船舶監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)思考

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摘要：本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗，對OPC（OLEforProcessControl）基礎(chǔ)COM(ComponentObjectModel)技術(shù)概述進行總結(jié)，并從COM接口、COM結(jié)構(gòu)、OPC開發(fā)背景和歷史、OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范研究、OPC數(shù)據(jù)訪問形式五方面，論述了船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：船舶；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通信技術(shù)

1OPC基礎(chǔ)COM技術(shù)概述

OPC屬于是一種工業(yè)標(biāo)準，在實施過程中，主要是以微軟OLE(ObjectLinkingandEmbedding)、COM和DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)。除此之外，OPC能夠?qū)⒁徽捉涌?、屬性和方法呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)過程控制和制造業(yè)自動化控制操作。總的來說，COM模型優(yōu)勢主要集中在以下幾方面：第一，用戶希望能夠制定自己需要的應(yīng)用程序，反觀整個組件技術(shù)，從本質(zhì)角度來說可以被定制，用戶可以用相關(guān)組件對之前的進行替代。第二，由于組件屬于是應(yīng)用程序中獨立的部件，實際軟件的可重用性也得到了穩(wěn)步提升。第三，隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)重要性的提升，分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成為了軟件市場之中十分重要的賣點。站在COM組件程序角度來說，人們可以對交互進行重新定義，還需要將程序運行所需要的環(huán)境呈現(xiàn)出來。在實際COM標(biāo)準集中設(shè)計時，組件程序也被稱之為模塊，這其中可以是動態(tài)鏈接庫，也可以被當(dāng)作是進程內(nèi)的組件內(nèi)容。組件之中可以包含很多個對象，這主要是由于COM模型基本單元代表著對象，在程序之間相互通信的時候，對方應(yīng)該是COM對象，但無論是動態(tài)鏈接庫DLL，還是可執(zhí)行程序EXE，均能夠發(fā)送COM對象的相應(yīng)代碼載體。

2COM接口

2.1接口定義和標(biāo)識

這里所提到的接口代表著一組函數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，借助于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠?qū)⒔M件功能更好的呈現(xiàn)出來，借助于接口定義一組函數(shù)內(nèi)容，該類函數(shù)主要是通過組件對象將信息顯示出來，獲取更多組件服務(wù)對象。各個客戶程序也可以借助于函數(shù)指針，實現(xiàn)對接口成員函數(shù)的合理調(diào)用。一般來說，接口指針會指向另一個指針，另一個指針會指向新一組函數(shù)，這也是人們常說的接口函數(shù)。一般來說，人們主要是利用接口函數(shù)對虛函數(shù)進行表示，如果接口虛函數(shù)表是確定的，所有接口成員個數(shù)也會處于不變狀態(tài)。在接口定義過程中，信息確定應(yīng)該以二進制一級進行確認。從之前研究過程中能夠看出，接口并不具備變性特點，一個COM對象能夠支持多個接口，而且COM接口主要應(yīng)用的是唯一標(biāo)識符，如果對該類接口進行應(yīng)用，需要將接口所能提供的具體方式明確出來。

2.2接口特性

首先是二進制特點，COM接口具備很強的規(guī)范性特點，而且具備二進制一級標(biāo)準，具備表達能力的語言，均可以對該類接口進行描述，讓整個組件程序開發(fā)顯得更具可行性。其次是接口不變性，接口屬于客戶程序和組件程序的連接紐帶，能夠呈現(xiàn)出不變性特點，如果客戶程序和組件程序可以按照接口設(shè)計進行開發(fā)，當(dāng)獨立開發(fā)兩項程序之后，便會達到預(yù)期效果。再次是擴展性，接口在應(yīng)用過程中，能夠呈現(xiàn)出較強的繼承性特點，以說明繼承為主，這里所提到的說明繼承只是對成員函數(shù)進行有序說明，并不會將繼承接口實現(xiàn)，這主要是由于接口定義不包括函數(shù)實現(xiàn)，而且只能單繼承，不能多繼承。最后是多態(tài)性，多態(tài)性代表著面向組件對象的重要性，實際COM對象多態(tài)性讓客戶程序在同樣接口基礎(chǔ)上，對不同對象進行處理。

3COM結(jié)構(gòu)

3.1服務(wù)器模型

該種模型在設(shè)計過程中，主要是將對象和客戶之間的互動關(guān)系呈現(xiàn)出來，該過程主要是以服務(wù)器模型為基礎(chǔ)，該類服務(wù)器模型具備較強的穩(wěn)定性特點，能夠設(shè)立COM模型目標(biāo)，當(dāng)程序通信工作結(jié)束之后，穩(wěn)定性和可靠性也能得到有效展示。一般來說，COM不僅是服務(wù)器模型，客戶同樣可以提供服務(wù)，而且服務(wù)方也能具備組件對象功能。其中，一個對象可以是服務(wù)器模型，同樣也可以是客戶，實際COM能夠處理好所有情況?？偟膩碚f，服務(wù)器模型開發(fā)比較成功，為后續(xù)模型建設(shè)創(chuàng)造良好條件，而且用戶和服務(wù)器之間的關(guān)系也會變得更加靈活。

3.2COM庫

COM庫在設(shè)計過程中，需要將COM標(biāo)準呈現(xiàn)出來，該部分內(nèi)容主要涉及到的內(nèi)容為核心系統(tǒng)代碼，而且該部分代碼能夠使得對象和用戶之間通過二進制一級標(biāo)準，執(zhí)行相應(yīng)的交互操作。站在實際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)角度來說，COM庫主要以dll文件形式存在，這其中涉及到的內(nèi)容主要涉及到以下幾方面：第一，提供部分API函數(shù)開發(fā)客戶，以及服務(wù)器端COM應(yīng)用。從具體客戶端發(fā)展過程中能夠看出，主要是對函數(shù)進行創(chuàng)建的基本過程，而且在服務(wù)器端，主要是為用戶提供訪問支持。第二，為了對內(nèi)存標(biāo)準方式進行有效設(shè)計，人們可以做好整個控制進程中內(nèi)存的合理分配。一般來說，COM庫能夠做到組件按照統(tǒng)一方式進行交互設(shè)計，使得COM應(yīng)用在編寫過程中，不必編寫太多的基礎(chǔ)代碼，同樣也能為COM庫提供API編程過程。

4OPC開發(fā)背景和歷史

4.1OPC規(guī)范的產(chǎn)生背景

在早期計算機研究和發(fā)展上，為了確保不同硬件和軟件之間數(shù)據(jù)交換的合理性，相關(guān)工作人員需要花費很多時間和精力，實現(xiàn)整個通信程序的全面開發(fā)。但由于數(shù)據(jù)交換和通信工藝標(biāo)準的出現(xiàn)，才有了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得不同計算機能夠相互連接在一起。因此，企業(yè)在信息系統(tǒng)開發(fā)過程中，可以采用相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準數(shù)據(jù)庫，以及客戶服務(wù)器接口，讓整個程序自身功能開發(fā)變得更加完善。更為重要的是，很多工業(yè)自動化系統(tǒng)同樣存在一些問題，在互聯(lián)網(wǎng)的作用下，不同供應(yīng)商提供的設(shè)備也可以互相連接，并不需要軟件開發(fā)的配合。

4.2OPC的產(chǎn)生

最早進行OPC研究的公司主要有5家，最早的OPC標(biāo)準起源于1995年，微軟作為技術(shù)顧問，給予了很大的支持。到了1997年2月，OPC歐洲基金會正式成立，日本也在1998年5月正式成立了資本OPC協(xié)會。2000年之后，OPC基金會數(shù)量也開始逐步提升，截止到目前，全球已經(jīng)有300家企業(yè)加入到國際標(biāo)準組織之中。同時，控制設(shè)備廠商和軟件商制作的OPC產(chǎn)品數(shù)量也越來越多，為后續(xù)工作的開展創(chuàng)造了有利條件。

5OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范研究

OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范主要描述的是OPC服務(wù)器實現(xiàn)COM對象銜接，以及相應(yīng)接口的制作。另外，實際OPC邏輯對象內(nèi)容主要涉及到三方面，即服務(wù)器對象、組對象以及數(shù)據(jù)項對象，不同對象對應(yīng)著不同接口。其中，服務(wù)器對象主要應(yīng)用指定OPC服務(wù)器應(yīng)用程序名，并向OPC客戶端提供創(chuàng)建和操作OPC組對象的功能。組對象，主要是由若干Item和Group信息并邏輯組織數(shù)據(jù)項，其中一組可以當(dāng)作一個單元，最終處于激活或者是失活狀態(tài)。另一組能夠做到項目列表的準確訂閱，一旦數(shù)據(jù)發(fā)生變化，系統(tǒng)也會自動發(fā)出通知，為后續(xù)工作的開展提供有利條件。一般情況下，數(shù)據(jù)項之中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表著三個成員變量，即數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)質(zhì)量和時間戳。該種數(shù)據(jù)值主要是通過VARIANT形式表現(xiàn)出來的。通過對數(shù)據(jù)項的有效定義，OPC技術(shù)盡可能將設(shè)備特殊信息去除掉，此時，OPC服務(wù)器的通用性特點也會得到大幅提升。

6OPC數(shù)據(jù)訪問形式

首先是同步訪問形式，該種訪問形式主要是將OPC服務(wù)器按照OPC應(yīng)用程序要求，將得到的訪問數(shù)據(jù)作為方法反饋給OPC應(yīng)用程序，在實際結(jié)果被返回之前，OPC應(yīng)用程序主要是處于等待狀態(tài)。其次是異步訪問形式，當(dāng)OPC服務(wù)器接收到OPC應(yīng)用程序要求之后，需要立即將方法返回，這也是對OPC應(yīng)用程序進行有效處理的基本過程。當(dāng)OPC服務(wù)器完成數(shù)據(jù)訪問時，整個應(yīng)用程序的異步訪問事件也就相繼完成，進而將數(shù)據(jù)訪問結(jié)果傳輸?shù)絆PC應(yīng)用程序之中。而且OPC應(yīng)用程序在VB事件處理上，能夠?qū)碓从贠PC服務(wù)器數(shù)據(jù)進行接收。最后是訂閱訪問方式，該方式主要是確保服務(wù)器能夠按照一定的更新周期，實現(xiàn)對OPC服務(wù)器緩沖值的重新表示，倘若數(shù)值出現(xiàn)變化，便會通知OPC應(yīng)用程序，控制好整個系統(tǒng)的工作負荷。

7結(jié)論

由于不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備之中，通信協(xié)議存在差異性，為數(shù)據(jù)交互操作制造了很大麻煩。為此，相關(guān)工作人員需要借助于OPC協(xié)議，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集，進而將更好的適應(yīng)性特點呈現(xiàn)出來，并將OPC技術(shù)應(yīng)用到船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信過程之中。相關(guān)工作人員需要對COM技術(shù)進行熟練掌握，強化整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信水準。

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作者：秦峰 張鳳才 李旻 單位：中國船舶重工集團公司第七二二研究所