使用VC++开发OPC服务器：实例详解与实践
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简介：OPC是工业自动化中用于软件间数据交换的标准。本实例包以VC++为基础，通过示例项目让开发者学会如何创建和管理OPC服务器。包括关键文件分析、遵循OPC规范开发的关键概念理解和实践任务，涵盖了OPC通信机制的深入学习。
1. OPC简介与工业自动化中的作用
1.1 工业自动化与OPC的起源
工业自动化是利用各种控制技术、计算机技术等信息处理技术来实现工业生产过程的自动化控制。在自动化领域，OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的OLE）技术起到了桥梁的作用，它允许来自不同厂商的工业自动化设备和应用软件之间进行互操作，促进了工业控制系统的标准化。
1.2 OPC在工业系统中的重要性
随着工业4.0的发展和智能制造的推进，工业系统中设备种类繁多，异构性强。OPC统一了数据访问方式，使工程师和开发者可以忽略底层设备的具体实现，专注于应用层的开发，极大地简化了工业控制系统集成的复杂度。
1.3 OPC标准与协议
OPC作为一种开放标准，定义了一系列接口，通过这些接口可以实现不同平台上的设备和应用程序之间的高效数据通信。OPC标准覆盖了从设备通讯、数据采集到客户端应用程序的各种需求，极大地提升了工业控制系统的互操作性和模块化。
在OPC的众多接口标准中，OPC DA（Data Access）是最为经典的，它主要用于实时数据访问。随着技术的发展，OPC HDA（Historical Data Access）用于历史数据访问，而OPC UA（Unified Architecture）则旨在提供一个跨平台、安全可靠的数据通信解决方案，它整合了数据访问、报警、事件、历史数据和程序调用等多种功能。
通过本章，读者将对OPC有一个整体的认识，并了解到它在现代工业自动化中的重要作用和意义。接下来的章节中，我们将深入了解OPC服务器的开发和部署，以及如何通过OPC实现工业自动化中的数据通信和控制。
2. OPC服务器开发的关键文件概览
2.1 工程文件的结构与组织
2.1.1 Visual C++工程文件布局
在Visual C++开发环境中，一个典型的OPC服务器工程文件布局包含以下核心文件和文件夹结构：
- 工程文件（.vcxproj） : 包含工程的编译和配置信息。
- 解决方案文件（.sln） : 包含所有相关工程的解决方案。
- 源代码文件夹（src/） : 包含所有源代码文件（.cpp）。
- 头文件夹（include/） : 包含所有头文件（.h）。
- 资源文件夹（res/） : 包含资源文件（.rc），如对话框模板、图标等。
- 配置文件夹（config/） : 包含配置文件（.ini或.xml）。
- 文档文件（Readme.md） : 包含项目文档说明。
代码块展示了如何在Visual C++环境中创建一个简单的工程项目，包含一个Hello World示例：
// example.vcxproj (部分)
Application
UseMfc
2.1.2 头文件和源文件的作用
2.1.2.1 头文件（.h）的定义与作用
头文件通常用于声明类、函数原型、宏定义以及使用extern关键字声明外部变量。它们的主要作用包括：
- 类型定义 : 通过typedef或struct定义数据结构。
- 函数声明 : 提供函数的接口，使得在源文件中可以调用这些函数。
- 宏定义 : 简化代码，提供代码编译时的常量或条件编译。
- 外部变量声明 : 使用extern声明的变量可以跨文件共享。
2.1.2.2 源文件（.cpp）的作用
源文件包含了程序的实现细节，即函数的具体定义和程序的主函数入口。它们的主要作用包括：
- 函数定义 : 提供了函数声明的实际代码，实现了函数的功能。
- 主函数入口 : 程序的执行始于main函数。
- 代码逻辑 : 包含了程序的业务逻辑，包括数据处理和算法实现。
2.2 配置文件与资源文件解析
2.2.1 配置文件(.ini或.xml)的作用
配置文件通常用于存储应用程序的配置信息，允许在不修改源代码的情况下调整程序行为。在OPC服务器中，配置文件可以包含连接信息、服务器设置以及外部资源路径等。
- .ini文件 : 简单的键值对格式，适用于小型到中型配置。
- .xml文件 : 结构化的标记语言，适用于复杂的配置信息。
# config.ini (示例)
[OPCServer]
Address=127.0.0.1
Port=4840
127.0.0.1
4840
2.2.2 资源文件(.rc)的管理
资源文件用于定义程序中使用的非代码资源，如对话框、菜单、字符串等。在OPC服务器开发中，资源文件可以管理用户界面元素以及用于服务器配置的文本。
// res/resource.rc (部分)
STRINGTABLE
BEGIN
IDS_APP_TITLE "OPC Server"
END
在资源文件中定义的字符串、图标和其他资源可以在源代码中通过资源ID访问，这样可以将用户界面与程序逻辑分离，有助于程序的国际化和本地化。
接下来，让我们深入探索OPC服务器开发中的配置文件与资源文件，了解它们如何在实际开发中发挥作用，并分析如何有效地管理和利用这些文件以增强OPC服务器的可维护性和用户体验。
3. OPC服务器开发的关键概念理解
3.1 OPC接口标准概览
3.1.1 OPC DA、HDA和UA的对比
OPC（OLE for Process Control）是一个工业自动化领域的标准，它允许独立的软件应用程序和硬件设备通过标准化的接口交换数据和信息。随着技术的发展，OPC已经衍生出多个不同的版本，以满足不同层次的应用需求。其中，OPC DA（Data Access）、HDA（Historical Data Access）和UA（Unified Architecture）是三个最为广泛采用的标准。
-
OPC DA 是最早被广泛采用的OPC标准，主要用于实时数据的交换。它以COM（Component Object Model）为基础，主要用于现场设备和控制系统之间的数据交互。OPC DA适用于Windows平台，支持实时数据的读写，但其扩展性和网络功能有限。
-
OPC HDA 是针对历史数据访问的OPC标准。在工业自动化系统中，历史数据的分析和报告是至关重要的。OPC HDA提供了对历史数据的读取、查询和管理的功能，允许应用程序访问历史趋势数据以及归档数据。与OPC DA不同，OPC HDA通常不用于实时数据的访问。
-
OPC UA 则是OPC基金会推出的下一代标准，旨在解决以前标准中存在的可扩展性、可靠性和安全性问题。OPC UA提供了一个统一的通信框架，支持跨平台应用，并且具备丰富的数据模型定义和安全通信机制。OPC UA是一个全面的标准，涵盖了DA和HDA的功能，同时也增加了许多新功能，如设备管理、安全和复杂的数据处理。
下表将对这三个标准进行简要比较：
| 特性/标准 | OPC DA | OPC HDA | OPC UA |
|---|---|---|---|
| 适用平台 | Windows | Windows | 跨平台 |
| 数据类型 | 实时数据 | 历史数据 | 实时和历史数据 |
| 网络功能 | 有限 | 有限 | 支持 |
| 安全性 | 有限 | 有限 | 高 |
| 扩展性 | 低 | 低 | 高 |
| 标准化程度 | 较老 | 较老 | 最新 |
3.1.2 服务器、客户端和服务接口
在OPC架构中，服务器和客户端是两个核心概念。服务器负责管理数据源，并提供对数据的访问。客户端则是访问这些数据的应用程序。OPC定义了客户端与服务器之间的通信机制和接口，使得不同的客户端能够从不同厂商的服务器上读取数据，而无需知道数据是如何被存储和管理的。
服务器可以是直接连接到现场设备的本地服务器，也可以是一个位于网络中的远程服务器，它们通过一个或者多个接口与客户端进行通信。这些接口可以是同步的，如DA接口，也可以是异步的，如UA接口。
服务接口的定义遵循COM技术规范，包括以下几个主要的接口类型：
- OPCBrowseServerAddressSpace ：提供对服务器地址空间的浏览功能。
- OPCItemMgt ：管理数据项的订阅和取消订阅。
- OPCGroupMgt ：管理数据项分组，以及数据的读取和写入。
- OPCAsyncIO ：支持异步读写数据。
- OPCHDA ：提供历史数据访问的功能。
每个接口都是为了满足不同的需求而设计的，客户端可以根据自己的需要使用一个或者多个接口来访问服务器上的数据。
3.2 OPC数据模型与地址空间
3.2.1 地址空间的概念和组成
OPC服务器的地址空间是逻辑上的一个存储空间，用于组织OPC服务器可以提供的数据。它模仿了典型的文件系统目录结构，允许数据组织为树状结构，类似于文件系统中的文件夹和文件。在OPC中，树的每一个节点都可以看作是一个对象或变量，每个对象或变量都有一个唯一的标识符（ID），称作ItemID。
地址空间的组成主要包括以下元素：
- Folders （文件夹）：用于组织和分类数据项。文件夹内可以包含文件夹和数据项，形成层级结构。
- Items （数据项）：数据项对应于实际的监控点或数据点，是最基本的数据访问单元。
- Properties （属性）：每个数据项可以有多个属性，这些属性包含了关于数据项的元数据（如标签名、数据类型、值范围等）。
地址空间的设计和实现对OPC服务器的性能和扩展性至关重要。一个好的地址空间设计可以简化数据的管理和访问，提高数据交互的效率。
3.2.2 数据项、属性和变量的处理
在OPC服务器中，数据项、属性和变量是构建地址空间的核心。以下是它们的定义和处理方式：
-
数据项（Items） ：数据项代表了服务器中的实际数据点。它们可以代表传感器的读数、控制输出、报警状态等等。数据项的管理包括增加、删除、读取和写入操作。
-
属性（Properties） ：每个数据项都有一系列属性，这些属性提供了关于数据项的详细信息。例如，一个温度传感器的数据项可能有如下属性：名称、单位、最小值、最大值、读取间隔等。属性的读取是OPC接口常见的操作之一。
-
变量（Variables） ：在OPC UA中，变量是用来表示数据项的一种方式。OPC UA的地址空间是由具有层次结构的变量构成，每个变量都有自己的值以及一组属性，定义了其元数据。
在OPC规范中，这些元素的处理一般涉及到以下的操作：
- 读取（Read） ：从服务器获取数据项的当前值和属性信息。
- 写入（Write） ：向服务器的数据项发送新的值。
- 浏览（Browse） ：遍历服务器地址空间，检索文件夹和数据项的组织结构。
- 订阅（Subscribe） ：客户端可以订阅特定数据项的变化，当数据发生变化时，服务器主动通知客户端。
例如，一个OPC DA服务器可以提供以下COM接口方法：
// IDispatch 接口方法，用于读取数据项的值
HRESULT Read(
[in] long dwCount,
[in, size_is(dwCount)] OPCHDA_ITEM(Item) *pItemArray,
[in] long bActive,
[out, size_is(dwCount), size_alloc(dwCount)] OPCHDA_DATA(Item) **ppDataArray
);
// IDispatch 接口方法，用于写入数据项的值
HRESULT Write(
[in] long dwCount,
[in, size_is(dwCount)] OPCHDA_ITEM(Item) *pItemArray,
[in] long bActive,
[in, size_is(dwCount), size_alloc(dwCount)] OPCHDA_DATA(Item) *pDataArray
);
在这段代码中， Read 和 Write 方法分别用于读取和写入数据项的值。 dwCount 参数指定要操作的数据项数量， pItemArray 指定了要操作的数据项数组， bActive 参数表示操作是否立即生效， ppDataArray 和 pDataArray 分别用于返回读取的数据和接收要写入的数据。
OPC服务器开发人员需要通过实现这些接口来暴露服务器上的数据，并确保它们能够被客户端正确地读取和写入。
4. OPC规范与通信协议的实现
4.1 OPC协议栈和数据传输
4.1.1 TCP/IP在OPC中的应用
在工业自动化领域，数据传输的可靠性和效率是至关重要的。TCP/IP协议由于其稳定性被广泛应用于OPC数据传输。在OPC经典架构中，DA (Data Access) 和HDA (Historical Data Access) 服务通常使用TCP/IP进行数据通信。TCP (Transmission Control Protocol) 提供了一个可靠的、面向连接的通信服务，确保数据包的顺序和完整性。IP (Internet Protocol) 负责将这些数据包从源主机传输到目标主机。
为了在OPC中使用TCP/IP，服务器和客户端将共同协商确定连接参数，如端口号和IP地址。通信过程包括建立连接、数据交换和断开连接三个主要步骤。连接建立后，数据即可开始传输，数据包按照规定的格式进行封装，然后通过网络层发送到对端。数据接收端收到数据包后进行相应的解析，确保数据的完整性和正确性。
以下是一个简单的TCP客户端和服务器通信的代码示例，用C++编写，它展示了如何建立一个TCP连接以及如何发送和接收数据。
// TCP Client Example
#include
#include
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") // Winsock Library
int main() {
WSADATA wsaData;
SOCKET clientSocket;
struct sockaddr_in serverAddr;
char message[] = "Hello, Server!";
char serverReply[2000];
int recvSize;
// 初始化Winsock
WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
// 创建套接字
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 设置服务器地址结构
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(8888); // 使用1234端口
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
// 连接到服务器
connect(clientSocket, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
// 发送数据
send(clientSocket, message, strlen(message), 0);
// 接收数据
recvSize = recv(clientSocket, serverReply, 2000, 0);
serverReply[recvSize] = ' ';
std::cout << "Reply received: " << serverReply << std::endl;
// 关闭套接字
closesocket(clientSocket);
WSACleanup();
return 0;
}
// TCP Server Example
#include
#include
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") // Winsock Library
int main() {
WSADATA wsaData;
SOCKET serverSocket, clientSocket;
struct sockaddr_in serverAddr, clientAddr;
int clientAddrSize = sizeof(clientAddr);
char message[] = "Hello, Client!";
char clientRequest[2000];
int recvSize;
// 初始化Winsock
WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
// 创建套接字
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 设置服务器地址结构
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(8888);
serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
// 绑定套接字
bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
// 开始监听
listen(serverSocket, 3);
// 等待客户端连接
clientSocket = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrSize);
// 接收数据
recvSize = recv(clientSocket, clientRequest, 2000, 0);
clientRequest[recvSize] = ' ';
std::cout << "Request received: " << clientRequest << std::endl;
// 发送数据
send(clientSocket, message, strlen(message), 0);
// 关闭套接字
closesocket(clientSocket);
closesocket(serverSocket);
WSACleanup();
return 0;
}
4.1.2 HTTP和Web服务的集成
除了传统的TCP/IP通信，OPC规范也支持HTTP协议，尤其是在OPC UA (Unified Architecture) 中，HTTP作为传输机制之一被广泛采用。HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 是Web开发中使用的标准协议，它基于TCP/IP，提供了灵活的数据交换方式。与TCP/IP相比，HTTP更加轻量级，并且易于通过防火墙，因为它通常使用80端口。
在OPC UA中，HTTP和Web服务的集成允许OPC服务器通过标准的HTTP接口对外提供服务。这使得数据可以通过Web页面或Web服务进行访问，扩展了OPC的应用场景。此外，通过HTTP传输数据可以使用SSL/TLS进行加密，增强了数据传输的安全性。
HTTP在OPC UA中的应用涉及以下几个方面：
-
RESTful接口 ：通过RESTful API，开发者可以使用HTTP的GET、POST、PUT、DELETE等方法来访问和操作服务器上的资源。
-
Web服务描述语言（WSDL） ：WSDL用于描述Web服务，使得开发者可以了解服务端点、操作以及通信协议等信息。
-
数据序列化 ：HTTP传输的数据通常需要被序列化成XML或JSON等格式，以便于客户端解析和理解。
为了实现HTTP通信，一个典型的OPC UA服务器可能需要包含以下组件：
- HTTP协议栈 ：负责处理HTTP请求和响应。
- 数据序列化/反序列化器 ：将服务器端的数据结构转换成适合HTTP传输的格式。
- 消息处理器 ：负责解析请求，执行相关操作，并生成响应消息。
下面是一个简化的OPC UA服务器可能实现的一个HTTP接口处理流程的伪代码：
// OPC UA HTTP Server Interface Example
#include
#include
using namespace std;
using namespace restbed;
void get_handler( const shared_ptr& session, const function& callback ) {
// 读取数据逻辑
string response_data = "OPC UA Server Response";
// 发送HTTP响应
session->close( OK, response_data, { { "Content-Type", "text/plain" } } );
}
int main( int argc, char** argv ) {
// 创建HTTP服务器
Service service;
service.set_port( 1234 ); // 使用1234端口
// 配置GET请求处理
string resource = "/data";
service.get( resource, get_handler );
// 启动服务
service.start();
return 0;
}
4.2 安全机制与认证授权
4.2.1 安全认证的基本原理
在工业自动化系统中，通信安全至关重要，特别是在互联网环境下。OPC规范定义了一套安全机制和认证授权方法，用于保障数据传输的安全性和系统资源的访问控制。
安全机制通常包括以下几个方面：
-
身份认证 ：确保通信双方的身份验证，常用的认证方式包括用户名/密码、X.509证书等。
-
数据加密 ：使用加密技术对传输的数据进行加密，如SSL/TLS。
-
消息完整性 ：确保数据在传输过程中没有被篡改，常见的方法有数字签名和消息摘要。
-
访问控制 ：限制对特定资源的访问，确保只有授权用户才能执行操作。
4.2.2 访问控制和加密技术
访问控制是安全机制中的重要组成部分，它根据用户的身份和权限，对系统中的资源访问进行管理。访问控制模型通常基于角色的访问控制（RBAC），它定义了用户角色和权限分配，通过角色来管理用户的访问权限。
加密技术用于保护数据在公共网络上的传输安全。在OPC UA中，通过TLS/SSL实现数据加密和安全通道的建立。TLS (Transport Layer Security) 和SSL (Secure Sockets Layer) 是两种广泛使用的加密协议，它们为客户端和服务器之间的通信提供机密性、数据完整性和身份验证。
加密过程涉及公钥和私钥的概念：
- 公钥 ：可以公开的密钥，用于加密数据。
- 私钥 ：需保密的密钥，用于解密数据。
加密和解密过程的示例如下：
// Simplified Encryption Example in C++
#include
#include
#include
#include
RSA* generate_key_pair() {
// 生成RSA密钥对
// ...
}
std::string encrypt_text(const char* public_key, const std::string& text) {
// 使用公钥加密文本
// ...
return encrypted_text;
}
std::string decrypt_text(const char* private_key, const std::string& encrypted_text) {
// 使用私钥解密文本
// ...
return decrypted_text;
}
int main() {
// 生成密钥对
RSA* key_pair = generate_key_pair();
// 加密
std::string encrypted_text = encrypt_text((const char*)public_key, "Secret Message");
// 解密
std::string decrypted_text = decrypt_text((const char*)private_key, encrypted_text);
std::cout << "Original: " << "Secret Message" << std::endl;
std::cout << "Decrypted: " << decrypted_text << std::endl;
// 清理资源
// ...
return 0;
}
通过上述示例，我们可以看到公钥用于加密数据，而私钥用于解密数据。在实际应用中，公钥可以安全地分发给通信双方，而私钥需要保持机密，从而确保了加密通信的安全性。
5. VC++ MFC框架在OPC服务器构建中的应用
5.1 MFC类库和窗口管理
5.1.1 MFC在界面构建中的作用
Microsoft Foundation Classes (MFC) 是一个C++库，用于简化基于Windows应用程序的开发。它为开发者提供了一个包含预定义类集合的框架，这些类封装了窗口管理、图形绘制、事件处理以及对Windows API的调用。在OPC服务器的开发中，MFC通常用于构建图形用户界面（GUI），使得服务器的监控和管理变得更加直观和容易操作。
MFC将窗口和控件等界面元素抽象化为对象，允许开发者通过面向对象的方式来管理这些对象。例如，一个按钮控件在MFC中可以看作是一个CButton对象，它具有特定的方法和属性来处理显示、点击事件等。
5.1.2 消息处理和事件驱动编程
MFC采用了事件驱动编程模型，这是Windows应用程序的核心设计模式。在该模式下，应用程序的行为是由外部事件（如用户点击、定时器到期、窗口重绘等）驱动的。MFC通过消息映射机制（message mapping mechanism）将Windows消息（例如WM_COMMAND、WM_PAINT等）转化为类成员函数的调用，极大地简化了事件处理的复杂性。
MFC中的消息处理涉及到以下几个关键概念：
- 消息队列（Message Queue） ：Windows系统将所有的用户输入和其他系统消息放入应用程序的消息队列中。
- 消息循环（Message Loop） ：应用程序通过一个循环不断检查消息队列，并获取消息。
- 消息映射（Message Map） ：在MFC中，开发者可以使用宏来定义消息映射，将特定的消息与处理函数关联起来。
- 消息处理函数（Message Handler） ：这些是类中的成员函数，用来响应和处理消息。
5.2 MFC对OPC服务器的支持
5.2.1 MFC中实现COM组件的机制
组件对象模型（COM）是一种以组件为对象进行交互的编程接口规范，MFC支持开发者创建遵循COM规范的组件。OPC服务器本质上是一个COM服务器，它实现了OPC标准定义的接口来与客户端通信。
在MFC中实现COM组件涉及到以下步骤：
- 定义接口 ：通过纯虚函数在类中定义接口。
- 实现接口 ：创建一个或多个类，继承自定义的接口，并实现其所有虚函数。
- 注册COM对象 ：将COM类信息注册到Windows注册表中，以使其他应用程序可以找到并使用这些类。
MFC提供了方便的宏和类来简化COM组件的创建和管理，例如使用 DECLARE_INTERFACE_MAP() 和 BEGIN_INTERFACE_MAP() / END_INTERFACE_MAP() 来定义和映射接口。
5.2.2 MFC与OPC标准的融合
要使用MFC构建OPC服务器，开发者需要深入了解OPC规范，以及如何将OPC标准与MFC框架相融合。通常，这涉及到以下步骤：
- 理解OPC接口和属性 ：首先，开发者需要熟悉OPC规范定义的接口和属性，如IOPCServer、IOPCItemMgt、IOPCBrowse等。
- 利用MFC类库 ：使用MFC提供的类来辅助实现OPC接口。例如，使用
COleControl和COleServerDoc类来构建可被OPC客户端使用的COM对象。 - 构建自定义类 ：根据OPC规范要求，构建自定义类并实现必要的接口。通常需要继承MFC类并实现继承自
IUnknown的接口。 - 注册和激活OPC服务器 ：使用MFC提供的工具来注册COM服务器，并确保当OPC客户端调用时，能够激活和初始化服务器。
MFC极大地简化了OPC服务器开发中的一些重复性和低级任务，让开发者能够更专注于实现OPC标准规范要求的业务逻辑部分。通过MFC，开发者能够以更高效的方式构建出既符合OPC标准又具有友好GUI的OPC服务器应用程序。
6. OPC接口编程和COM技术的实践
6.1 COM对象模型和接口定义
6.1.1 COM的基本概念和组件
在深入了解OPC接口编程之前，我们需要先掌握COM（Component Object Model，组件对象模型）的基础知识。COM是一种软件架构，它定义了组件如何相互交互以及如何与应用程序通信。COM的核心理念是实现语言无关性和位置透明性，这使得组件可以由不同的编程语言编写，并且可以通过网络在不同的机器上通信。
COM的基石是接口（Interface），它是一组属性、方法和事件的声明，这些声明定义了组件如何被使用。COM组件实现了至少一个接口，客户端通过接口与组件交互，从而实现组件的功能。接口通过一个全局唯一的标识符（GUID）来唯一标识，以确保跨语言和平台的一致性。
每个COM对象都必须实现一个名为 IUnknown 的基础接口，它提供了引用计数管理（AddRef 和 Release 方法）和接口查询（QueryInterface 方法）的功能。通过 QueryInterface 方法，客户端可以查询组件是否支持某个接口，并获取对该接口的引用。
6.1.2 接口设计和实现
设计COM接口需要遵循一系列规范，包括保证接口的二进制兼容性，这在组件需要更新时尤其重要。接口通常以“I”开头，后跟接口的功能名称，例如 IDispatch 。接口方法的命名通常采用动词+宾语的形式，例如 GetItem 。
实现COM接口时，开发者需要使用支持COM的编程语言，如C++、C#或Delphi。C++是最传统的选择，因为它提供了对内存管理的完全控制，这是实现高效COM组件所必需的。在C++中，接口通常通过虚函数表（v-table）实现，且必须用 virtual 关键字声明虚函数。
// 示例：定义一个简单的COM接口
#include
// 定义接口IDisSample
interface IDisSample : public IUnknown {
virtual HRESULT STDMETHODCALLTYPE SampleMethod() = 0;
};
// 实现接口的方法
HRESULT IDisSample::SampleMethod() {
// 实现细节...
return S_OK;
}
以上代码展示了如何在C++中定义一个简单的COM接口，并实现了一个方法。值得注意的是，所有COM接口的方法都必须返回一个 HRESULT 类型的值，它用于指示方法调用的成功或失败。
6.2 OPC自动化接口编程
6.2.1 自动化服务器与客户端
OPC自动化是基于COM技术的，它提供了一种简化的方式来访问OPC服务器，类似于OLE自动化。自动化服务器是一个COM组件，它将其实现的OPC接口暴露给客户端。客户端则是一个可以理解COM自动化对象和调用其方法的程序。
自动化OPC服务器和客户端之间的交互通常是通过Microsoft的OLE自动化机制实现的。这种方式使得即使是不具备专业知识的程序员也可以实现OPC客户端应用的开发。对于熟悉VBScript或JavaScript的开发者，这将是一个非常有吸引力的选项。
6.2.2 数据存取和方法调用的自动化实现
在自动化接口编程中，实现数据存取和方法调用通常涉及以下几个步骤：
- 初始化COM库和创建服务器实例。
- 获取服务器上定义的OPC接口的引用。
- 通过接口进行数据读取和写入操作。
- 完成操作后，释放接口引用并清理COM环境。
例如，创建一个自动化OPC服务器的实例和访问其数据项可能会用到如下代码段：
// 初始化COM库
CoInitialize(NULL);
// 创建OPC自动化服务器实例
IDisSample *pOPCServer;
CoCreateInstance(CLSID_OPCServer, NULL, CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_IDisSample, (void**)&pOPCServer);
if (pOPCServer != NULL) {
// 获取自动化接口
IDisSample *pAutomation;
HRESULT hr = pOPCServer->QueryInterface(IID_IDisSample, (void**)&pAutomation);
if (SUCCEEDED(hr)) {
// 调用自动化接口方法
pAutomation->SampleMethod();
// 释放接口引用
pAutomation->Release();
}
// 释放服务器实例
pOPCServer->Release();
}
// 清理COM库
CoUninitialize();
在以上代码中，我们初始化了COM库并创建了一个自动化服务器的实例。通过 QueryInterface 方法，我们获取了 IDisSample 接口的引用，并执行了一个方法调用。最后，我们清理了COM环境。
请注意，实现OPC自动化接口编程时，我们需要详细地阅读OPC服务器提供的文档来理解具体的接口定义和方法调用细节。每个OPC服务器都可能提供不同的接口和方法，但基础的COM和自动化操作逻辑是通用的。
7. OPC服务器实例项目中代码功能的分析
7.1 实例项目的结构与功能模块
项目代码的层次结构
在 OPC 服务器实例项目中，代码的层次结构是至关重要的，它直接关系到项目的可维护性和可扩展性。通常，一个 OPC 服务器项目可以分为以下几个层次：
- 应用层（Application Layer） ：这是与用户直接交互的层次，负责创建服务器实例，注册 OPC 对象，响应客户端请求等。
- 服务层（Service Layer） ：处理与 OPC 标准相关的具体服务，如数据读写、订阅管理等。
- 数据访问层（Data Access Layer） ：与外部数据源接口，负责数据的采集和存储。
- 硬件抽象层（HAL） ：适配不同硬件设备和数据格式，为数据访问层提供统一的数据格式和接口。
每个层次都会包含一系列的类和接口，它们相互协作完成服务器的功能。通过分层设计，我们可以更容易地管理和更新每个层次的功能，而不需要影响到其他层次。
关键模块的功能分析
在实例项目中，我们通常会发现几个关键模块，它们是服务器运行的核心。下面将详细分析几个关键模块的功能：
- 服务器管理模块 ：负责整个 OPC 服务器的生命周期管理，包括初始化、启动、关闭和终止操作。
- 设备驱动模块 ：与现场设备进行通信，它负责从设备中读取数据或将命令发送到设备。
- 数据缓存模块 ：存储和管理实时数据，提供数据缓冲机制以优化数据访问速度。
- 安全模块 ：确保数据传输的安全性，实现认证、授权和加密等安全功能。
7.2 注册信息和数据项的处理
数据项的注册流程
数据项的注册是 OPC 服务器初始化时的关键步骤。在 OPC 标准中，数据项通常通过 OPC 组来组织，然后进一步划分为 OPC 元素项。以下是数据项注册的基本流程：
- 初始化 OPC 组：创建一个或多个 OPC 组对象，这些对象将作为数据项的容器。
- 添加数据项：为每个想要监控的设备或信号创建数据项，并将其添加到相应的 OPC 组中。
- 配置数据项属性：设置数据项的属性，例如读写权限、数据类型、访问方式等。
- 注册回调函数：为数据项注册数据变化的回调函数，以便当数据项值发生变化时，服务器能够通知到订阅者。
数据项的读写操作实现
数据项的读写操作是 OPC 服务器与客户端通信的基础。具体实现方式依赖于所选用的编程语言和 OPC 规范的版本，但一般的步骤如下：
-
读操作 ：
- 客户端发出读请求，包括请求的数据项标识符。
- OPC 服务器根据标识符找到对应的数据项。
- 从数据缓存中读取数据项的当前值。
- 将数据值返回给客户端。
-
写操作 ：
- 客户端发出写请求，包含数据项标识符和新的数据值。
- OPC 服务器验证写操作的权限和数据类型是否匹配。
- 更新对应数据项的值到数据缓存，并可能将更新传播到现场设备。
- 向客户端返回写操作的结果。
代码示例（简化示例，非实际可运行代码）：
// 读操作示例
HRESULT ReadItem(IOpcItem* pItem, VARIANT* pValue)
{
// 实现读取逻辑
HRESULT hr = pServer->Read(pItem, pValue);
return hr;
}
// 写操作示例
HRESULT WriteItem(IOpcItem* pItem, VARIANT newValue)
{
// 实现写入逻辑
HRESULT hr = pServer->Write(pItem, &newValue);
return hr;
}
上述的 IOpcItem 是一个抽象接口，代表 OPC 服务器中的一个数据项。实际的实现将依赖于具体的 OPC 服务器库。在 VC++ 开发环境中，通常使用 COM 接口和实现类来处理 OPC 项的读写。
以上我们分析了 OPC 服务器实例项目中代码功能的分析。通过深入理解数据项的注册流程以及读写操作的实现，我们可以更好地掌握 OPC 服务器的核心工作机制。在下一章中，我们将继续深入了解如何实现 OPC 客户端的数据请求处理和事件通知。
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简介：OPC是工业自动化中用于软件间数据交换的标准。本实例包以VC++为基础，通过示例项目让开发者学会如何创建和管理OPC服务器。包括关键文件分析、遵循OPC规范开发的关键概念理解和实践任务，涵盖了OPC通信机制的深入学习。
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