциональности. Возможность компиляции в виде однопоточного и многопоточного приложения.

4) Поддержка надежного и современного транспортного механизма SOAP на базе XML с применением HTTP-протокола.

5) Обеспечение хорошей безопасности передачи данных, противодействие вирусам.

6) Конфигурируемый таймаут для каждого сервиса.

7) Использование открытых стандартов W3С (World Wide Web Consortium) вместо закрытого DCOM.

8) В одном приложении могут быть скомбинированы клиент и сервер для взаимодействия с другими клиентами и серверами или ретрансляции данных.

9) Обеспечена совместимость с DCOM OPC-серверами и клиентами.

3.3. Средства ввода/вывода InTouch

Поддерживаемые протоколы: DDE, FastDDE, NetDDE, SuiteLink

SuiteLink разработан Wonderware для поддержания быстродействующих промышленных систем. В основе SuiteLink лежит протокол TCP/IP.

Характеристики:

1) Передача данных осуществляется в формате VTQ (Value, Time, Quality - значение, время, качество), в соответствии с которым каждая пересылаемая клиенту единица информации сопровождается метками времени и качества данных.

2) По системному монитору Windows (Performance Monitor) осуществляется анализ производительности по передаче данных, степени потребления ресурсов компьютера и сети, что особенно важно для проектирования и сопровождения больших распределенных промышленных сетей.

3) Поддержка обмена данными между приложениями происходит независимо от того, исполняются ли эти приложения на одном узле сети или на разных.

Для реализации функций OPC - клиента Wonderware предлагает OPCLink - сервер, преобразующий OPC в SuiteLink - протокол. Большинство OPC-серверов создают для каждого подключаемого к серверу клиента новый канал связи или нить. Для текущей обработки каждого клиента сервер должен переключаться между нитями. Каждая нить использует DCOM (Distributed Component Object Model) для организации обмена данными, и DCOM также управляет переключением нитей. В итоге возможна достаточно низкая производительность в сети.

Тесты, проведенные фирмой Wonderware, показали, что при обслуживании OPC-сервером 7 клиентов (при передаче 4 целых чисел в режиме обновления) сервер на 95% занимал ресурсы CPU. Это означает, что ресурсы компьютера практически целиком были заняты переключением нитей и DCOM- процедурами. Поэтому на текущем этапе параметры производительности протокола SuiteLink превосходят параметры DCOM. Поставляемый в комплекте FactorySuite OPCLink Server обеспечивает прием информации с OPC- сервера и передачу ее по протоколу SuiteLink в SCADA - систему InTouch и наоборот

Wonderware предлагает DDE и SuiteLink – серверы для более чем 800 типов контроллеров основных производителей. Если нужного драйвера нет, можно воспользоваться пакетом разработки драйверов FactorySuite Toolkit.