基于Visual C#的OPC客戶端實現(xiàn)

摘 要：OPC是連接數(shù)據(jù)源(OPC服務器)和數(shù)據(jù)的使用者(OPC應用程序)之間的軟件接口標準。這里以C#為開發(fā)工具，按照OPC技術(shù)的規(guī)范標準，將OPC技術(shù)應用到虛擬儀器顯示組件中。具體實現(xiàn)了OPC客戶端數(shù)據(jù)訪問服務器的過程，接口步驟及其讀寫數(shù)據(jù)的方法，并根據(jù)OPC服務器提供的數(shù)據(jù)，最終在虛擬儀器顯示組件中生成了虛擬的正弦波、方波、鋸齒波、三角波等。
關(guān)鍵詞：OPC；OPC接口；OPC服務器；C#

0 引 言
    隨著計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，人們可以用計算機軟件替代傳統(tǒng)的硬件實現(xiàn)的一些功能，將計算機硬件和軟件有機的融合為一體，這就是所謂的虛擬儀器。近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少基于LabVIEW，Matlab，VC++，VB等虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，當硬件操作的設備驅(qū)動改變時，軟件開發(fā)人員需要修改大量的驅(qū)動程序來連接此設備，因此使得虛擬儀器開發(fā)平臺開發(fā)難度大、通用性差。為此，提出了基于OPC技術(shù)的虛擬儀器，它是由硬件供應商和軟件開發(fā)商之間建立一套完整的“規(guī)則”，只要遵循這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的，硬件供應商無需考慮應用程序的多種需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程。

l OPC技術(shù)
    OPC(OLE Process Contro1)是OPC基金會組織倡導的工業(yè)控制和生產(chǎn)自動化領域中使用的硬件和軟件的接口標準，以便有效地在應用和過程控制設備之間讀寫數(shù)據(jù)，具體的功能實現(xiàn)要由開發(fā)商根據(jù)需要自主的進行研究與開發(fā)。換句話說OPC規(guī)范是一套公共的軟件標準，任何OPC開發(fā)人員所開發(fā)的OPC軟件都要符合這個標準。
    OPC技術(shù)的特點可概括為如下3個方面：開放性(Openness)、產(chǎn)業(yè)性(Productivity)和“即插即用”的互聯(lián)性(Connectivity)，因此可以說，“OPC=Openness+Productivity+Connectivity”，這也是對OPC優(yōu)點最概括的描述。因此OPC在短時間內(nèi)取得了飛速的發(fā)展。
1．1 OPC服務器的組成
    OPC標準采用C／S模式，OPC服務器負責向OPC客戶端不斷的提供數(shù)據(jù)。OPC服務器包括3類對象(Object)：服務器對象(Server)、組對象(roup)和項對象(Item)。3類對象都包括一系列接口，關(guān)系如圖1所示。

    OPC服務器對象維護有關(guān)服務器信息，并作為OPC組對象的包容器，它提供了對數(shù)據(jù)源進行讀／寫和通信的接口方法，可以動態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對象。
    OPC組對象由客戶端定義和維護，它維護有關(guān)其自身的信息，提供包容OPC項對象的機制，從邏輯上實現(xiàn)對OPC項的管理。
    OPC項對象包含在OPC組中，可由客戶端定義和維護。項代表了與數(shù)據(jù)源的連接，所有的OPC項的操作都是通過包容此項的OPc組對象完成的。
1．2 OPC的接口方式
    OPC服務器通常支持兩種類型的訪問接口：自定義接口(The OPC Custom Interfaces)和自動化接口(The OPC Automation Interfaces)，它們分別為不同的編程語言環(huán)境提供訪問機制。
    自定義接口是任何OPC服務器所必須實現(xiàn)的接口，它描述了OPC組件對象的接口和其實現(xiàn)的方法，適合C++語言設計，并可實現(xiàn)最佳運行性能的客戶應用程序。
    自動化接口是可選接口(Optional Interface)，它提供了自動配置和存取過程控制數(shù)據(jù)的接口，方便了Visual Basic，Delphi，C#及其他可以使用自動化服務器應用程序接口的高級商業(yè)軟件使用。自動化接口實際上是定制接口上的自動化封裝，OPC規(guī)范通過提供一套標準的自動化接口包裝器來實現(xiàn)這一功。
1．3 OPC通信方式
    OPC規(guī)范規(guī)定了兩種通信方式：同步通信方式和異步通信方式。
    同步通信時，OPC客戶程序?qū)PC服務器進行讀寫操作時，OPC客戶程序必須等到OPC服務器對應的操作全部完成以后才能返回，在此期間OPC客戶程序一直處于等待狀態(tài)。如果有大量數(shù)據(jù)進行操作或者有大量OPC客戶程序?qū)PC服務器進行讀寫操作，必然造成OPC客戶程序的阻塞現(xiàn)象。因此同步通信適用于OPC客戶較少，數(shù)據(jù)量較小時的場合。
    異步通信時，OPC客戶程序?qū)Ψ掌鬟M行讀寫操作時，OPC客戶程序操作后立刻返回，不用等待OPC服務器的操作，可以進行其他操作。當0PC服務器完成操作后再通知OPC客戶程序。因此，相對于同步通信和異步通信的效率更高，適用于多客戶訪問同一OPC服務器和大量數(shù)據(jù)的場合。

2 OPC客戶端程序的設計方法
    (1)安裝OPC自動化接口服務。在．NET環(huán)境下，點擊“項目”子菜單下，“添加引用”，在彈出的對話框COM中選中“OPC DA Automation Wrapper2．02”項，點擊“確定”按鈕，這樣才能使用自動化接口的服務。
    (2)連接OPC服務器。本例中使用的OPC服務器名為“ICONICS．Simulator OPCDA．2”。首先聲明變量，這樣才能觸發(fā)事件(DataChange)來獲取實時數(shù)據(jù)。連接不同的OPC服務器只要改變其服務器名稱和OPC服務器所在的計算機名稱即可。
    (3)添加組

    (5)OPC數(shù)據(jù)的讀和寫。對OPC服務器中的數(shù)據(jù)項數(shù)讀可以通過group組的DataChange事件觸發(fā)來讀取。該事件有多個參數(shù)：其中：NumItems是指數(shù)據(jù)項的個數(shù)；ltemValues為數(shù)據(jù)項的數(shù)據(jù)；Qualities為數(shù)據(jù)項的品質(zhì)；TimeStamps為數(shù)據(jù)項的更改時間；Cli—entHandles是數(shù)據(jù)項的標簽索引，其所指的OPC標簽的值在ItemValues(1)中，只有數(shù)據(jù)發(fā)生變化時才會觸發(fā)該事件。也只會傳輸發(fā)生了變化的數(shù)據(jù)，沒有變化的數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)在本事件ItemValues中。使用C#事件處理機制，將DataChange注冊到事件，一旦服務器端數(shù)據(jù)有變化，自動觸發(fā)此過程，觸發(fā)函數(shù)為：

    (6)斷開OPC服務器。OPC客戶端連接后占用服務器的資源，所以長時間不需要使用的OPC讀寫數(shù)據(jù)，則應及時斷開OPC連接以釋放資源。

    采用C#開發(fā)工具，按照OPC規(guī)范來實現(xiàn)OPC客戶程序。OPC客戶程序?qū)崿F(xiàn)的功能有：通過OPC標準接口與OPC數(shù)據(jù)服務器連接，按照OPC服務器提供的Sine，Triangle，R8等波形數(shù)據(jù)，并取得OPC服務器中相關(guān)OPC點的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行綜合處理，實現(xiàn)各種波形圖案，運行程序結(jié)果如圖2所示。

3 結(jié) 語
    OPC規(guī)范的應用簡化了OPC客戶／服務器的開發(fā)過程，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)存取的接口標準，將硬件供應商與應用軟件開發(fā)者分離，使得軟件開發(fā)者無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程，只要遵循OPC標準進行開發(fā)，就能夠訪問OPC服務器中的數(shù)據(jù)，大大簡化了過去傳輸數(shù)據(jù)的復雜過程。在此介紹了在Visual C#環(huán)境下，遵循OPC標準提出了基于OPC技術(shù)的系統(tǒng)設計方案及數(shù)據(jù)接口開發(fā)關(guān)鍵代碼，以快速、高效地進行底層數(shù)據(jù)采集，安全、靈活的數(shù)據(jù)處理，便捷的圖形界面，為虛擬儀器提供了嶄新的解決方案，具有較大的應用價值。