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

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摘要：本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)OPC（OLEforProcessControl）基礎(chǔ)COM(ComponentObjectModel)技術(shù)概述進(jìn)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(zhǔn)，在實(shí)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(lái)，實(shí)現(xiàn)過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化控制操作。總的來(lái)說(shuō)，COM模型優(yōu)勢(shì)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(gè)組件技術(shù)，從本質(zhì)角度來(lái)說(shuō)可以被定制，用戶可以用相關(guān)組件對(duì)之前的進(jìn)行替代。第二，由于組件屬于是應(yīng)用程序中獨(dú)立的部件，實(shí)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(chǎng)之中十分重要的賣點(diǎn)。站在COM組件程序角度來(lái)說(shuō)，人們可以對(duì)交互進(jìn)行重新定義，還需要將程序運(yùn)行所需要的環(huán)境呈現(xiàn)出來(lái)。在實(shí)際COM標(biāo)準(zhǔn)集中設(shè)計(jì)時(shí)，組件程序也被稱之為模塊，這其中可以是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，也可以被當(dāng)作是進(jìn)程內(nèi)的組件內(nèi)容。組件之中可以包含很多個(gè)對(duì)象，這主要是由于COM模型基本單元代表著對(duì)象，在程序之間相互通信的時(shí)候，對(duì)方應(yīng)該是COM對(duì)象，但無(wú)論是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL，還是可執(zhí)行程序EXE，均能夠發(fā)送COM對(duì)象的相應(yīng)代碼載體。

2COM接口

2.1接口定義和標(biāo)識(shí)

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(lái)，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(duì)象將信息顯示出來(lái)，獲取更多組件服務(wù)對(duì)象。各個(gè)客戶程序也可以借助于函數(shù)指針，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口成員函數(shù)的合理調(diào)用。一般來(lái)說(shuō)，接口指針會(huì)指向另一個(gè)指針，另一個(gè)指針會(huì)指向新一組函數(shù)，這也是人們常說(shuō)的接口函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，人們主要是利用接口函數(shù)對(duì)虛函數(shù)進(jìn)行表示，如果接口虛函數(shù)表是確定的，所有接口成員個(gè)數(shù)也會(huì)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(jìn)制一級(jí)進(jìn)行確認(rèn)。從之前研究過程中能夠看出，接口并不具備變性特點(diǎn)，一個(gè)COM對(duì)象能夠支持多個(gè)接口，而且COM接口主要應(yīng)用的是唯一標(biāo)識(shí)符，如果對(duì)該類接口進(jìn)行應(yīng)用，需要將接口所能提供的具體方式明確出來(lái)。

2.2接口特性

首先是二進(jìn)制特點(diǎn)，COM接口具備很強(qiáng)的規(guī)范性特點(diǎn)，而且具備二進(jìn)制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具備表達(dá)能力的語(yǔ)言，均可以對(duì)該類接口進(jìn)行描述，讓整個(gè)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(diǎn)，如果客戶程序和組件程序可以按照接口設(shè)計(jì)進(jìn)行開發(fā)，當(dāng)獨(dú)立開發(fā)兩項(xiàng)程序之后，便會(huì)達(dá)到預(yù)期效果。再次是擴(kuò)展性，接口在應(yīng)用過程中，能夠呈現(xiàn)出較強(qiáng)的繼承性特點(diǎn)，以說(shuō)明繼承為主，這里所提到的說(shuō)明繼承只是對(duì)成員函數(shù)進(jìn)行有序說(shuō)明，并不會(huì)將繼承接口實(shí)現(xiàn)，這主要是由于接口定義不包括函數(shù)實(shí)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(duì)象的重要性，實(shí)際COM對(duì)象多態(tài)性讓客戶程序在同樣接口基礎(chǔ)上，對(duì)不同對(duì)象進(jìn)行處理。

3COM結(jié)構(gòu)

3.1服務(wù)器模型

該種模型在設(shè)計(jì)過程中，主要是將對(duì)象和客戶之間的互動(dòng)關(guān)系呈現(xiàn)出來(lái)，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(qiáng)的穩(wěn)定性特點(diǎn)，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(lái)說(shuō)，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(duì)象功能。其中，一個(gè)對(duì)象可以是服務(wù)器模型，同樣也可以是客戶，實(shí)際COM能夠處理好所有情況?？偟膩?lái)說(shuō)，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(huì)變得更加靈活。

3.2COM庫(kù)

COM庫(kù)在設(shè)計(jì)過程中，需要將COM標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)出來(lái)，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(duì)象和用戶之間通過二進(jìn)制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行相應(yīng)的交互操作。站在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)角度來(lái)說(shuō)，COM庫(kù)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(duì)函數(shù)進(jìn)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(duì)內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，人們可以做好整個(gè)控制進(jìn)程中內(nèi)存的合理分配。一般來(lái)說(shuō)，COM庫(kù)能夠做到組件按照統(tǒng)一方式進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，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(kù)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(jì)算機(jī)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(fèi)很多時(shí)間和精力，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(zhǔn)的出現(xiàn)，才有了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得不同計(jì)算機(jī)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(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，以及客戶服務(wù)器接口，讓整個(gè)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(dòng)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(jìn)行OPC研究的公司主要有5家，最早的OPC標(biāo)準(zhǔn)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(huì)正式成立，日本也在1998年5月正式成立了資本OPC協(xié)會(huì)。2000年之后，OPC基金會(huì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織之中。同時(shí)，控制設(shè)備廠商和軟件商制作的OPC產(chǎn)品數(shù)量也越來(lái)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(shí)現(xiàn)COM對(duì)象銜接，以及相應(yīng)接口的制作。另外，實(shí)際OPC邏輯對(duì)象內(nèi)容主要涉及到三方面，即服務(wù)器對(duì)象、組對(duì)象以及數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)象，不同對(duì)象對(duì)應(yīng)著不同接口。其中，服務(wù)器對(duì)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(duì)象的功能。組對(duì)象，主要是由若干Item和Group信息并邏輯組織數(shù)據(jù)項(xiàng)，其中一組可以當(dāng)作一個(gè)單元，最終處于激活或者是失活狀態(tài)。另一組能夠做到項(xiàng)目列表的準(zhǔn)確訂閱，一旦數(shù)據(jù)發(fā)生變化，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)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(xiàng)之中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表著三個(gè)成員變量，即數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)質(zhì)量和時(shí)間戳。該種數(shù)據(jù)值主要是通過VARIANT形式表現(xiàn)出來(lái)的。通過對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)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(shí)，OPC服務(wù)器的通用性特點(diǎn)也會(huì)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(shí)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(duì)OPC應(yīng)用程序進(jìn)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(shí)，整個(gè)應(yīng)用程序的異步訪問事件也就相繼完成，進(jìn)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)?lái)源于OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)通知OPC應(yīng)用程序，控制好整個(gè)系統(tǒng)的工作負(fù)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)而將更好的適應(yīng)性特點(diǎn)呈現(xiàn)出來(lái)，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(duì)COM技術(shù)進(jìn)行熟練掌握，強(qiáng)化整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信水準(zhǔn)。

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作者：秦峰 張鳳才 李旻 單位：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所