信息采集的实现方案与策略

随着计算机技术和通信技术的飞速发展，信息监视技术在国内外已取得了很大发展，从20世纪40年代出现以来，它已从最初的集中式向分布式，进而向开放式发展。它的发展过程与数据通信、网络技术的发展过程类似且密切相关，可以大致归纳为：
20世纪70年代以前是第一代集中式监视，即远程联机系统阶段；
20世纪70年代中期－80年代中期是采用微型计算机为技术基础的信息监视，其基本结构还是集中式的；
20世纪80年代中期－90年代是第三代分层监视技术，这种监视技术较好的利用了微型计算机、通信和网络技术，生产过程的各个设备配备了相应的微型机检测设备，可独立对设备进行监视，同时通过通信网络与中央监视计算机通信；
20世纪90年代至今，随着网络技术的迅速发展，信息监视技术采用符合TCP/IP协议的Ethernet、DECnet、广域网、互联网，从而出现了第四代开放式的数据采集和信息监视技术，扩大了信息监视技术与其它应用的集成，形成了开放式系统的基本特点：以工作站为基本单元、具有冗余配置、严格遵守工业标准、采用商用数据库、硬件可选用多个厂家的产品、实现网络互联等。
目前，随着智能型传感器、执行器等设备的迅速发展，数据采集和信息监视技术正朝着标准化、智能化、网络化、微型化方向发展。
传统的DNC信息采集系统都是通过不同的驱动程序与不同的NC机床控制器通信，如图1所示。从图中可以看出驱动程序的不一致性往往带来了如下问题：
1）同一设备必须针对不同的应用开发不同的驱动程序，大大增加了软件开发成本；
2）同一应用程序不能同时访问多个设备，否则访问冲突会造成系统崩溃；
3）不同应用程序间缺少标准一致的接口，因而交换数据困难，不能开放的实现企业不同应用间的无缝集成；
4）不支持硬件特征的变化，更新硬件时，可能造成系统、硬件、驱动程序之间的不兼容，系统难以扩展。

图1 传统的过程控制系统结构
解决上述问题的关键在于使所有的现场信息以统一的方式提供给各级应用，这可以通过制定一种集中于数据访问而不是数据类型的开放、有效的通信协议实现。opc（OLE for Process Control）技术正是为企业各种应用访问现场数据提供一致的方法，允许兼容的应用程序无缝的访问现场数据，基于OPC的过程控制系统结构如图2所示。OPC是经微软倡导、由OPC基金会制订的硬件和软件接口标准。硬件厂商提供带有标准OPC接口的服务器，客户应用通过标准OPC接口访问OPC服务器，从而实现现场设备访问的标准一致性。

图2 基于OPC的过程控制系统结构
OPC技术是基于COM/DCOM协议，是一种接口技术，因而具有以下优点：语言无关性、代码重用性、易于集成性。OPC规范定义了一套工业标准接口，采用OPC规范设计工控软件可带来以下好处：
1）OPC规范了接口函数，按照面向对象的原则，将现场设备的驱动程序作为一个对象封装起来，只将接口方法暴露在外面。不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式访问，从而保证了软件的透明性，使用户完全从底层驱动的开发中脱离出来。
2）采用标准的Windows体系接口，硬件供应商为其设备提供的接口程序的数量减少到一个，软件开发商也仅需开发一套通讯接口程序。既有利于软硬件开发商，也有利于最终用户。
3）OPC规范以OLE/DCOM为技术基础，而OLE/DCOM支持TCP/IP等网络协议，因此可以将各个子系统在物理上分开，分布于网络的不同节点。
4）OPC实现了远程调用，使得应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于系统硬件配置，使得系统的应用范围更广；
5）采用OPC规范便于实现软件的组态化、简化系统、缩短软件的开发周期、提高软件运行的可靠性和稳定性、便于系统的维护与升级。
6）OPC使硬件供应商只需开发一套通用的驱动程序，该驱动程序比以往由软件开发商开发的驱动程序具有更高的性能和通用性；而软件开发商可以免除开发驱动程序的工作，将更多的精力集中在核心应用的开发上；同时它使运行在分布环境和异构平台的控制和商业应用实现对象级上的集成，并提供了在现场设备与控制系统间即插即用的通信和互操作。