OPC简介及OPC DA 服务器的设计与实现

　　0 引言

OPC 全称OLE for Process CONtrol，它是由OPC 基金会制定的自动化领域过程控制标准。

实际上，OPC 代表一系列的标准，包括OPC 数据访问(OPC Data AccESS)，OPC 报警与事件(Alarms Events )，历史数据访问(OPC Historical Data Access)，OPC XML-DA(1.0)等。目前，OPC 标准在现代工业控制领域，特别是在数据采集和软实时控制方面已有很好的应用。

　　1 OPC 标准介绍

在 OPC 标准制定之前，工业软件制造商需要为不同的硬件开发各自独立的驱动接口。对于开发典型监控程序软件的技术人员来说，约有20%-30%的时间是用于编写通讯驱动程序。当供应商提供一个新的硬件时，应用软件研发人员就不得不重新编写一个新的程序。
　　而OPC 标准的出现为此解决该问题提供了一个方案，它制定了一系列的数据存取，事件，报警等规范，使得当有新的硬件出现时，供应商只需提供实现的OPC 标准接口，而上层应用软件则不需重新改写。这样，在系统与设备之间，车间现场与信息管理之间，甚至更远的距离上，都可以通过OPC 标准实现无缝通讯，而不必担心设备升级带来的不便和额外费用。

OPC 为不同的应用制定了不同的标准，OPC DA 是针对现场数据进行存取的接口规范，该标准基于OLE / COM / DCOM / COM+技术，采用Client / Server 模式。数据通过特定的采集卡或串口等，从现场设备中获得，然后OPC DA 服务器将这些从数据源采集到的数据，以OPC 标准接口形式提供给外部应用程序，例如工控软件，实时数据库等。OPC 服务器可以通过本地或远程服务服务器两种方式，为依照OPC 标准实现的客户端提供服务。

2 OPC DA 服务器的设计

本文通过使用 VC++编程实现的一个OPC DA 服务器框架，来介绍OPC DA 服务器设计中需要解决的主要问题。在OPC 服务器的设计中，引入适配器模式，通过适配层将数据访问同具体的数据源操作相分离，以便针对不同的数据来源时，进行快速的二次开发。实现 OPC DA 服务器，需要依照OPC 基金会提供的OPC DA 标准，将从数据源中采集数据，以标准规定的接口形式提供给外部。其中，OPC 规范为OPC 服务器规定了两套接口方式：定制接口(Custom interface)和自动化接口(AutomATIon Interface)。其中，前者是OPC 服务器必须实现的接口，后者则是为方便VB 等脚本语言而提供，可以选择性实现。

2.1 OPC DA 服务器中的对象

根据 OPC 标准，在OPC DA 服务器中，主要包含三个层次的对象：服务器对象(Server)，组对象(Group)和数据项(Item)。其中，服务器对象与组对象是一对多的关系，一个Server 对象可以包含0 到多个Group 对象，而一个组对象中可以包含0 到多个数据项。OPC DA 标准对Server 和Group 对象需要实现的接口，进行了详细的规定说明。

在 OPC DA 标准中，客户端对服务器的数据存取是以Group 为单位的，每次将需要存取的数据项item 加入一个Group，然后对该Group 进行整体读写操作。Group 对象通过标准定义的IOPCDataMgt 接口，对Item 进行添加，删除等相关的管理;而Server 对象则通过IOPCServer 接口对Group 对象进行添加，删除等管理。

2.2 OPC DA 服务器的结构

开发一个 OPC DA 服务器需要注意以下问题：服务器的运行方式，各个接口与对象的相互关系，内部数据的组织形式，对外部数据源的访问等。在本实例中，OPC 数据存取服务器的框架结构如下图所示

图 1 OPC 服务器的结构
接口与对象：在各层次对象与接口的关系处理中，可以采用两种方法：多继承的方式，将Server/Group 对象继承自每个标准规定的接口;或者采用聚合的方式，Server/Group 对象包含接口对象。本例采用的是第二种方式，该方式可以将使接口的编写相对独立，以方便测试，并且有利于自动化接口的可选择实现。

服务器使用 VC++编程，包含以下几个主要的类：

COPCServer：Server 对象的类，管理IOPCCommon，IOPCServer，IConnectionContainer等接口;

COPCGroup：Group 对象的类，管理IOPCItemMgt，IOPCGroupStateMgt，IOPCSyncIO，IOPCAsyncIO，IConnectionContainer 等接口;

其他接口类：每个接口还对应一个实现类(如：CIOPCItemMgtImp 是IOPCItemMgt 的具体实现)，该类完成OPC 标准规定的对应接口的功能函数，类的实例化对象将以聚合的方式接受Server 或Group 对象的管理;

数据缓存区的构造：在 OPC 服务器中，Cache 是重要的部分，存储结构将直接影响数据访问的速度，它负责将从设备中读取的数据先存放在数据缓存区，供同步或异步读龋缓存区内存可以采用连续存储，链式存储和哈希存储。其中，考虑到存取速度和方便管理，该