基于ERP/MES/PCS三層架構(gòu)的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)模型如圖1所示。其中ERP系統(tǒng)以財務分析/決策為核心的整體資源優(yōu)化的技術(shù)，強調(diào)企業(yè)的計劃性;MES系統(tǒng)以生產(chǎn)綜合指標為目標的生產(chǎn)過程優(yōu)化控制、生產(chǎn)運行優(yōu)化操作的技術(shù)，強調(diào)計劃的執(zhí)行;PCS系統(tǒng)以設備綜合管理控制為核心的技術(shù)，強調(diào)設備的控制。要實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化(即管控一體化)，處于中間層的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES是不可或缺的。

圖1 ERP/MES/PCS三層架構(gòu)集成制造系統(tǒng)

應用程序訪問過程控制設備的方法有三種：

(1)驅(qū)動程序法，如圖2所示，使用M個應用軟件，N個設備，則驅(qū)動程序數(shù)目為M×N。缺點在于結(jié)構(gòu)復雜，開發(fā)人員花費大量精力開發(fā)驅(qū)動程序。

圖2 驅(qū)動程序法

(2)DDE方法，如圖3所示，結(jié)構(gòu)不太復雜，但需要專用DDE導出鏈表。缺點在于數(shù)據(jù)的傳送速度較慢，功能缺乏柔韌性，可靠性難以令人滿意，不適應分布式應用。

圖3 DDE方法

(3)OPC方法，如圖4所示，任何一種設備只需要提供一種驅(qū)動就可以供任何軟件系統(tǒng)使用。與其他兩種方法相比，優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)工作量小，數(shù)據(jù)傳送速度快，可靠性高。

圖4 OPC方法

OPC技術(shù)及其發(fā)展

OPC COM/DCOM技術(shù)

一般所指的OPC(Ole for Process Control)技術(shù)就是OPC-COM/DCOM技術(shù)，是以微軟的COM、DCOM技術(shù)為基礎，提供的一個公共接口集，用來進行過程控制和制造自動化軟件模塊間交換和共享數(shù)據(jù)使用戶在系統(tǒng)開發(fā)過程中不必關(guān)心過程控制中的控制軟件和設備的細節(jié)，從而為用戶提供一種開放、靈活的即插即用軟件解決方案，并且最大限度地減少了硬件、軟件供應商的開發(fā)和維護費用。

OPC COM/DCOM標準采用的是客戶/服務器結(jié)構(gòu)，要求所有的硬件供應商將硬件設備驅(qū)動程序封裝成獨立的服務器，負責向OPC客戶端不斷地提供數(shù)據(jù)，應用程序開發(fā)商可以根據(jù)OPC的需要，使用任何語言來寫出程序代碼。上層應用作為OPC客戶端，可以不包含任何通信接口程序，不必關(guān)心底層的硬件設備特性，也不必考慮軟硬件如何通信，只要遵循數(shù)據(jù)接口協(xié)議，就能夠從數(shù)據(jù)服務器中取得數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的靈活配置和多種系統(tǒng)的真正集成。

OPC COM/DCOM標準主要包括實時數(shù)據(jù)訪問接口(Data Access Interface)規(guī)范、報警及事件接口(Alarm and Event Interface)規(guī)范、歷史數(shù)據(jù)訪問接口(Historical Data Access Interface)規(guī)范、安全規(guī)范(OPCSecurity)、OPCBatch和OPC數(shù)據(jù)交換規(guī)范(OPC Data Exchange)等。實時數(shù)據(jù)訪問接口規(guī)范面向?qū)崟r數(shù)據(jù)處理;報警及事件接口規(guī)范面向高度敏感的實時數(shù)據(jù);歷史數(shù)據(jù)訪問接口規(guī)范面向用來進行趨勢顯示、歷史分析、報表的數(shù)據(jù)。

OPC XML技術(shù)

隨著Web技術(shù)的發(fā)展，Web服務為OPC技術(shù)的進一步發(fā)展提供了更為廣闊的前景。Web服務是創(chuàng)建可互操作的分布式應用程序的新平臺，其主要目標是跨平臺的可互操作性，Web服務是完全基于XML等獨立于平臺及軟件供應商的標準，而新一代的Web編程通過廣泛采用XML Web Services定義，使其可以實現(xiàn)基于Web的分布式計算和處理。

在近幾年，XML由于其開放性和系統(tǒng)無關(guān)性，已經(jīng)成為受歡迎的數(shù)據(jù)編碼和交換格式。對應于現(xiàn)存的OPC-COM的接口，OPC基金會選擇XML作為準確進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鼓芗夹g(shù)。

MES過程信息集成的新需求

傳統(tǒng)MES已經(jīng)成功地運用OPC COM/DCOM進行了車間局域網(wǎng)過程信息集成，但隨著企業(yè)信息化的進一步深化，現(xiàn)代MES對OPC產(chǎn)生了以下兩個方面的新需求：

(1)基于Internet的過程信息集成傳統(tǒng)的MES都是在企業(yè)的局域網(wǎng)內(nèi)進行集成，但隨著Internet的發(fā)展，企業(yè)要求MES可以穿越企業(yè)的防火墻來傳遞車間過程信息，可以通過Internet來進一步擴展其能力，從而構(gòu)建基于Internet集成的企業(yè)應用。

(2)多操作環(huán)境的過程信息集成由于歷史的“遺留系統(tǒng)”以及企業(yè)信息化實施的差異，在企業(yè)內(nèi)部普遍存在多操作環(huán)境并存的現(xiàn)象，在一定的程度上束縛了企業(yè)過程信息集成的進程，成為企業(yè)實現(xiàn)信息連通的巨大障礙。

通過對OPC技術(shù)的全面了解，可以知道，OPC技術(shù)對企業(yè)的發(fā)展，起到了極大的推動作用，特別是OPC XML DA技術(shù)的出現(xiàn)，使得OPC可以友好地穿過企業(yè)的防火墻，可以支持更多的平臺和計算環(huán)境，提供了一個解決問題的新方法。

圖5 基于OPC的MES方式

但由于其作為一種新技術(shù)，它的廣泛推廣，還需要更多的OPC XML服務器的支持，而目前，要求成千上萬的OPC COM/DCOM服務器全部進行改造或推出新版本是不現(xiàn)實的。實際上，當前許多OPC COM/DCOM服務器在車間層都運行得很好，且DCOM執(zhí)行的效率比Web服務要快，而OPC XML執(zhí)行效率還有待進一步的提高，這就使得OPC COM/DCOM服務器必將在很長的一段時間內(nèi)繼續(xù)存在，而不會立即被淘汰。

目前，對于那些將速度、效率和有效性作為主要目標的應用，特別是在工廠局域網(wǎng)內(nèi)，大多數(shù)現(xiàn)存的OPC COM/DCOM應用，將在一定的時段內(nèi)繼續(xù)采用OPC COM/DCOM技術(shù)。為了企業(yè)信息化發(fā)展的需求，可以擴展其Web服務接口;對于那些以企業(yè)連通性作為其主要目標而執(zhí)行效率要求不高的場所，采用OPC XML DA的Web服務，將為企業(yè)自動化的發(fā)展提供良好的技術(shù)支持。

圖6 基于OPC的MES總體架構(gòu)