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摘要：本文介绍了楼宇自动化系统集成技术的研究和实际应用，分析了OPC技术和Web Services在楼宇自动化系统集成中各自的特点和应用情况，有一定的参考价值。
关键词：楼宇自动化系统；集成；OPC；Web Services
中图分类号：P415.1+3 文献标识码：A 文章编号：
1 楼宇自动化系统的组成及集成现状
楼宇自动化系统(BAS, Building Automation System)是智能建筑的主要组成部分之一。智能建筑通过楼宇自动化系统实现建筑物内设备与建筑环境的全面监控与管理。楼宇自动化系统涉及建筑的电力、照明、空调、通风、给排水、防灾、安全防范、车库管理等子系统。在楼宇自动化技术发展过程中由于历史的原因, 各个设备制造厂商封闭地发展自己的系统, 长期以来没有建立国际性的标准通信协议, 使得各个设备或子系统之间不能无缝的集成到一个操作平台上来。这种局面严重阻碍了智能建筑技术的发展。在思考系统集成時, 主要面临的是软件集成的问题, 如何通过标准的通信协议达到互操作的目的。智能建筑各子系统之间可能采用不同的网络平台、不同的通信协议。在实现系统集成时, 为了解决互联和互操作的问题, 一般所采用的技术手段有以下几种:
( 1) 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。
( 4) 采用 ODBC 技术实现系统集成的方式。
实践证明在上述的几种方式中 OPC 技术是一种很好的集成方式。
2 OPC 技术
2.1 OPC 技术的提出
OPC 规范是 OPC 基金会组织倡导, 并得到众多业界知名厂商支持的自动化和控制领域中使用的一种开放的接口标准。OPC 规范最初设计的初衷是为了简化传统的设备驱动开发方式。OPC 技术出现前, 硬件开发商需要对不同的应用程序开发不同的设备驱动。应用 OPC 技术后, 针对某种设备只需要开发一套遵循 OPC 规范的服务器, 由该服务器与硬件进行通信以获得现场数据, 应用程序通过客户端(OPCClient)访问上述服务器(OPC Server), 进而实现和现场设备的通信。
2.2 OPC 技术规范的发展现状
经过多年的完善和发展, 到目前为止, 已经公布的 OPC 技术规范主要包含 OPCDataAccess(数据访问规范)、OPCAlarm andEvents(报警和事件规范)、OPC Batch Data Access(批量过程规范)、OPC HistoricalData Access(历史数据存取规范)、OPC DataExchange(数据交换规范)、OPC XMLData Access(XML 数据访问规范)、OPC ComplexData(复杂数据规范)和 OPC Security(安全性规范) 等。目前, 正处在研发阶段的 OPC 技术规范主要有OPC Common IO(公共 IO 规范)、OPCCommands(命令规范)、OPC Universal Plug and Play(通用即冲即用规范)等。
虽然 OPC 接口规范的内容丰富, 但目前市场上 OPC 相关产品大多只支持应用比较成熟的 OPC2DA(OPC Data Access)规范, 有小部分也支持 OPC2AE(OPC Alarm and Events)规范。如今 OPC 技术除了应用于硬件设备的驱动简化外, 已经逐渐发展成为一种成熟的、开放的、标准的自动化接口。业内较常用的组态软件如 IFIX、IN2 TOUCH、WINCC、组态王、三维力控等均支持 OPC2DA 客户端, 可以与带有 OPC2DA 服务器接口的产品进行连接, 实现对于现场设备或子系统等的监控。
2.3 OPC2DA 服务器及开发工具
OPC2DA 规范基于微软的 COM /DCOM 技术。OPC2DA服务器包括 3 类对象模型:OPC 服务器 (Server) 对象、OPC 组(Group)对象和 OPC 项目(Item)对象。OPC2DA 规范中定义了OPC 服务器和 OP 组两个 COM 对象, 对于服务器和组对象的接口功能进行了定义和说明。开发 OPC2DA 服务器需要掌握和具备:①OPC2DA 规范;②COM/DCOM 基础和编程经验;③开发所针对的设备或系统的接口协议情况。对于工程应用, 从底层开发入手对开发人员提出了较高的要求, 而且往往无法满足工程的时间进度和稳定性等方面的要求。为了解决上述问题以适应 OPC 技术越来越广泛的应用 OPC 二次开发工具不断地出现和完善。OPC 开发工具的目的是将 COM/DCOM 和OPC 的相关技术细节进行封装隐藏, 使得用户开发工作的重点转移到需求功能的实现上来。
3 Web Services的原理和关键技术
Web Services的主要目标是在现有的异构平台基础上构筑一个与平台无关、语言无关的技术层,各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼此的连接和集成。Web Services和传统的Web应用技术相比较,传统的Web应用技术是如何让人来使用Web应用所提供的服务,而WebServices则是要解决如何让计算机系统来使用Web应用所提供的服务。
3.1 Web Services的体系结构和协议栈
Web Services可以被认为是一种部署在Web上的对象(Web Object),它描述了操作集合的接口,从而可以通过标准的XML消息机制在网络中进行存取。Web Services实现了特定的任务或者是一系列任务的集合。Web Services使用标准的XML形式来描述,称为业务描述。业务描述提供了与业务进行交互的所有信息,包括消息格式(详细描述操作)、传输协议和位置等。该接口隐藏了业务实现的所有细节,因此它可以用和实现该业务的语言不同的编程语言来使用业务。这允许并且鼓励基于Web Services的应用在实现时耦合松散、面向对象并能跨越不同的技术。Web Services能够单独使用,也可以和其他的Web Services联合来完成更为复杂的业务。
Web Services技术具有以下优点:
a)良好的封装性。Web Services具备对象的良好的封装性,对于使用者而言,它能且仅能看到该对象提供的功能列表。
b)松散耦合。Web Services实现平台的细节和业务调用程序无关。Web Services可以用其声明的API和调用机制(网络、数据编码模式等)进行访问;Web服务器不必关心使用它的是哪类客户,它可以是不同种类的浏览器甚至是不使用浏览器的客户。
c)可发现性。Web Service模型中有一个重要角色)))服务注册代理,它提供了一种机制,便于服务提供者公布其服务,同时供服务请求者查找服务。
d)使用标准协议规范。Web Services使用开放的标准协议进行描述、传输和数据编码。客户或者服务无论采用何种平台,都可以方便地使用Web Services。
e)高度可集成能力。由于Web Services完全采取简单的、易理解的标准Web协议作为组件界面描述和协同描述的规范,完全屏蔽了不同软件平台的差异,因此无论是CORBA,DCOM还是RMI都可以通过这种标准协议进行互操作,体现了高度的可集成能力。
5结 语
OPC 技术的出现使得楼宇自动化系统各子系统之间实现了开放的无缝连接。它是楼宇自动化系统间通信发展的模式, 在未来一定有长足的发展。它提供了许多解决方案, 随着计算机技术和通信技术的不断发展, 协议会进一步完善, OPC 技术在楼宇自动化领域会得到进一步的应用。
参考文献
[1]张瑞武.智能建筑的系统集成及其工程实施[M].北京:清华大学出版社,2000.
[2]王再英,等.楼宇自动化系统原理与应用 M.北京:电子工业出版社,2005.
关键词：楼宇自动化系统；集成；OPC；Web Services
中图分类号：P415.1+3 文献标识码：A 文章编号：
1 楼宇自动化系统的组成及集成现状
楼宇自动化系统(BAS, Building Automation System)是智能建筑的主要组成部分之一。智能建筑通过楼宇自动化系统实现建筑物内设备与建筑环境的全面监控与管理。楼宇自动化系统涉及建筑的电力、照明、空调、通风、给排水、防灾、安全防范、车库管理等子系统。在楼宇自动化技术发展过程中由于历史的原因, 各个设备制造厂商封闭地发展自己的系统, 长期以来没有建立国际性的标准通信协议, 使得各个设备或子系统之间不能无缝的集成到一个操作平台上来。这种局面严重阻碍了智能建筑技术的发展。在思考系统集成時, 主要面临的是软件集成的问题, 如何通过标准的通信协议达到互操作的目的。智能建筑各子系统之间可能采用不同的网络平台、不同的通信协议。在实现系统集成时, 为了解决互联和互操作的问题, 一般所采用的技术手段有以下几种:
( 1) 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。
( 4) 采用 ODBC 技术实现系统集成的方式。
实践证明在上述的几种方式中 OPC 技术是一种很好的集成方式。
2 OPC 技术
2.1 OPC 技术的提出
OPC 规范是 OPC 基金会组织倡导, 并得到众多业界知名厂商支持的自动化和控制领域中使用的一种开放的接口标准。OPC 规范最初设计的初衷是为了简化传统的设备驱动开发方式。OPC 技术出现前, 硬件开发商需要对不同的应用程序开发不同的设备驱动。应用 OPC 技术后, 针对某种设备只需要开发一套遵循 OPC 规范的服务器, 由该服务器与硬件进行通信以获得现场数据, 应用程序通过客户端(OPCClient)访问上述服务器(OPC Server), 进而实现和现场设备的通信。
2.2 OPC 技术规范的发展现状
经过多年的完善和发展, 到目前为止, 已经公布的 OPC 技术规范主要包含 OPCDataAccess(数据访问规范)、OPCAlarm andEvents(报警和事件规范)、OPC Batch Data Access(批量过程规范)、OPC HistoricalData Access(历史数据存取规范)、OPC DataExchange(数据交换规范)、OPC XMLData Access(XML 数据访问规范)、OPC ComplexData(复杂数据规范)和 OPC Security(安全性规范) 等。目前, 正处在研发阶段的 OPC 技术规范主要有OPC Common IO(公共 IO 规范)、OPCCommands(命令规范)、OPC Universal Plug and Play(通用即冲即用规范)等。
虽然 OPC 接口规范的内容丰富, 但目前市场上 OPC 相关产品大多只支持应用比较成熟的 OPC2DA(OPC Data Access)规范, 有小部分也支持 OPC2AE(OPC Alarm and Events)规范。如今 OPC 技术除了应用于硬件设备的驱动简化外, 已经逐渐发展成为一种成熟的、开放的、标准的自动化接口。业内较常用的组态软件如 IFIX、IN2 TOUCH、WINCC、组态王、三维力控等均支持 OPC2DA 客户端, 可以与带有 OPC2DA 服务器接口的产品进行连接, 实现对于现场设备或子系统等的监控。
2.3 OPC2DA 服务器及开发工具
OPC2DA 规范基于微软的 COM /DCOM 技术。OPC2DA服务器包括 3 类对象模型:OPC 服务器 (Server) 对象、OPC 组(Group)对象和 OPC 项目(Item)对象。OPC2DA 规范中定义了OPC 服务器和 OP 组两个 COM 对象, 对于服务器和组对象的接口功能进行了定义和说明。开发 OPC2DA 服务器需要掌握和具备:①OPC2DA 规范;②COM/DCOM 基础和编程经验;③开发所针对的设备或系统的接口协议情况。对于工程应用, 从底层开发入手对开发人员提出了较高的要求, 而且往往无法满足工程的时间进度和稳定性等方面的要求。为了解决上述问题以适应 OPC 技术越来越广泛的应用 OPC 二次开发工具不断地出现和完善。OPC 开发工具的目的是将 COM/DCOM 和OPC 的相关技术细节进行封装隐藏, 使得用户开发工作的重点转移到需求功能的实现上来。
3 Web Services的原理和关键技术
Web Services的主要目标是在现有的异构平台基础上构筑一个与平台无关、语言无关的技术层,各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼此的连接和集成。Web Services和传统的Web应用技术相比较,传统的Web应用技术是如何让人来使用Web应用所提供的服务,而WebServices则是要解决如何让计算机系统来使用Web应用所提供的服务。
3.1 Web Services的体系结构和协议栈
Web Services可以被认为是一种部署在Web上的对象(Web Object),它描述了操作集合的接口,从而可以通过标准的XML消息机制在网络中进行存取。Web Services实现了特定的任务或者是一系列任务的集合。Web Services使用标准的XML形式来描述,称为业务描述。业务描述提供了与业务进行交互的所有信息,包括消息格式(详细描述操作)、传输协议和位置等。该接口隐藏了业务实现的所有细节,因此它可以用和实现该业务的语言不同的编程语言来使用业务。这允许并且鼓励基于Web Services的应用在实现时耦合松散、面向对象并能跨越不同的技术。Web Services能够单独使用,也可以和其他的Web Services联合来完成更为复杂的业务。
Web Services技术具有以下优点:
a)良好的封装性。Web Services具备对象的良好的封装性,对于使用者而言,它能且仅能看到该对象提供的功能列表。
b)松散耦合。Web Services实现平台的细节和业务调用程序无关。Web Services可以用其声明的API和调用机制(网络、数据编码模式等)进行访问;Web服务器不必关心使用它的是哪类客户,它可以是不同种类的浏览器甚至是不使用浏览器的客户。
c)可发现性。Web Service模型中有一个重要角色)))服务注册代理,它提供了一种机制,便于服务提供者公布其服务,同时供服务请求者查找服务。
d)使用标准协议规范。Web Services使用开放的标准协议进行描述、传输和数据编码。客户或者服务无论采用何种平台,都可以方便地使用Web Services。
e)高度可集成能力。由于Web Services完全采取简单的、易理解的标准Web协议作为组件界面描述和协同描述的规范,完全屏蔽了不同软件平台的差异,因此无论是CORBA,DCOM还是RMI都可以通过这种标准协议进行互操作,体现了高度的可集成能力。
5结 语
OPC 技术的出现使得楼宇自动化系统各子系统之间实现了开放的无缝连接。它是楼宇自动化系统间通信发展的模式, 在未来一定有长足的发展。它提供了许多解决方案, 随着计算机技术和通信技术的不断发展, 协议会进一步完善, OPC 技术在楼宇自动化领域会得到进一步的应用。
参考文献
[1]张瑞武.智能建筑的系统集成及其工程实施[M].北京:清华大学出版社,2000.
[2]王再英,等.楼宇自动化系统原理与应用 M.北京:电子工业出版社,2005.