基于OPC技術的MES過程信息集成框架 _知識百科

基于ERP/MES/PCS三層架構的現代集成制造系統模型如圖1所示。其中ERP系統以財務分析/決策為核心的整體資源優化的技術，強調企業的計劃性；MES系統以生產綜合指標為目標的生產過程優化控制、生產運行優化操作的技術，強調計劃的執行；PCS系統以設備綜合管理控制為核心的技術，強調設備的控制。要實現企業綜合自動化(即管控一體化) ，處于中間層的生產執行系統MES是不可或缺的。

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圖1 ERP/MES/PCS三層架構集成制造系統
應用程序訪問過程控制設備的方法有三種：
(1)驅動程序法，如圖2所示，使用M個應用軟件， N個設備，則驅動程序數目為M×N 。缺點在于結構復雜，開發人員花費大量精力開發驅動程序。

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圖2 驅動程序法
【基于OPC技術的MES過程信息集成框架】(2)DDE方法，如圖3所示，結構不太復雜，但需要專用DDE導出鏈表。缺點在于數據的傳送速度較慢，功能缺乏柔韌性，可靠性難以令人滿意，不適應分布式應用。

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圖3 DDE方法
(3)OPC方法，如圖4所示，任何一種設備只需要提供一種驅動就可以供任何軟件系統使用。與其他兩種方法相比，優勢在于結構簡單，開發工作量小，數據傳送速度快，可靠性高。

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圖4 OPC方法
OPC技術及其發展
OPC COM/DCOM技術
一般所指的OPC(Ole for Process Control)技術就是OPC-COM/DCOM技術，是以微軟的COM、DCOM技術為基礎，提供的一個公共接口集，用來進行過程控制和制造自動化軟件模塊間交換和共享數據使用戶在系統開發過程中不必關心過程控制中的控制軟件和設備的細節，從而為用戶提供一種開放、靈活的即插即用軟件解決方案，并且最大限度地減少了硬件、軟件供應商的開發和維護費用。
OPC COM/DCOM標準采用的是客戶/服務器結構，要求所有的硬件供應商將硬件設備驅動程序封裝成獨立的服務器，負責向OPC客戶端不斷地提供數據，應用程序開發商可以根據OPC的需要，使用任何語言來寫出程序代碼。上層應用作為OPC客戶端，可以不包含任何通信接口程序，不必關心底層的硬件設備特性，也不必考慮軟硬件如何通信，只要遵循數據接口協議，就能夠從數據服務器中取得數據，從而能夠實現數據的靈活配置和多種系統的真正集成。
OPC COM/DCOM標準主要包括實時數據訪問接口(Data Access Interface)規范、報警及事件接口(Alarm and Event Interface)規范、歷史數據訪問接口(Historical Data Access Interface)規范、安全規范(OPCSecurity)、OPCBatch和OPC數據交換規范(OPC Data Exchange)等。實時數據訪問接口規范面向實時數據處理；報警及事件接口規范面向高度敏感的實時數據；歷史數據訪問接口規范面向用來進行趨勢顯示、歷史分析、報表的數據。
OPC XML技術
隨著Web技術的發展， Web服務為OPC技術的進一步發展提供了更為廣闊的前景。 Web服務是創建可互操作的分布式應用程序的新平臺，其主要目標是跨平臺的可互操作性， Web服務是完全基于XML等獨立于平臺及軟件供應商的標準，而新一代的Web編程通過廣泛采用XML Web Services定義，使其可以實現基于Web的分布式計算和處理。
在近幾年， XML由于其開放性和系統無關性，已經成為受歡迎的數據編碼和交換格式。對應于現存的OPC-COM的接口， OPC基金會選擇XML作為準確進行數據傳輸的使能技術。
MES過程信息集成的新需求
傳統MES已經成功地運用OPC COM/DCOM進行了車間局域網過程信息集成，但隨著企業信息化的進一步深化，現代MES對OPC產生了以下兩個方面的新需求：
(1)基于Internet的過程信息集成傳統的MES都是在企業的局域網內進行集成，但隨著Internet的發展，企業要求MES可以穿越企業的防火墻來傳遞車間過程信息，可以通過Internet來進一步擴展其能力，從而構建基于Internet集成的企業應用。
(2)多操作環境的過程信息集成由于歷史的“遺留系統”以及企業信息化實施的差異，在企業內部普遍存在多操作環境并存的現象，在一定的程度上束縛了企業過程信息集成的進程，成為企業實現信息連通的巨大障礙。
通過對OPC技術的全面了解，可以知道， OPC技術對企業自動化的發展，起到了極大的推動作用，特別是OPC XML DA技術的出現，使得OPC可以友好地穿過企業的防火墻，可以支持更多的平臺和計算環境，提供了一個解決問題的新方法。

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圖5 基于OPC的MES方式
但由于其作為一種新技術，它的廣泛推廣，還需要更多的OPC XML服務器的支持，而目前，要求成千上萬的OPC COM/DCOM服務器全部進行改造或推出新版本是不現實的。實際上，當前許多OPC COM/DCOM服務器在車間層都運行得很好，且DCOM執行的效率比Web服務要快，而OPC XML執行效率還有待進一步的提高，這就使得OPC COM/DCOM服務器必將在很長的一段時間內繼續存在，而不會立即被淘汰。
目前，對于那些將速度、效率和有效性作為主要目標的應用，特別是在工廠局域網內，大多數現存的OPC COM/DCOM應用，將在一定的時段內繼續采用OPC COM/DCOM技術。為了企業信息化發展的需求，可以擴展其Web服務接口；對于那些以企業連通性作為其主要目標而執行效率要求不高的場所，采用OPC XML DA的Web服務，將為企業自動化的發展提供良好的技術支持。

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圖6 基于OPC的MES總體架構