OPC工业控制系统标准规范，C#实现同步读和异步读

一. OPC简介

OPC是基于微软OLE（现在的ActiveX）、COM（组件对象模型）和DCOME（分布式组件对象模型）的技术，OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。

管理OPC标准的组织是OPC基金会，其前身是一个由多家著名大公司组成的专门工作组，仅用了短短一年的时间便开发出一个基本可运行的OPC技术规范。

百度百科给的解释如下：
OPC是OLE for Process Control的缩写，即应用于过程控制的OLE；OLE是Object Linking and Embedding的缩写，OLE原意是对象连接和嵌入，随着OLE2的发行，其范围已远远超出了这个概念。如今OLE包含了许多新的特征，如统一数据传输、结构化存储和自动化，已经成为独立于计算机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范，是面向对象程序设计概念的进一步推广。OPC建立于OLE规范之上，它为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制。工业控制领域用到大量的现场设备，在OPC出现以前，软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件供应商在硬件上做了一些小小改动，应用程序也可能需要重写。同时，由于不同设备甚至同一设备不同单元的驱动程序也有可能不同，软件开发商很难同时对这些设备进行访问以优化操作。硬件供应商也在尝试解决这个问题，然而由于不同客户有着不同的需要、同时也存在着不同的数据传输协议，因此也一直没有完整的解决方案。

自OPC提出以后，这个问题终于得到解决。OPC规范包括OPC服务器和OPC客户两个部分。其实质是在硬件供应商和软件开发商之间建立一套完整的“规则”。只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商只需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也不必了解硬件的实质和操作过程。

 

 

 

二. OPC结构与规范

 

OPC采用Server/Client架构

OPC Server数据源，它本身拥有数据，或从其他系统、控制器、设备等得到数据。OPC Client客户端，与Server交互，读或写。

OPC的数据规范包括：

Data Access数据访问规范、Alarms and Events报警和事件规范、HDA历史数据存取规范、Complex Data 复杂数据规范、Batch批量过程规范、Data Exchange数据交互规范、过程数据的XML规范、Commands命令规范、Security安全性规范

 

三. OPC组成

 

Item：数据项对象，是读写数据的最小逻辑单元，一个数据项与一个具体的测点相连；数据项不能独立于组存在，它必须隶属于某一个组。在每一个组对象中，可以加入多个OPC数据项，OPC数据项是服务器端定义的对象，通常指向设备的一个寄存器单元；OPC客户端对设备寄存器的操作都是通过其数据项来完成的，通过定义数据项，OPC规范尽可能的隐藏了设备的特殊信息，也使OPC服务器的通用性大大增强；OPC数据项并不提供对外接口，客户端不能直接对之进行操作，所有操作都是通过组对象进行的。（在编码实现的时候，还有一个OPCItems对象，它是Item的集合，和Item是一对多的包含关系）

Group：组对象，拥有本组的所有信息，同时包含OPC数据项（Item），组对象提供了客户组织数据的一种方法，组是应用程序组织数据的一个单位。客户可对之进行读写，还可以设置客户端的数据更新速率。当服务器缓冲区内数据发生改变时，OPC将向客户发出通知，客户得到通知后再进行必要的处理，而无需浪费大量时间进行查询。OPC规范定义了两种组对象，公共组（或全局组public）和局部组（或局域组）。公共组有多个客户共有，局部组只隶属于一个OPC客户。全局组对所有链接在服务器上的应用程序都有效。而局域组只能对建立它的client有效。一般来说，客户和服务器的一对连接只需要定义一个组对象。在一个组中可以有若干个项。

Server：服务器对象，拥有服务器的所有信息，同时也是组对象（Group）的容器，一个服务器对应于一个OPC Server，即一种设备的驱动程序。在一个server中可以有若干个组。

 

 

四. Server和Client通讯测试

 

下面进入正题，我们怎么在软件中采用OPC规范读写数据呢

1. 首先，模拟通讯，确保Server和客户机可以正常通讯（关于DCOM等的环境配置在文章最后）。

2. 编码实现，建议采用微软的C#，对OPC的支持最好。

 

Server和Client都在我本机调试，首先我们先安装Server模拟软件，我这里用的是美卓的Matrikon OPC（仅测试使用没有商业性质，如有冒犯，可联系我删除）

我们可以看到，在我的本机有三个OPC Server实例，我们用Matrikon OPC，右键添加Group

 

建立Group，并设置刷新速率为1秒

 

然后我们在创建好的Group里面添加Item，测试使用，这个随意添加就行了

 

添加完成以后，激活

 

返回以后，可以看到测点的品质是Good，这样服务端就配置完成了

 

下面我们随便找一个客户端进行读数测试

打开客户端，然后选择要链接的Server实例

 

 

然后我们直接添加测点，这里如果不添加Group的话，默认也会自动分配一个Group

 

然后我们看到数值和时间戳没问题，说明Server和Client配置没问题，可以进行通信。

 

 

五. 编码实现

 

下面我们开始用C#语言实现（其实Java也可以，只是要做一个转换，从适配性和读写速度角度来说还是用.NET比较好）

 

 

首先我们先扫描本地OPC Server实例

    object serverList = opcServer.GetOPCServers("127.0.0.1");
            this.listBox1.Items.Clear();
            foreach (var item in (Array)serverList)
            {
                this.listBox1.Items.Add(item);
            }        

 

 

 

然后选择要链接的实例，点击按钮Connect

              string opcObj = this.listBox1.SelectedItem.ToString();
                opcServer.Connect(opcObj, "127.0.0.1");
                if (opcServer.ServerState == (int)OPCServerState.OPCRunning)
                {
                    this.button2.Text = "Disconnect";
                }

 

 

接下来创建Group

           opcGroups = opcServer.OPCGroups;
            opcGroup = opcGroups.Add("ZZHGROUP_01");
            //设置组属性
            opcServer.OPCGroups.DefaultGroupIsActive = true;
            opcServer.OPCGroups.DefaultGroupDeadband = 0;
            opcGroup.UpdateRate = 3000;
            opcGroup.IsActive = true;
            opcGroup.IsSubscribed = true;

            opcGroup.DataChange += new DIOPCGroupEvent_DataChangeEventHandler(OpcGroup_DataChange); //注册异步读取事件
            opcItems = opcGroup.OPCItems;

            for (int i = 0; i < itemTags.Length; i++)
            {
                opcItems.AddItem(itemTags[i], i);
            }

 

 

然后实现异步读

            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < ItemValues.Length; i++)
      {
                int clientHandle = (int)ClientHandles.GetValue(i+1);
                sb.Append(itemTags[clientHandle] + "：" + ItemValues.GetValue(i+1)+"\r\n");
      }
            this.textBox1.Text = sb.ToString();

 

 

 

当然还有同步读

           StringBuilder sb = new StringBuilder();
            Object value;
            Object quality;
            Object timestamp;
            for (int i = 0; i < itemHandle.Length; i++)
            {
                OPCItem item = opcGroup.OPCItems.GetOPCItem(itemHandle[i]);
                item.Read((short)OPCDataSource.OPCDevice, out value, out quality, out timestamp);
                sb.Append(itemTags[i] + "：" + value + "\r\n");
            }
            this.textBox1.Text = sb.ToString();

 

 

 

六. 补充说明

 

这里我要说明一下，我们平时用的比较多的可能是异步读，异步读的频率不会大于Group的刷新时间，异步读在正常情况下数据的传输速率要高于同步读；但是在实际使用的时候，我们会发现某些测点质量不太好的时候，数据刷新的频率会降低，有时候甚至十几秒才刷新一次；像DCS每秒4次的数据刷新，这种情况下异步就不能满足我们的需要了，我们需要的快频率同步来满足，同步是主动索要，异步是被动接收。在实际生产环境中，同步读实现千个测点秒读是没问题的，并且已经得到了验证。

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