基于OPC技术的MES过程信息集成框架

基于ERP/MES/PCS三层架构的现代集成制造系统模型如图1所示。其中ERP系统以财务分析/决策为核心的整体资源优化的技术，强调企业的计划性;MES系统以生产综合指标为目标的生产过程优化控制、生产运行优化操作的技术，强调计划的执行;PCS系统以设备综合管理控制为核心的技术，强调设备的控制。要实现企业综合自动化(即管控一体化)，处于中间层的生产执行系统MES是不可或缺的。

图1 ERP/MES/PCS三层架构集成制造系统

应用程序访问过程控制设备的方法有三种：

(1)驱动程序法，如图2所示，使用M个应用软件，N个设备，则驱动程序数目为M×N。缺点在于结构复杂，开发人员花费大量精力开发驱动程序。

图2 驱动程序法

(2)DDE方法，如图3所示，结构不太复杂，但需要专用DDE导出链表。缺点在于数据的传送速度较慢，功能缺乏柔韧性，可靠性难以令人满意，不适应分布式应用。

图3 DDE方法

(3)OPC方法，如图4所示，任何一种设备只需要提供一种驱动就可以供任何软件系统使用。与其他两种方法相比，优势在于结构简单，开发工作量小，数据传送速度快，可靠性高。

图4 OPC方法

OPC技术及其发展

OPC COM/DCOM技术

一般所指的OPC(Ole for Process Control)技术就是OPC-COM/DCOM技术，是以微软的COM、DCOM技术为基础，提供的一个公共接口集，用来进行过程控制和制造自动化软件模块间交换和共享数据使用户在系统开发过程中不必关心过程控制中的控制软件和设备的细节，从而为用户提供一种开放、灵活的即插即用软件解决方案，并且最大限度地减少了硬件、软件供应商的开发和维护费用。

OPC COM/DCOM标准采用的是客户/服务器结构，要求所有的硬件供应商将硬件设备驱动程序封装成独立的服务器，负责向OPC客户端不断地提供数据，应用程序开发商可以根据OPC的需要，使用任何语言来写出程序代码。上层应用作为OPC客户端，可以不包含任何通信接口程序，不必关心底层的硬件设备特性，也不必考虑软硬件如何通信，只要遵循数据接口协议，就能够从数据服务器中取得数据，从而能够实现数据的灵活配置和多种系统的真正集成。

OPC COM/DCOM标准主要包括实时数据访问接口(Data Access Interface)规范、报警及事件接口(Alarm and Event Interface)规范、历史数据访问接口(Historical Data Access Interface)规范、安全规范(OPCSecurity)、OPCBatch和OPC数据交换规范(OPC Data Exchange)等。实时数据访问接口规范面向实时数据处理;报警及事件接口规范面向高度敏感的实时数据;历史数据访问接口规范面向用来进行趋势显示、历史分析、报表的数据。

OPC XML技术

随着Web技术的发展，Web服务为OPC技术的进一步发展提供了更为广阔的前景。Web服务是创建可互操作的分布式应用程序的新平台，其主要目标是跨平台的可互操作性，Web服务是完全基于XML等独立于平台及软件供应商的标准，而新一代的Web编程通过广泛采用XML Web Services定义，使其可以实现基于Web的分布式计算和处理。

在近几年，XML由于其开放性和系统无关性，已经成为受欢迎的数据编码和交换格式。对应于现存的OPC-COM的接口，OPC基金会选择XML作为准确进行数据传输的使能技术。

MES过程信息集成的新需求

传统MES已经成功地运用OPC COM/DCOM进行了车间局域网过程信息集成，但随着企业信息化的进一步深化，现代MES对OPC产生了以下两个方面的新需求：

(1)基于Internet的过程信息集成传统的MES都是在企业的局域网内进行集成，但随着Internet的发展，企业要求MES可以穿越企业的防火墙来传递车间过程信息，可以通过Internet来进一步扩展其能力，从而构建基于Internet集成的企业应用。

(2)多操作环境的过程信息集成由于历史的“遗留系统”以及企业信息化实施的差异，在企业内部普遍存在多操作环境并存的现象，在一定的程度上束缚了企业过程信息集成的进程，成为企业实现信息连通的巨大障碍。

通过对OPC技术的全面了解，可以知道，OPC技术对企业的发展，起到了极大的推动作用，特别是OPC XML DA技术的出现，使得OPC可以友好地穿过企业的防火墙，可以支持更多的平台和计算环境，提供了一个解决问题的新方法。

图5 基于OPC的MES方式

但由于其作为一种新技术，它的广泛推广，还需要更多的OPC XML服务器的支持，而目前，要求成千上万的OPC COM/DCOM服务器全部进行改造或推出新版本是不现实的。实际上，当前许多OPC COM/DCOM服务器在车间层都运行得很好，且DCOM执行的效率比Web服务要快，而OPC XML执行效率还有待进一步的提高，这就使得OPC COM/DCOM服务器必将在很长的一段时间内继续存在，而不会立即被淘汰。

目前，对于那些将速度、效率和有效性作为主要目标的应用，特别是在工厂局域网内，大多数现存的OPC COM/DCOM应用，将在一定的时段内继续采用OPC COM/DCOM技术。为了企业信息化发展的需求，可以扩展其Web服务接口;对于那些以企业连通性作为其主要目标而执行效率要求不高的场所，采用OPC XML DA的Web服务，将为企业自动化的发展提供良好的技术支持。

图6 基于OPC的MES总体架构