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(cái)務(wù)分析/決策為核心的整體資源優(yōu)化的技術(shù)，強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃性;MES系統(tǒng)以生產(chǎn)綜合指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過程優(yōu)化控制、生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化操作的技術(shù)，強(qiáng)調(diào)計(jì)劃的執(zhí)行;PCS系統(tǒng)以設(shè)備綜合管理控制為核心的技術(shù)，強(qiáng)調(diào)設(shè)備的控制。要實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)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(yīng)用程序訪問過程控制設(shè)備的方法有三種：

(1)驅(qū)動(dòng)程序法，如圖2所示，使用M個(gè)應(yīng)用軟件，N個(gè)設(shè)備，則驅(qū)動(dòng)程序數(shù)目為M×N。缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)人員花費(fèi)大量精力開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。

圖2 驅(qū)動(dòng)程序法

(2)DDE方法，如圖3所示，結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，但需要專用DDE導(dǎo)出鏈表。缺點(diǎn)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(yīng)分布式應(yīng)用。

圖3 DDE方法

(3)OPC方法，如圖4所示，任何一種設(shè)備只需要提供一種驅(qū)動(dòng)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(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǔ)，提供的一個(gè)公共接口集，用來進(jìn)行過程控制和制造自動(dòng)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(shè)備的細(xì)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(yīng)商的開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。

OPC COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)采用的是客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，要求所有的硬件供應(yīng)商將硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序封裝成獨(dú)立的服務(wù)器，負(fù)責(zé)向OPC客戶端不斷地提供數(shù)據(jù)，應(yīng)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(yīng)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(shè)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(wù)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(biāo)準(zhǔn)主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問接口(Data Access Interface)規(guī)范、報(bào)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問接口規(guī)范面向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)處理;報(bào)警及事件接口規(guī)范面向高度敏感的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);歷史數(shù)據(jù)訪問接口規(guī)范面向用來進(jìn)行趨勢(shì)顯示、歷史分析、報(bào)表的數(shù)據(jù)。

OPC XML技術(shù)

隨著Web技術(shù)的發(fā)展，Web服務(wù)為OPC技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更為廣闊的前景。Web服務(wù)是創(chuàng)建可互操作的分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)，其主要目標(biāo)是跨平臺(tái)的可互操作性，Web服務(wù)是完全基于XML等獨(dú)立于平臺(tái)及軟件供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，而新一代的Web編程通過廣泛采用XML Web Services定義，使其可以實(shí)現(xiàn)基于Web的分布式計(jì)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(duì)應(yīng)于現(xiàn)存的OPC-COM的接口，OPC基金會(huì)選擇XML作為準(zhǔn)確進(jìn)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(yùn)用OPC COM/DCOM進(jìn)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(jìn)一步深化，現(xiàn)代MES對(duì)OPC產(chǎn)生了以下兩個(gè)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(jìn)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(jìn)一步擴(kuò)展其能力，從而構(gòu)建基于Internet集成的企業(yè)應(yīng)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(shí)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(jìn)程，成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息連通的巨大障礙。

通過對(duì)OPC技術(shù)的全面了解，可以知道，OPC技術(shù)對(duì)企業(yè)的發(fā)展，起到了極大的推動(dòng)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(tái)和計(jì)算環(huán)境，提供了一個(gè)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(wù)器的支持，而目前，要求成千上萬的OPC COM/DCOM服務(wù)器全部進(jìn)行改造或推出新版本是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)際上，當(dāng)前許多OPC COM/DCOM服務(wù)器在車間層都運(yùn)行得很好，且DCOM執(zhí)行的效率比Web服務(wù)要快，而OPC XML執(zhí)行效率還有待進(jìn)一步的提高，這就使得OPC COM/DCOM服務(wù)器必將在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)存在，而不會(huì)立即被淘汰。

目前，對(duì)于那些將速度、效率和有效性作為主要目標(biāo)的應(yīng)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(yīng)用，將在一定的時(shí)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(kuò)展其Web服務(wù)接口;對(duì)于那些以企業(yè)連通性作為其主要目標(biāo)而執(zhí)行效率要求不高的場(chǎng)所，采用OPC XML DA的Web服務(wù)，將為企業(yè)自動(dòng)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)