鄒云濤   吳重光

1  引言

    OPC(OLE for Process Control)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，他是許多世界領(lǐng)先的自動(dòng)化和軟、硬件公司與微軟公司合作的結(jié)晶。管理該標(biāo)準(zhǔn)的組織是OPC基金會(huì)。該基金會(huì)的會(huì)員單位在世界范圍內(nèi)超過150個(gè)，包括了世界上幾乎全部的控制系統(tǒng)、儀器儀表和過程控制系統(tǒng)的主要供應(yīng)商。OPC技術(shù)建立了一組符合工業(yè)控制要求的接口規(guī)范，將現(xiàn)場信號(hào)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與SCADA、HMI等軟件無縫連接起來，同時(shí)將硬件和應(yīng)用軟件有效地分離開。只要硬件開發(fā)商提供帶有OPC接口的服務(wù)器，任何支持OPC接口的客戶程序均可采用統(tǒng)一的方式對(duì)不同硬件廠商的設(shè)備進(jìn)行存取，無須重復(fù)開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。如果希望將數(shù)據(jù)引入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就要進(jìn)行客戶端開發(fā)。

2  客戶程序的設(shè)計(jì)方法與比較

    客戶程序的設(shè)計(jì)主要是指客戶程序中OPC接口部分的設(shè)計(jì)?？蛻舫绦虮旧砜梢酝瓿珊芏鄰?fù)雜的數(shù)據(jù)處理與顯示功能，但需要通過OPC接口部分訪問OPC服務(wù)器，對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。

    開發(fā)OPC、Data、Access、Client之前，要弄清服務(wù)器的大體情況，比如需要訪問的服務(wù)器是否提供自動(dòng)化接口、服務(wù)器的OPC的版本等，到目前為止，OPC有1.0和2.0兩個(gè)版本，兩個(gè)版本的接口定義不同，2.0版是對(duì)1.0的改進(jìn)，但不兼容。

    OPC客戶端的主要任務(wù)：
    ①創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)象。
    ②建立與服務(wù)器的連接。
    ③瀏覽OPC服務(wù)器的功能?？蛻舫绦蛐枰?jiǎng)?chuàng)建OPC基金會(huì)提供的OPC服務(wù)器瀏覽器對(duì)象（OPCServerList）再通過該對(duì)象的IOPCServerList接口獲得OPC服務(wù)器名稱的列表；可以通過枚舉注冊(cè)表中包含“OPC”子鍵的程序名來瀏覽符合OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范的服務(wù)器，但效率較低。
    ④通過OPC接口讀寫數(shù)據(jù)。
    ⑤斷開連接。

    注意事項(xiàng)：
    設(shè)計(jì)時(shí)需要注意OPC對(duì)象的VARAINT結(jié)構(gòu)類型、引用計(jì)數(shù)問題、內(nèi)存管理問題和處理錯(cuò)誤返回代碼問題。由于一個(gè)OPC客戶程序可能與多個(gè)OPC服務(wù)器相連，因此設(shè)計(jì)時(shí)也最好采用多線程，同時(shí)與多個(gè)OPC服務(wù)器程序進(jìn)行交換以保證較高的通信效率。另外客戶程序中OPC接口部分如何與其它功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換需要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)考慮。

2.1 使用MFC的COM庫函數(shù)開發(fā)OPC客戶端

    直接使用COM庫函數(shù)開發(fā)OPC客戶端，是最基本也是最靈活的方式，這種開發(fā)方式難度和工作量都大，要求開發(fā)人員對(duì)OPC規(guī)范和COM技術(shù)原理又比較深入的了解。早些時(shí)候VisualC++編譯器還不支持模板，因此，它們不得不借助非模板的其它手段來將COM功能摻入類中。Microsoft通過加入一些虛函數(shù)到CCmdTarget類和一些宏中解決了這個(gè)問題，使得在MFC中實(shí)現(xiàn)COM接口有了可能。

    客戶要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)COM對(duì)象首先應(yīng)得到類廠對(duì)象，再由類廠對(duì)象創(chuàng)建COM對(duì)象。為了實(shí)現(xiàn)類廠對(duì)象，MFC提供了一個(gè)通用的類廠COleObjectFactory，其從CCmdTarget派生，并實(shí)現(xiàn)了IclassFactory2接口。在COleObjectFactory的成員中，最主要的是對(duì)象的類標(biāo)識(shí)符（CLSID）和類型信息，類廠的CreateInstance成員函數(shù)利用這些信息在運(yùn)行中創(chuàng)建COM對(duì)象。

    OPCServer應(yīng)用程序包括了一個(gè)Server對(duì)象、多個(gè)Group對(duì)象、多個(gè)Item對(duì)象，Server對(duì)象實(shí)現(xiàn)IOPCServer接口；Group對(duì)象實(shí)現(xiàn)IOPCItemMgt、IOPCSyncIO接口；Item對(duì)象不實(shí)現(xiàn)任何接口，只是建立與數(shù)據(jù)源的連接。

    數(shù)據(jù)通信是通過OPC客戶對(duì)OPC服務(wù)器的多次調(diào)用完成的。OPC客戶首先要通過類廠對(duì)象創(chuàng)建OPCServer對(duì)象，由OPCGroup對(duì)象的IUnknown接口查詢到IOPCServer接口，再通過調(diào)用這一接口根據(jù)客戶需要增加多個(gè)OPCGroup對(duì)象；這樣OPC客戶就可以通過創(chuàng)建的OPCGroup對(duì)象調(diào)用IOPCItemMgt接口增加實(shí)際數(shù)量的Item對(duì)象；即創(chuàng)建OPCItem對(duì)象；接著通過調(diào)用OPCGroup對(duì)象的IOPCSyncIO接口成員函數(shù)Read和Write同步讀寫該組所包含的Item對(duì)象的屬性，即實(shí)際數(shù)據(jù)值；最后OPC客戶在退出時(shí)釋放所有的接口并依次刪除OPCItem、OPCGroup和OPCServer對(duì)象。

    客戶端程序與OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器連接的過程：
    步驟1：初始化COM庫。
    hr=CoInitialize(NULL);
    if(FAILED(HR))
    {
       AfxMessageBox(“CoInitialize fail!”)
               return true;
     }
    …….
    CoUninitialize();
    return FALSE;

    步驟2：創(chuàng)建Server對(duì)象（以下代碼均略去變量定義、出錯(cuò)處理等部分）。
    CLSIDFromProgID(PROGRAM_ID,&clsid);
    HRESULT hr=CoCreateInstance   (clsid,NULL,CLSCTX_INPROC_SERVER,IID_IUnknown,reinterpret_cast<void**>(&m_pUnknown));
    if(FAILED(hr))
    MessageBox(“can't create server”);
    return TRUE;

    步驟3：獲得IOPCServer 接口。
    m_pUnknown->QuertyIterface(IID_IOPCServer,( void**)(&m_pServer));

    步驟4：添加組
    m_pServer->AddGroup(“GROUP”,TURE,CLIENT_RATE,1,NULL,NULL,O,&m_hGroup,&revisedUpdateRate,ID_IOPCItemMgt,(LPUNKNOWN*)(&m_pItemMgt));

    步驟5：添加其他接口
    m_pItemMgt->QueryInterface(IID_IOPCSyncIO, ( void**)(&m_pSyncIO));
    m_pItemMgt->QueryInterface(IID_IOPCASyncIO, ( void**)(&m_pASyncIO));

    利用IOPCServer接口，可以實(shí)現(xiàn)增加或刪除組對(duì)象等管理功能；利用IOPCItemMgt接口在組中可以實(shí)現(xiàn)增加(IOPCItemMgt::AddItems()、刪除(IOPCItemMgt::DeleteItems())及管理項(xiàng)等功能，利用IOPCSyncIO和IOPCASyncIO可進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步或異步讀寫操作，不多贅述。

2.2 通過創(chuàng)建包裝類實(shí)現(xiàn)客戶端

    利用#import偽指令引入類型庫，編輯器從類型庫中讀取信息并且創(chuàng)建包裝類。不僅可以對(duì)類型庫文件（.tlb）使用#import指令，也可以對(duì)組件DLL或EXE文件，甚至支持類型庫的復(fù)合文件和LoadTypeLib函數(shù)可以理解的任何其他文件格式使用#import指令。#import指令將產(chǎn)生兩個(gè)文件，他們位于輸出路徑，和類型庫具有相同的名稱，后綴分別為“.tlh”和“.tli”。用#import指令引入類型庫時(shí)，在StdAfx.h文件中添加：#import “...\...\OPCServer\OPCServer.tlb”\，其他步驟代碼類似COM庫函數(shù)開發(fā)方式。

    包裝類封裝了COM庫函數(shù)，Visual C++客戶程序通過包裝類訪問組件提供的屬性和方法。雖然中間多了一層，但對(duì)客戶程序開發(fā)人員來說，卻方便多了。#import指令利用了一個(gè)新的類：_com_ptr_t，也被成為智能指針，是一個(gè)模板類，它封裝了接口指針并提供了一些方法和重載操作符來簡化指針的操作。智能指針自動(dòng)執(zhí)行COM的CoCreateInstance和QuertyIterface、AddRef和Release函數(shù)。要實(shí)現(xiàn)異常處理，可使用try/catch塊。在catch塊中，異常對(duì)象類型為_com_error對(duì)象。_com_error類封裝了HERSULT錯(cuò)誤代碼和IerrorInfo接口提供的相關(guān)環(huán)境信息。用#import偽指令，使得在Visual C++中使用代碼組件和在VBA中一樣方便，而且不需要在工程中對(duì)組件進(jìn)行源代碼維護(hù)。

2.3 利用第三方的動(dòng)態(tài)連接庫或工具包快速開發(fā)OPC客戶端

    互聯(lián)網(wǎng)上有一些OPC客戶端和服務(wù)器的開發(fā)工具包（ToolKit），利用這些工具包可以快速地開發(fā)OPC程序，但這些工具包大多需要付費(fèi)。Factory Soft還開發(fā)了比較通用的服務(wù)器和客戶端的快速開發(fā)工具，文獻(xiàn)[4]介紹了把它用于先進(jìn)控制軟件平臺(tái)的開發(fā)和應(yīng)用情況，但這個(gè)開發(fā)工具價(jià)格昂貴，不適合中小型系統(tǒng)的自主開發(fā)。也有一些是免費(fèi)的客戶端程序和可產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù)的服務(wù)器程序以及一些測(cè)試評(píng)價(jià)工具。比如Wintech OPC Server Client Develop Kit (1.0)，其源代碼可從http://www.csdn.net或http://www.win-tech.com /index.htm 下載，解壓縮后需注意四個(gè)文件：WTclient.dll、Wtclient lib文件、WTclientAPI.h、Wtclient Word文檔。WTclientAPI.h 定義了部分API函數(shù)，這些API函數(shù)的實(shí)現(xiàn)以DLL的形式封裝起來，詳見WTclient DLL User