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新型DCS组态软件OPC客户端和服务器的研究与开发

2020-12-08阅读(667)

新型DCS组态软件OPC客户端和服务器的研究与开发

论文摘要

集散控制系统（DCS）主要用于实现对生产过程的计算机控制和管理,它在工业过程控制的各个领域中得到广泛应用。传统DCS系统中,由于上层组态软件与现场智能设备之间没有统一的接口标准,现场智能设备之间以及智能设备与上位监控软件之间的信息共享是通过驱动程序来实现的。针对每一个硬件设备,每个应用软件都要根据自己的需求开发一套相应的硬件驱动程序,这导致了驱动程序重复开发,设备不可互换,改造升级困难,访问冲突等一系列问题。OPC技术的提出彻底改变了使用驱动程序实现数据共享的开发模式。上层应用软件作为OPC的客户端,可以不包含任何硬件通讯接口程序,不关心底层硬件的类型。只要遵循OPC数据接口协议,就能够从不同的硬件厂商提供的OPC数据服务器中读取数据,从而实现了组态软件对各种硬件设备数据的灵活配置和多种系统的真正集成。本文针对新型DCS组态软件的具体需求,对OPC技术进行了深入研究。本课题的来源是山东省科技厅的重大科研攻关项目,项目名称是基于工业以太网与现场总线技术的新型控制系统,项目编号为31400004010437。根据组态软件开发的实际需求,在Windows 2000平台下,采用Microsoft Visual C++6.0作为开发环境,完成了针对此新型DCS组态软件的OPC客户端和服务器的软件设计与开发。本文首先介绍了课题的研究背景和意义,OPC技术的产生、发展及其研究现状。接着,简要叙述了OPC技术的本质——COM技术,OPC数据访问规范和OPC历史数据访问规范。然后,在研究国内外先进组态软件的基础上,依据OPCDA规范,提出了OPC客户端和服务器的整体架构。分析了OPC的体系结构和通讯方式,设计了OPC客户端,使其能够读取本地或者远程的OPC服务器；同时,分析了新型DCS系统的实时数据库,历史数据库,并设计了具体的软件解决方案,采用ATL和MFC进行软件编程,开发了OPCDA和OPCHDA服务器。在OPCHDA服务器的设计中,需要对大量历史数据进行读取,速度慢,效率低。本设计采用了多线程技术,提高了数据读取的效率。而且,本文还初步探索了OPC驱动程序的软件设计与实现方法,设计开发了基于TCP/IP协议的驱动程序,并通过Modbus从站软件进行了验证。最后,对客户端和服务器分别进行DCOM配置,结合DCS具体运行系统,实现了实时数据的远程读取和实时监控。通过对OPC服务器和客户端进行测试,证实了本论文提出的新型DCS组态软件OPC客户端和服务器设计方案和实现方法的正确性和可行性,具有很好的实际应用价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的研究背景和意义
  • 1.2 OPC技术
  • 1.2.1 OPC技术产生的背景
  • 1.2.2 OPC技术国内外研究现状
  • 1.3 课题的研究内容和创新点
  • 1.4 本章小结
  • 第2章 OPC规范
  • 2.1 COM技术
  • 2.1.1 COM技术简介
  • 2.1.2 COM接口
  • 2.2 OPC数据访问规范
  • 2.2.1 OPCDA客户端和服务器
  • 2.2.2 OPCDA服务器对象的组成
  • 2.2.3 OPC体系结构
  • 2.2.4 OPCDA对象接口
  • 2.3 OPC历史数据访问规范
  • 2.3.1 OPCHDA客户端和服务器
  • 2.3.2 OPCHDA服务器对象接口
  • 2.3.3 OPCHDA客户端对象接口
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 OPC客户端的软件设计与实现
  • 3.1 OPC客户端开发的几种方法
  • 3.1.1 使用ActiveX控件开发OPC客户端
  • 3.1.2 使用OPC快速开发工具包开发OPC客户端
  • 3.1.3 使用COM技术直接开发OPC客户端
  • 3.2 OPC系统的功能分析
  • 3.2.1 组态软件的整体结构
  • 3.2.2 OPC系统的功能分析
  • 3.3 OPC客户端的设计
  • 3.3.1 客户端的接口设计
  • 3.3.2 客户端程序的流程
  • 3.4 OPC客户端具体实现
  • 3.4.1 OPC客户端界面实现
  • 3.4.2 OPC客户端接口实现
  • 3.4.3 OPC客户端与服务器的连接
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 OPCDA服务器的软件设计与实现
  • 4.1 OPC服务器开发的几种方法
  • 4.1.1 使用MFC提供的COM支持开发OPC服务器
  • 4.1.2 通过ATL开发OPC服务器
  • 4.2 OPCDA服务器的设计
  • 4.2.1 OPCDA服务器的整体设计
  • 4.2.2 OPCDA服务器的功能设计
  • 4.3 实时数据的读取
  • 4.3.1 实时数据的采集
  • 4.3.2 实时数据的量程变换
  • 4.4 OPCDA服务器的软件实现
  • 4.4.1 OPCDA服务器的工作流程
  • 4.4.2 OPCDA服务器的接口设计
  • 4.4.3 数据存储区的设计
  • 4.4.4 服务器对象的注册
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 OPCHDA服务器的设计与实现
  • 5.1 OPCHDA服务器的整体设计
  • 5.2 历史数据获取
  • 5.2.1 数据库访问方式
  • 5.2.2 历史数据的读取
  • 5.3 OPCHDA服务器的接口
  • 5.4 多线程技术
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 OPC驱动程序软件设计与实现
  • 6.1 Modbus通信协议
  • 6.1.1 Modbus简介
  • 6.1.2 Modbus TCP协议
  • 6.2 OPC驱动程序的设计
  • 6.2.1 驱动程序的整体结构
  • 6.2.2 驱动程序相关类的设计
  • 6.3 OPC驱动程序的软件实现
  • 6.3.1 消息接口类
  • 6.3.2 套接字
  • 6.3.3 标签定义
  • 6.4 驱动程序的测试
  • 6.5 驱动程序的可扩展性实现
  • 6.5.1 动态链接库技术
  • 6.5.2 二次开发
  • 6.6 本章小结
  • 第7章 OPC客户端和服务器在DCS系统中的应用
  • 7.1 应用方案设计
  • 7.2 DCOM配置
  • 7.2.1 DCOM概述
  • 7.2.2 服务器和客户端的配置
  • 7.3 客户端实现远程访问
  • 7.3.1 水位监控系统
  • 7.3.2 客户端远程访问
  • 7.4 本章小结
  • 第8章 结论与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间的研究成果
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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