opc hda что такое

03.08.202302.07.2023 admin 0 Comments

ОРС сервер

Назначение ОРС

OPC (OLE for Process Control)

OPC (OLE for Process Control) – набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными в системах контроля и управления.
OPC технология обеспечивает независимость потребителей от наличия или отсутствия драйверов или протоколов, что позволяет выбирать оборудование и программное обеспечение, наиболее полно отвечающее реальным потребностям бизнеса.

Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 1990 года у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.

Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).

Версии ОРС

На данный момент последней версией спецификации OPC DA является версия 3.0, однако наиболее распространенной пока является версия 2.05a. Недавно разработанный стандарт OPC UA (Unified Architecture) унифицирует набор функций для обмена данными, регистрации событий, хранения данных, обеспечения безопасности данных.

OPC DA Version 2.05a

Наиболее широко используемая. В этом стандарте помимо синхронного обмена данными, введена поддержка асинхронного обмена данными. Асинхронный обмен данных позволяет продолжать выполнение программы без ожидания ответа устройства. Этот метод снижает нагрузку на сеть и должен быть рекомендован как основной. Получение данных реализуется с помощью callback-функции пользовательской программы, которая вызывается в момент прихода ответа от устройства.

OPC Unified Architecture

Спецификация OPC UA совмещает все преимущества предыдущих спецификаций и открывает новые горизонты для применения OPC-технологий. В частности, благодаря тому, что произошел отказ от использования COM-интерфейса, обеспечивается кросс-платформенная совместимость. Новый стандарт уже изначально позволяет обеспечить более высокий уровень безопасности данных, чем OPC DA. Кроме того, новая спецификация дает возможность организации передачи информации через сеть интернет.

Стандарты ОРС

Каждый стандарт ОРС описывает набор функций определенного назначения. В зависимости от потребностей, могут использоваться различные спецификации OPC. Самыми распространенными являются спецификации OPC DA и OPC HDA.

OPC DA (Data Access)

Обеспечивает обмен текущими данными. На основе данной спецификации создано большинство существующих на сегодняшний день OPC-серверов.

OPC HDA (Historical Data Access)

Предоставляет доступ к историческим данным. Использование этой спецификации позволяет представить архивные данные в универсальном формате как в простых системах визуализации, так и в сложных SCADA-системах.

OPC AE (Alarms & Events)

Спецификация создана для контроля за различными событиями, например, выходом значения за какие то границы, обрыве сигнала, действиями операторов т.д..

OPC Batch

Применяется в задачах управления технологическими последовательностями (в соответствии со стандартом S88.01)

OPC DX (Data eXchange)

Была разработана для создания механизмов обмена данными между оборудованием и программным обеспечением различных производителей. Основное назначение данной спецификации обеспечить возможность создания шлюзов.

OPC Security

Предоставляет инструмент для разграничения прав доступа клиентов к информации через OPC-сервер.

OPC XML-DA (XML-Data Access)

Позволяет производить обмен данными через HTTP.

OPC UA (Unified Architecture)

Новая спецификация разрабатывалась более пяти лет и является огромным шагом вперед. В течение ближайших пятнадцати лет она должна постепенно вытеснить используемые сейчас спецификации OPC.
OPC UA совмещает в себе функционал ранее созданных спецификаций DA, А.Е. и HDA и обладает рядом дополнительных преимуществ. Новая спецификация обеспечивает возможность работы с серверами данных через сеть Internet и полную кросс-платформенную совместимость.
На настоящий момент происходит окончательная доработка спецификации, и создаются первые экспериментальные разработки.

Уровни управления АСУ предприятия

Исходя из области применения OPC-серверов в АСУ предприятия различают несколько уровней управления:

Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже «соседу».

История создания и развитие

До появления стандарта OPC, если производитель оборудования выпускал новое устройство, всем разработчикам клиентских приложений, кто хотел бы обеспечить работу с данным оборудованием, также приходилось выпускать новый клиентский драйвер. Тысячи людей, работающих над созданием систем автоматизации технологических процессов, были заняты обеспечением поддержки того или иного оборудования для выпускаемых ими SCADA (Supervisory, Control And Data Acquisition) или HMI (Human Machine Interface) систем. Справедлива и обратная ситуация, когда производитель оборудования, не имея достаточного авторитета, был вынужден сам договариваться с несколькими известными разработчиками программного обеспечения о включении драйвера его оборудования в комплект поставки той или иной SCADA-системы. При невозможности последнего варианта производителю приходилось самому писать программное обеспечение или заказывать его у специализированной фирмы, тем самым распыляя свои силы и уменьшая область применения выпускаемых им приборов.

Разработка стандарта OPC стала важным шагом, призванным, с одной стороны позволить разработчикам оборудования и SCADA-систем сконцентрировать свои усилия на улучшении основного функционала выпускаемых ими продуктов, а с другой – обеспечить масштабируемость и взаимозаменяемость программных и аппаратных средств для конечного пользователя.
Однажды созданный OPC-сервер позволяет подключать устройство к широкому кругу программного обеспечения, поддерживающего спецификацию OPC. Таким образом, интегратор становится независим от производителей оборудования, а производитель оборудования больше не зависит от разработчиков программного обеспечения.

Зарождением стандарта OPC необходимо считать начало 90-х годов, когда группа называющая себя WinSEM (Windows in Science, Engineering and Manufacturing) и объединяющая компании, работающие в сфере автоматизации промышленных процессов, поставила задачу выработать унифицированные стандарты, позволяющие использовать OLE в задачах контроля промышленных процессов. Дело в том, что до появления в 1992 году OLE 2.0 стандартным механизмом обмена данными между приложениями Windows был DDE (Dynamic Data Exchange). К сожалению, данный механизм не предусматривал обмена через сеть и отличался низкой пропускной способностью, что было критичным для многих приложений, нуждавшихся в низких временных задержках.

В марте 1995 года появился первый документ, в котором были определены ключевые спецификации будущей OPC-технологии. После публикации документа дальнейшие работы над ним продвигались достаточно неспешно, в то же время, потребность в новой технологии уже стояла достаточно остро. Тогда из WinSEM выделилось пять компаний, поставивших перед собой задачу разработать первый вариант нового стандарта и передать его на открытое рассмотрение. В 1996 году была выпущена первая версия спецификации OPC. В течение 1996 года проводится ряд семинаров в США, Англии и Японии, в ходе которых заинтересованных разработчиков знакомят с предлагаемым стандартом.

Учитывая мнение большинства компаний, работающих в сфере промышленной автоматизации, было принято решение о том, что контроль и развитие спецификации OPC должен управляться независимой некоммерческой организацией. Такой организацией стала OPC Foundation, презентация которой состоялась на выставке ISA 1996 в Чикаго. Окончательная редакция спецификации OPC DA (Data Access) версии 1.0A появилась в 1997 году. Затем в 1998 году разрабатывается спецификация OPC AE версии 1.0 и OPC DA версии 2.0.

Развитие OPC-технологии

Сегодня сложно встретить SCADA-систему без поддержки хотя бы OPC DA спецификации. В состав OPC Foundation, организации координирующей разработку и поддержку технологии OPC, входит около 450 организаций. При этом разработкой OPC-серверов занимаются не только члены OPC Foundation, но и множество других разработчиков (необходимо отметить, что все описания стандартов OPC, примеры программного кода, а также документы, касающиеся разрабатываемых стандартов доступны только организациям, входящих в состав OPC Foundation).

Подводя итоги, можно еще раз выделить основные преимущества от применения OPC-технологий.

Многие производители оборудования понимают выгоды от создания OPC-серверов для своих приборов. Появляется все большее количество разнообразных цифровых устройств, поставляемых с OPC-серверами. К сожалению, необходимо констатировать факт, что многие из этих OPC-серверов не способны обеспечить все преимущества, которые дает использование OPC-технологий. Можно даже привести примеры, когда такие OPC-серверы показывают неустойчивую работу и плохую совместимость с некоторыми широко распространенными SCADA-системами уважаемых компаний.

Это вызвано тем, что решение о самостоятельном выпуске OPC-сервера всегда связано с большим риском. OPC-сервер – это достаточно сложный в реализации программный продукт, требующий от разработчиков высокого уровня квалификации.
Большинство фирм, разрабатывающих продукты на базе OPC-технологий длительное время, знают о многих подводных камнях, которые необходимо обходить при создании OPC-сервера. Поэтому прогнозируемая экономия средств от самостоятельной разработки для многих производителей оборудования в реальности оборачивается дополнительными расходами и подпорченной репутацией.

В целом, можно смело говорить о том, что технология OPC уже стала мировым стандартом в области автоматизации технологических процессов. С каждым годом все большее количество оборудования поставляется с OPC-серверами. Сама технология OPC находится в процессе постоянного совершенствования и оптимизации, новые версии стандарта расширяют сферу применения продуктов, поддерживающих спецификации OPC и, если в современном мире наличие у прибора OPC-сервера является опциональным, то вероятно в ближайшие десять лет это станет правилом хорошего тона.

Универсальный OPC-сервер

Fastwel UniOPC Server является приложением Windows, обеспечивающим доступ через интерфейс OPC Data Access к нестандартному оборудованию, не имеющему специализированных OPC-серверов. Адаптация сервера к конкретному оборудованию требует программирования со стороны пользователя на языке C++, однако трудоемкость кодирования в части обеспечения OPC-доступа значительно ниже, чем в большинстве универсальных пакетов, предназначенных для разработки OPC-серверов. В то же время UniOPC имеет некоторые ограничения, поэтому, прежде чем принимать окончательное решение, рекомендуется внимательно ознакомиться с бесплатной демо-версией, позволяющей создать и протестировать полнофункциональный проект до покупки лицензии.

Разработанный на базе UniOPC конкретный OPC-сервер состоит из универсальной оболочки (исполняемого файла), реализующей OPC-интерфейсы, и написанной пользователем динамической библиотеки (DLL), которая снабжает сервер данными. Несколько примеров таких DLL разной степени сложности включены в комплект поставки сервера, поэтому при написании своего кода рекомендуется взять за основу один из этих примеров.

Со стороны пользовательской DLL UniOPC позволяет:

Со стороны графического интерактивного интерфейса пользователя UniOPC позволяет:

Сервер поддерживает следующие типы данных:

Разработка пользовательской DLL производится в среде Microsoft Visual C++ (в комплект поставки входят проекты для VC++ 6.0). Разработка в других средах (например, Borland C++) и на других языках программирования (например, Pascal и Assembler) в принципе допустима.

Fastwel UniOPC Server поддерживает интерфейс OPC Data Access 2.0 и может использоваться совместно с различными пакетами программ класса SCADA/HMI.

Предоставляемая демонстрационная версия позволяет до приобретения лицензии ознакомиться с функциональными возможностями сервера, в том числе в конкретном проекте, без ограничений времени работы и количества тегов. Единственным ограничением является отсутствие возможности сохранения и загрузки конфигурации сервера.

OPC-сервер для CAN (Controller Area Network)

Fastwel CAN OPC Server является приложением Windows, обеспечивающим обмен данными с узлами сети CAN через интерфейс OPC Data Access. Текущая версия сервера подключается к сетям CAN посредством любых CAN-адаптеров фирмы IXXAT (через программный интерфейс VCI V2) и/или адаптера PCAN-USB фирмы PEAK Systems Technik.

Сервер может применяться в сетях CAN с произвольными протоколами прикладного уровня, основанными на передаче данных реального времени широковещательными сообщениями, а также поддерживает следующие типы коммуникационных объектов, определенные спецификацией DS-301 CANopen Application Layer and Communication Profile specification:

Fastwel CAN OPC Server:

Fastwel CAN OPC Server поддерживает интерфейс OPC Data Access 2.0 и может использоваться совместно с различными пакетами программ класса SCADA/HMI.

OPC-сервер для сетей Modbus RTU/ASCII (поверх RS-485) и Modbus TCP

Fastwel Modbus OPC Server является приложением Windows, обеспечивающим программный доступ к узлам сетей Modbus RTU/ASCII и Modbus TCP через интерфейс OPC Data Access. Сервер реализует функции мастера протоколов Modbus RTU/ASCII и Modbus TCP, выполняя операции чтения и записи данных между компьютером, на котором он установлен, и подчиненными узлами сети. Сервер предоставляет возможность одновременного обмена данными с подчиненными узлами сетей Modbus RTU/ASCII и Modbus TCP, и поддерживает следующие типы объектов прикладного уровня протокола Modbus:

Fastwel Modbus OPC Server:

Fastwel Modbus OPC Server поддерживает интерфейс OPC Data Access 2.0 и может использоваться совместно с различными пакетами программ класса SCADA/HMI.

Источник

OPC-интерфейсы автоматизации технологических процессов

Создание и поддержку спецификаций OPC координирует международная некоммерческая организация OPC Foundation, созданная в 1994 году ведущими производителями средств промышленной автоматизации.

Девиз OPC Foundation: — “Открытые коммуникации по открытым протоколам”.

Стандарты OPC

OPC — набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:

OPC DA (Data Access) — основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.

OPC AE (Alarms & Events) — предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийные ситуации, действия оператора, информационные сообщения и другие.

OPC Batch — предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом (в соответствии с стандартом S88.01)

OPC DX (Data eXchange) — предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть Ethernet. Основное назначение — создание шлюзов для обмена данными между устройствами и программами разных производителей.

OPC HDA (Historical Data Access) — в то время как OPC Data Access предоставляет доступ к данным изменяющимся в реальном времени, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже сохраненным данным.

OPC Security — определяет функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.

OPC XML-DA (XML-Data Access) — предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через SOAP и HTTP.

OPC UA (Unified Architecture) — последняя по времени выпуска спецификация, которая основана не на технологии Microsoft COM, что предоставляет кросс-платформенную совместимость.

Назначение OPC

Версии OPC

OPC DA Version 2.05a

OPC Unified Architecture

Инструментарий OPC

Чаще всего для создания приложений с поддержкой OPC используют языки программирования Delphi, C++, C# или Visual Basic.

Уровни управления OPC

Исходя из области применения OPC-серверов в АСУ предприятия различают несколько уровней управления:

Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже “соседу”.

Возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия

Если имеется оборудование, например плата АЦП, управляемая через драйвер на компьютере с Windows или другой ОС, поддерживающей COM/DCOM, то это самый главный кандидат на реализацию OPC-сервера непосредственно поверх драйвера.

Замена устройства не потребует изменения остальных приложений: OPC-сервер изменяется, но сам OPC-интерфейс поверх него остается прежним.

При наличии устройства, управляемого через какой-нибудь сетевой протокол, вполне возможна реализация OPC-сервера, получающего данные по этому протоколу. Единственная особенность — следует предусмотреть механизмы восстановления связи в случае сбоев.

Несколько более сложной будет схема при работе управляющих приложений на компьютере, не поддерживающем COM/DCOM. В этом случае применим двухкомпонентный OPC-сервер. На стороне ОС, не поддерживающей COM, устанавливается сетевой модуль, который, с одной стороны, связан с приложением(ями), а с другой — через сеть с OPC-сервером. Заметим, что сетевой модуль может быть стандартным, как, например, ISaNet в системе ISaGRAF. В этом случае необходимо разработать только OPC-сервер. Иногда сетевой модуль создаётся специально для OPC-сервера. Возможна даже реализация, при которой этот модуль не ориентирован на конкретное приложение, а предоставляет некоторый API-интерфейс для любых приложений, желающих обслуживаться с помощью OPC. Так действует OPC-сервер для операционной системы OS-9.

Ещё одна разновидность OPC-сервера — шлюз к сети полевой шины, такой, как Profibus или LonWorks. Реализация этой схемы очень похожа на предыдущие случаи. Скорее всего, на компьютере с ОС Windows будет установлен адаптер fieldbus-сети, а OPC-сервер будет взаимодействовать с этой сетью через драйвер адаптера. В Internet можно найти немало таких примеров.

Идея подобной схемы достаточно очевидна. Сеть полевой шины работает в жестком реальном времени, а OPC предоставляет менее требовательный шлюз к этой сети из приложений более высокого уровня.

Можно назвать много других мест применения OPC: для работы с базами данных в качестве вспомогательных или промежуточных OPC-серверов и т. д. Технология DCOM не очень пригодна для глобальных сетей. Поэтому для привлечения к OPC-технологии Internet-технологий возможен такой путь: расширение Web-сервера является OPC-клиентом, собирающим данные от OPC-серверов. А на стороне клиентов запускается динамическая html- или xml-страница, получающая данные от этого Web-сервера. Ее можно сделать даже OPC-сервером для других приложений.

Полезность применения OPC с точки зрения интеграции достаточно прозрачна и вытекает из самой сути OPC. Это стандарт на интерфейс обмена данными с оборудованием. Первое преимущество — если вы заменяете какой-нибудь компонент, то нет нужды корректировать другое ПО, так как даже при замене драйвера поверх него работает OPC. Второе — если вы хотите добавить в систему новые программы, нет необходимости предусматривать в них драйверы устройств, кроме OPC-клиента, разумеется. Ну и так далее.

Современное состояние OPC

В настоящее время общепризнанным стандартом является только спецификации OPC DA и OPC HDA, а остальные спецификации только начинают завоевывать себе место под солнцем. Не все спецификации завершены, по крайней мере, с точки зрения интерфейса автоматизации (например, для ОРС-Batch уже существует версия 2.0 custom-интерфейса, и только 1.0 — для интерфейса автоматизации. Для некоторых других спецификаций тоже существует отставание интерфейсов автоматизации от custom-интерфейсов).

Соответственно широкое распространение получил лишь стандарт OPC DA. Можно сказать, что сейчас действительно очень многие производители снабжают свои продукты OPC DA серверами. В последние годы активно развивается стандарт OPC HDA. Чего нельзя сказать о других спецификациях.

Из операционных систем технологию COM/DCOM поддерживают следующие:

ОС Windows, начиная с Windows 95 (с установленной компонентой DCOM) и до Windows 2000. Начиная с Windows XP модель DCOM поддерживается только для целей обеспечения совместимости;

большинство Unix-подобных ОС, включая Linux; поддерживается фирмой GE Software;

ОС реального времени QNX; мост OPC реализуется при помощи решения OPC DataHub компании Cogent;

ОС реального времени VxWorks; обеспечивается фирмой-разработчиком WindRiver; имеется поддержка OPC, встроенная в систему разработки Tornado.

В других распространенных операционных системах поддержки COM/DCOM нет.

Перспективы OPC

Организация OPC Foundation своей политикой сдерживает развитие стандарта. Документация с описанием интерфейсов доступна только членам данной организации. Членство стоит от нескольких тысяч долларов, что недоступно не только для разработчиков-одиночек, но даже для многих организаций. Этим и объясняется популярность OPC DA, документация по данному интерфейсу долгое время была доступна свободно. Как результат многие фирмы, не желающие связываться с довольно капризной технологией, имеющие в штате хороших программистов нижнего уровня и работающие с ограниченной номенклатурой контроллеров используют для своих SCADA-пакетов технологию CORBA.

Список популярных OPC-серверов

Заключение

Технология OPC предлагает стандарты для обмена технологическими данными, в которые заложены самые широкие возможности. Учитывая большой авторитет вовлеченных в данную деятельность фирм, можно ожидать, что технология OPC будет набирать силу. Это перспективная технология для интеграции разнородных систем. Хотя процесс становления еще далеко не завершён и есть много проблем, которые предстоит решить.

Источник