. .研究生学位论文选题报告及 论 文 工 作 实 施 计 划学 院： 计算机学院 专 业： 计算机应用技术 研 究 生： 路世魁学位级别： 工学硕士 指导教师： 王波入学年月： 2004年09月XX大学研究生院2005年12 月 28 日说 明 一、论文选题报告由研究生向教研(研究)室汇报并听取意见后，整理成文填写。 二、研究生应在入学后的第三学期内完成选题报告。 三、本表一式三份，一份交学院，指导教师和研究生各存一份。研究生自存表应于辩论前交学院，作为辩论申报材料之一。一、论文选题报告 申请时间：2005年12月28日论文题目：OPC DX在智能建筑系统集成中的应用研究研究方向：计算机网络技术与系统集成课题来源国 家项 目部、省级项 目横 向联 系自 拟合 同编 号经 费 数万元题目类型基 础研 究应 用研 究工 程应 用其 它自选报告内容：课题学术和实用意义，国内外现状综述；研究目的、内容、技术路线；可行性论证等一、课题学术和实用意义1 智能建筑系统集成的产生和开展背景智能建筑开展的初期，各个子系统规模很小，控制对象少而简单，各个子系统相对独立信息共享主要依赖手工传递，维护管理工作处于半自动化状态。随着现代通信，计算机及其网络的开展，智能建筑各个子系统向着规模大、控制对象多且分散，各个子系统间以及建筑物内、外对信息传输速率和共享程度提出了很高的要求。由于要将智能建筑中各类设备和子系统通过一定的方式集成在一起，于是产生了智能建筑系统集成这一概念和技术。12 OPC技术概要随着计算机技术、通信技术和控制技术的开展,控制领域正开场向网络化方向开展。控制系统的构造从最初的CCS(计算机集中控制系统) ,到第二代的DCS(分散控制系统) ,开展到现在流行的FCS(现场总线控制系统)。对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求,又催生了当前在商业领域风行的以太网与控制网络的结合。从而拓展了工业控制领域的开展空间,带来新的开展机遇。2。过去在控制系统中，控制设备之间及控制设备与控制系统软件之间的数据通信是通过驱动程序来实现的。由于软件开发商对驱动程序的要求各不一样，硬件供货商不可能为所有的软件开发商提供驱动程序，所以这项工作主要只能由控制系统的软件开发商承当。随着现场总线技术和PC机在过程控制系统中的应用，一方面网络中需进展数据访问的控制设备数量不断增加且产品的不断升级，另一方面，企业中越来越多来自不同部门的员工通过PC机对数据进展访问。这就需要更多的驱动程序，给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担,使其无法全身心地投入到其核心产品的开发中去。这种开发方式主要存在以下弊端：(1)重复开发:每个软件系统开发商必须为每个特定的硬件开发一个驱动程序。(2)不同开发商之间的驱动程序的不一致性:软件开发商各自从自己的需要出发，采用不同的数据交换协议开发驱动程序，从而使各开发商之间的驱动程序不一致，并且驱动程序并不支持所有的硬件特性。(3)不支持硬件产品升级:由于驱动程序由软件开发者开发，硬件产品的升级将会使有的驱动程序失效，为适应硬件特征的新变化，软件开发者必须为硬件开发新的驱动程序。(4)访问冲突:一般来说，两个软件包不能同时访问同一设备，因为它们使用不同的驱动程序。为了解决这一问题，硬件开发商试图以开发驱动程序的方法来解决这一问题,但由于不同的客户采用不同的客户协议而无法实现。控制系统软件开发商构造一个完整的控制系统需要大量的驱动程序，如果再考虑兼容不同硬件厂商的产品，那么驱动程序的数量将更加庞大。为解决这一控制系统软件开发中的瓶颈问题，需要一项为业界所公认的数据交换标准来标准驱动程序的开发。在这种情况下，OPC 标准应运而生。 OPCOLE for Process Control是过程控制业中的新兴标准，它以OLE/D机制为通信标准，采用客户/效劳器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC 效劳器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和互操作性。OPC 效劳器通常支持两种访问接口：自动化接口和自定义接口，它们分别为不同的编程语言环境提供访问机制。自动化接口是为基于脚本编程语言而定义的标准接口，可使用VB、Delphi、PowerBuilder等语言开发OPC 效劳器的客户应用。而自定义接口是专门为C+等高级语言而制定的标准接口3。3 OPC 主要标准(1) OPC DA数据访问标准OPC DAOPC Data Access Custom Interface Specification简化了不同总线标准间的数据访问机制,为不同总线标准提供了通过标准接口访问现场数据的根本方法。OPC DA 效劳器屏蔽了不同总线通信协议之间的差异,为上层应用程序提供统一的访问接口4,可以很容易的在应用程序层实现对不同总线协议的设备进展互操作。在现场控制网络中，OPC DA标准实现了现场数据在控制网络中的纵向传输5。(2) OPC DX数据交换标准随着以太网现场总线技术的开展,各个现场总线协议都推出了各自的以太网现场总线标准,例如等。为了给连接在以太网上的不同现场总线设备之间提供数据访问效劳,同时也为了弥补OPC DA标准在实现总线设备间数据访问时对上层应用程序有依赖性的缺乏,OPC基金会于2001年宣布制定OPC DX标准6，经过两年的努力，于2003年3月5日正式发布了数据交换标准OPCData eXchange Specification Version 1.07。OPCDX效劳器的内部构造如图1所示5。 图1 OPC DX效劳器构造从图1中可以看出,OPCDX效劳器实际上扮演了3 种角色7:(1)它要实现OPCDA 效劳器的功能,通过OPCDA 接口为其他OPCDA 客户提供数据访问效劳,这些客户可以是上层应用程序,也可以是其他OPCDX效劳器。(2) OPCDX效劳器还作为OPCDA 效劳器的客户端,直接访问其他OPCDA 效劳器,所访问的可以是独立OPC DA 效劳器,也可以是由其他OPCDX效劳器内部提供的OPCDA 效劳器,因此,OPCDX效劳器之间可以不依赖上层应用程序完成现场数据的横向访问。(3)OPCDX效劳器还要管理DX数据库,并通过DX数据库管理其内部的OPC/ DA 效劳器和OPCDA 客户,根据用户通过通用的组态软件配置的组态信息,调度现场数据的采集和发送,完成与其他OPC 设备接口的数据交换。OPC XML 标准由于OPC技术过分依赖微软的/D技术，这使它局限于Intranet和 Windows操作平台。为了实现与Internet的互联以及在多操作平台上的应用，OPC基金会与微软公司合作,在Microsoft.Net 新技术与OPC DA 的根底上于2003年7月制定OPC XML标准OPC XML-DA SpecificationVersion1.08。可扩展标志语言XML和基于XML的模式语言为描述和交换应用程序间的构造化信息提供了一种途径。OPC XML利用XML技术有效地扩展OPC技术的应用范围,使OPC应用不再局限于Windows操作平台, 可实现多平台间的互操作。与OPC DA不同，OPC XML 描述了在客户端与效劳器间非持久连接环境下的数据交换，这使它可以应用于更广泛的领域 。在现场控制网络中，OPC XML标准提供了现场数据到互联网中的传输。OPC XML定义一组通过互联网访问工厂现场数据的工业标准接口,并提供即插即用的可连接性和多个厂商产品的互操作性等功能,降低了企业信息与互联网应用集成的难度，简化了工厂不同层次数据访问和数据交换。3智能建筑系统集成为什么采用OPC技术由于网络互联的硬件设备已经商业化，标准化。所以在系统集成时主要面临的是软件集成的问题，如何通过标准的通信协议到达互操作的目的。在实现智能建筑系统集成时为了解决互联和互操作问题所采取的手段大致为以下几种:(1)采用统一通信协议实现系统集成的方式。(2)采用协议转换实现系统集成的方式。(3)采用OPC 技术实现系统集成的方式。3.1采用统一通信协议实现系统集成的方式建筑智能化系统应属过程控制范畴，长期以来没有建立国际性的标准通信协议，这种局面严重障碍了智能建筑技术的开展。1995年美国暖通空调工程师协会推出了楼宇自动控制领域的第1个开放式标准通信协议BAet9。同年通过ANSI认证，成为美国国家标准。很多空调、制冷、锅炉、变配电等设备制造厂商均采纳该标准协议，为智能建筑的系统集成开创了十分有利的局面。BAet采纳了五种协议：EIA232PTP、EIA485MS/TP、LonTalk、Aret、Ethernet。但是在先前的BAet 协议中，不同厂家生产的设备互联仍需通过协议转换器，尚未达成开放系统实现互操作的要求。LonWorks 是美国埃斯朗公司1990 年推出的全分布式的具有开放性和互操作性、采用LonTalk协议的网络，经过LonMark互操作性协会认证的产品具有良好的互操作性。但是这种方式不是真正意义上的开放系统，因为这种协议对厂家不是中立的，其中有埃斯朗公司的知识产权，真正的开放系统对各个厂家应该是中立的。3.2 采用协议转换实现系统集成的方式具有不同协议的网络互连，可以采用协议转换器。协议转换器分为专用的协议转换器和标准的协议转换器。专用协议转换器指两种协议之间专用的转换器。采用这种协议转换器，如果要连接多个不同类型的网络，就需要多种类型的协议转换器。有时协议转换器难于匹配不同的网络的控制机制和效劳。另外，当协议转换器故障时，这种构造没有提供可靠的端到端的机制，所以这种专用的协议转换器不可取。随着技术的开展，协议转换器方式的应用将越来越少。特别是OPC技术的成功应用，为不同协议的网络互连，开辟了新的途径，协议转换方式的应用将会更少。3.3 采用OPC 技术实现系统集成的方式。OPC提供信息管理域应用软件与实时控制域进展数据传输的方法，提供给用软件访问过程控制设备数据的方法，解决应用软件与过程控制设备之间通信的标准问题。当设备通过OPC 互联时，图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用软件等应用软