數(shù)據(jù)交換方式opc及dde

1、一、概念介紹：1 .OLE及DDE操作系統(tǒng)流行以來，“剪貼板”（Clipboard）首先解決了不同程序間的通信問題（由剪貼板作為數(shù)據(jù)交換中心，進(jìn)行復(fù)制、粘貼的操作），但是剪貼板傳遞的都是“死”數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序開發(fā)者得自行編寫、解析數(shù)據(jù)格式的代碼，于是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic Data Exchange，DDE）的通信協(xié)定應(yīng)運(yùn)而生，它可以讓應(yīng)用程序之間自動(dòng)獲取彼此的最新數(shù)據(jù)，但是，解決彼此之間的“數(shù)據(jù)格式”轉(zhuǎn)換仍然是程序員沉重的負(fù)擔(dān)。對(duì)象的鏈接與嵌入（Object Linking and Embedded，OLE）的誕生把原來應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換提高到“對(duì)象交換”，這樣程序間不但獲得數(shù)據(jù)也同樣獲

2、得彼此的應(yīng)用程序?qū)ο?，并且可以直接使用彼此的?shù)據(jù)內(nèi)容，其實(shí)OLE是Microsoft的復(fù)合文檔技術(shù)，它的最初版本只是瞄準(zhǔn)復(fù)合文檔，但在后續(xù)版本OLE2中，導(dǎo)入了COM。 2 .OPCOPC（OLE for Process Control）是一個(gè)軟件標(biāo)準(zhǔn)，它可以使自動(dòng)化應(yīng)用程序方便地讀取工業(yè)企業(yè)的工廠級(jí)數(shù)據(jù)。OPC是基于Microsoft的組件對(duì)象建模（COM）技術(shù)定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，允許自動(dòng)化和控制應(yīng)用程序、控制設(shè)備、以及商業(yè)和辦公應(yīng)用軟件之間相互操作。3 .ODBC開放式數(shù)據(jù)庫(kù)連接 (ODBC) 技術(shù)為訪問不同種類的 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)提供了通用接口。ODBC 是基于結(jié)構(gòu)查詢語(yǔ)言 (SQL) 的，

3、以此作為訪問數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。此接口提供了最大的互操作性：一個(gè)應(yīng)用程序可以通過一組公用代碼訪問不同的 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) (DBMS)。4 .SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）是一種軟件應(yīng)用程序，它用于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)遙控?cái)?shù)據(jù)采集過程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和條件的控制。SCADA可用于電場(chǎng)、石油和天然氣精煉、通信、運(yùn)輸以及水和廢物控制。二、OPC及DDE的工作機(jī)制和差別1.DDE技術(shù)的工作機(jī)制 dde是為在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)或不同計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，最早由microsoft 公司提出的。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（dde）技術(shù)由于其具有實(shí)時(shí)性好、網(wǎng)絡(luò)通信連接實(shí)現(xiàn)方便等特點(diǎn)，在控制軟件與信息網(wǎng)絡(luò)集成中得到了廣

4、泛應(yīng)用。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換基于windows消息機(jī)制，各應(yīng)用程序間通過傳遞消息進(jìn)行對(duì)話交換信息。windows dde消息傳遞采用client/server模式，客戶（client）是數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和接受者，而服務(wù)器（server）是數(shù)據(jù)的提供者，兩者之間通過請(qǐng)求、應(yīng)答、傳輸三個(gè)步驟來完成數(shù)據(jù)的傳送。dde協(xié)議使用服務(wù)（service）、主題（topic）和數(shù)據(jù)項(xiàng)（item）三級(jí)命名來標(biāo)識(shí)dde所傳遞的數(shù)據(jù)單元。一般情況下，服務(wù)（service）就是應(yīng)用程序的文件名，主題是對(duì)服務(wù)器有意義的信息單元。每次dde客戶與服務(wù)程序之間的對(duì)話都是先由客戶啟動(dòng)的，所以在每次客戶啟動(dòng)之前，dde服務(wù)器應(yīng)當(dāng)首先投入運(yùn)行

5、。當(dāng)客戶程序需要向服務(wù)器程序請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，客戶程序發(fā)送一條wm-dde-initiate消息給當(dāng)前運(yùn)行的所有windows應(yīng)用程序，這條消息不但包含了它所需要的服務(wù)器名（service）和主題名（topic），而且指明了它所希望的數(shù)據(jù)類型,收到wm-dde-initiate消息的應(yīng)用程序通過判別服務(wù)器名和會(huì)話主題決定是否應(yīng)答，一旦dde服務(wù)器響應(yīng)了這條被傳播的消息，dde會(huì)話就開始了。dde的工作方式有冷連接（cool link）、溫連接（warmlink）和熱連接（hot link）等3種。在冷連接方式下，當(dāng)server中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后不主動(dòng)通知client，但client可以隨時(shí)從serv

6、er讀寫數(shù)據(jù)；在溫連接方式下，當(dāng)server中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后馬上通知client，client得到通知后將數(shù)據(jù)取回；在熱連接方式下，當(dāng)server中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后馬上通知client，同時(shí)將變化的數(shù)據(jù)直接送給client。 dde的網(wǎng)絡(luò)形式稱為netdde，它包含了dde的全部特征，是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（dde）的擴(kuò)充，可以在跨越網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)之間使用。采用netdde后，兩個(gè)或更多網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用能夠通過dde共享來建立網(wǎng)絡(luò)上不同工作站之間的連接，從而實(shí)現(xiàn)站站之間的動(dòng)態(tài)信息共享。2. opc技術(shù)的工作機(jī)制 在opc技術(shù)出現(xiàn)以前，dde技術(shù)是絕大多數(shù)控制系統(tǒng)都支持和采用的數(shù)據(jù)交換方式。但是，由于dde

7、是基于windows信息傳遞而建立的技術(shù)，因此，當(dāng)通信量較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)刷新速度慢、安全性管理機(jī)制差、可靠性能低等現(xiàn)象，從而就有可能致使dde客戶程序在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)得不到回應(yīng)。和dde 技術(shù)相比，基于com和dcom技術(shù)的opc技術(shù)具有數(shù)傳送性能高、 安全性管理性能好、開發(fā)成本低等特點(diǎn)。最初階段的opc規(guī)范是由opc基金會(huì)的先fisher-rosemount、rockwell、opto 22、intellution、intuitive technology公司于1996年8月發(fā)布的，目前opc基金會(huì)成員在全球已超過300多個(gè)，其中包括世界上幾乎所有主要的控制系統(tǒng)、儀器儀表、過程控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠

8、家。opc以ole/com/dcom技術(shù)為基礎(chǔ)，是ole（object linking and embedding）for process control的縮寫，是微軟公司的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用。與dde一樣，opc也采用client/server模式。opc服務(wù)器是數(shù)據(jù)源的提供者，數(shù)據(jù)源可以是plc、dcs、條形碼讀取器等控制設(shè)備，隨控制系統(tǒng)的構(gòu)成不同，作為數(shù)據(jù)源的opc服務(wù)器既可以是和opc應(yīng)用程序在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的本地opc服務(wù)器，也可以是在另外計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的遠(yuǎn)程opc服務(wù)器。opc客戶是數(shù)據(jù)的使用者，它按照opc接口規(guī)范從opc服務(wù)器獲取所需要的數(shù)據(jù)。opc服務(wù)器

9、主要包括三部分：服務(wù)器（server）、組（group）和數(shù)據(jù)項(xiàng)（item）。服務(wù)器對(duì)象保存服務(wù)器和服務(wù)器作為opc組對(duì)象容器的所有信息。opc組對(duì)象包括公共組和局部組（私有組）兩種，公共組由多個(gè)客戶共享，局部組只隸屬于一個(gè)opc客戶。一個(gè)組可能代表一個(gè)特殊設(shè)備的數(shù)據(jù)項(xiàng)，opc 客戶可以通過組對(duì)象來讀寫數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定opc服務(wù)器應(yīng)該提供給opc client數(shù)據(jù)的更新速率。opc 數(shù)據(jù)項(xiàng)是讀寫數(shù)據(jù)的最小邏輯單位（在實(shí)際應(yīng)用中，可能是物理設(shè)備的寄存器或寄存器的某一位），其數(shù)據(jù)值以variant形式表示，每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)包括值（value）、品質(zhì)（quality）和時(shí)間戳（time stamp）3個(gè)變

10、量。在一個(gè)組對(duì)象中，opc 客戶可以加入多個(gè)opc數(shù)據(jù)項(xiàng)。opc客戶與opc服務(wù)器的接口有自定義接口（custom interface）和自動(dòng)化接口（automation interface）兩種形式。自定義接口是一組com接口，主要用于采用c+語(yǔ)言的應(yīng)用程序開發(fā)；自動(dòng)化接口是自動(dòng)化的ole接口，主要用于采用vb，delphi等基于腳本編程語(yǔ)言的應(yīng)用程序開發(fā)。對(duì)于客戶端應(yīng)用程序的開發(fā)，采用自定義接口的方式運(yùn)行效率高，但開發(fā)難度較大；采用自動(dòng)化接口的方式運(yùn)行效率低，但開發(fā)簡(jiǎn)單。這兩種接口與opc服務(wù)器的通信方式可用1圖所示。圖1自定義接口和自動(dòng)化接口與opc服務(wù)器通信方式示意圖 對(duì)于分布式計(jì)算機(jī)

11、上的opc客戶程序的開發(fā)，opc標(biāo)準(zhǔn)采用dcom技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶程序的通訊。opc的數(shù)據(jù)訪問主要有同步數(shù)據(jù)訪問和異步數(shù)據(jù)訪問兩種方式。同步數(shù)據(jù)訪問時(shí)，opc服務(wù)器在將按照opc應(yīng)用程序要求的數(shù)據(jù)返回之前，opc應(yīng)用程序一直處于等待狀態(tài)，也就是說，同步方式的數(shù)據(jù)訪問在要求的動(dòng)作沒有完成前不能執(zhí)行任何opc應(yīng)用程序側(cè)的處理。與之相比，異步方式的數(shù)據(jù)訪問在對(duì)opc服務(wù)器提出數(shù)據(jù)訪問要求后，立即返回到opc應(yīng)用程序側(cè)的主處理程序中，opc服務(wù)器完成數(shù)據(jù)訪問時(shí)通知opc應(yīng)用程序，opc應(yīng)用程序從而得到數(shù)據(jù)訪問結(jié)果。當(dāng)opc應(yīng)用程序采用自動(dòng)化接口訪問opc服務(wù)器時(shí)，同步和異步數(shù)據(jù)操作分別由syncre

12、ad、syncwrite和asyncread、asyncwrite四個(gè)opc組對(duì)象的方法函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。3.opc和dde的差別DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制是需要兩個(gè)Windows應(yīng)用程序，其中一個(gè)作為服務(wù)器處理信息，另外一個(gè)作為客戶機(jī)從服務(wù)器獲得信息?？蛻魴C(jī)應(yīng)用程序向當(dāng)前所激活的服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)送一條消息請(qǐng)求信息，服務(wù)器應(yīng)用程序根據(jù)該信息作出應(yīng)答，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)程序之間的數(shù)據(jù)交換。 OPC(bject Linking and Embeding for Process Control)是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)。OPC是一種基于開放標(biāo)準(zhǔn)的開放式連結(jié)，允許在自動(dòng)化/控制應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和商業(yè)

13、/辦公室應(yīng)用之間進(jìn)行簡(jiǎn)明的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換。OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它的制定是通過提供一套標(biāo)準(zhǔn)的OLE/COM接口完成的，在OPC技術(shù)中使用的是OLE2技術(shù)，OLE標(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等對(duì)象。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。 OPC取代DDE的原因：DDE使客戶應(yīng)用能夠獨(dú)立于數(shù)據(jù)源的供應(yīng)方，開發(fā)商不必再象以往那樣定義專用的接口。于是DDE成為許多類型的自動(dòng)化設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。DDE的出現(xiàn)使人們以為數(shù)據(jù)訪問的問題得到了有效解決，但在使用過程中，用戶才發(fā)現(xiàn)采用D

14、DE來在設(shè)備和控制系統(tǒng)之間傳遞實(shí)時(shí)信息并非理想的辦法，因?yàn)樗趥鬏斝阅芎涂煽啃缘确矫娑即嬖谠S多限制。為此開發(fā)商不得不對(duì)DDE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展，他們開發(fā)出各種專用的信息格式，以提高客戶應(yīng)用程序的性能和通信吞吐量。于是出現(xiàn)了DDE的多種演化版本。多種版本的DDE違背DDE最初的宗旨，因?yàn)椴煌腄DE格式使得客戶在選擇時(shí)又不得不受開發(fā)商所用格式的限制，也最終使得DDE不能夠再稱為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。另外DDE不適用于大量數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，并且DDE從來沒有為不同計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換提供可靠的機(jī)制。上述這些原因促使工業(yè)界不得不重新制訂更為高效、可靠的數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)，這就是OPC。OPC比DDE更好，所提供的功能也

15、更為強(qiáng)大。此外，OPC提供的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，而不象DDE那樣存在不同的DDE格式。OPC時(shí)代的到來使數(shù)據(jù)的交換與通信變得開放、高效、安全、可靠，同時(shí)也為信息的集成提供了更為合理和簡(jiǎn)便的方法。與DDE相比，OPC最主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率上。由于OPC服務(wù)器每秒能管理成百上千個(gè)事務(wù)，而且與DDE不同的是它的每個(gè)事務(wù)能包含多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，因此采用OPC傳輸數(shù)據(jù)要比DDE快得多。三、DDE與OPC技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用當(dāng)前，dde、opc技術(shù)在許多世界著名的自動(dòng)化廠家的i/o通訊服務(wù)器、scada等自動(dòng)化軟件中都得到了體現(xiàn)。例如wonderware 公司的daserver和intouch、s

16、iemens公司的simatic net和wincc、 rockwell-ab公司的rslinx和rsview32等。其中daserver和rslinx既可作為opc server，又可作為dde server；wincc和rsview32則既可以作為opc client，又可作為dde client。同時(shí)，由于各家的軟件接口都合乎dde、opc接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，所以，不同廠家的i/o通訊、scada等軟件產(chǎn)品也可以很方便的實(shí)現(xiàn)互連。 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問的服務(wù)器軟件，支持dde、opc、suitlink、fastdde等通訊方式。當(dāng)客戶程序通訊接口與dassidirect的連接采用dde方式時(shí)，das

17、sidirect 的數(shù)據(jù)訪問采用了節(jié)點(diǎn)名（node name）、應(yīng)用程序名（application name，此處為dassidirect）、主題名（topic name）和項(xiàng)目名（item name）的層次結(jié)構(gòu)。而當(dāng)通訊接口以opc方式與dassidirect連接時(shí)，dassidirect 的數(shù)據(jù)訪問則采用了節(jié)點(diǎn)名（node name）、服務(wù)器名（program name，此處為archestra.dassidirect.1）、組名（group name）、設(shè)備組名（device group）、連接名（link name）和項(xiàng)目名（item name）的層次結(jié)構(gòu)。各層次項(xiàng)可在dassidir

18、ect軟件界面中配置實(shí)現(xiàn)。工程應(yīng)用時(shí)，需要在dassidirect管理界面smc archestra.dassidirect.1目錄下根據(jù)需要依次添加接口類型（tcp/ip）、接口處理器類型（s7 plc），并進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置，然后還要為device groups添加不同的topic以方便對(duì)不同變量的歸類管理。intouch標(biāo)簽變量對(duì)dassidirect的訪問是通過“訪問名”的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的，所以intouch中“訪問名”的設(shè)置必須和dassidirect軟件中的設(shè)置一一對(duì)應(yīng)，例如，“訪問名”中“應(yīng)用程序名”應(yīng)設(shè)置為dassidirect，“訪問名”中“主題名”的設(shè)置應(yīng)和dassidirec

19、t中所添加的topic名稱完全一致。此外，intouch標(biāo)簽變量“項(xiàng)目名”的填寫也必須遵從dassidirect中item name的定義形式，例如對(duì)s7 plc數(shù)據(jù)塊地址word的訪問形如db11.w80，對(duì)數(shù)據(jù)塊地址dword的訪問形如db11.d80，對(duì)輸入/輸出位的訪問形式分別為i5.2/q7.5等。和wonderware公司的dassid-irect一樣，rslinx也支持opc/dde兩種通訊方式。當(dāng)intouch和rslinx以dde方式進(jìn)行通訊時(shí)，首先需要在rslinx“dde/opc topic configuration ”對(duì)話框中添加新的topic，并建立該topic與要連接r