淺析OPC與Web Services技術(shù)在未來(lái)樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用趨勢(shì)

劉　曄（施耐德電氣(中國(guó))有限公司能效及樓宇事業(yè)部能力中心）

淺析OPC與Web Services技術(shù)在未來(lái)樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用趨勢(shì)

劉曄
（施耐德電氣(中國(guó))有限公司能效及樓宇事業(yè)部能力中心）

論文就目前在樓宇自控系統(tǒng)中采用OPC及Web Services技術(shù)第三方系統(tǒng)集成進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，并就未來(lái)系統(tǒng)集成方式的趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1　引言

相信接觸過樓宇自控系統(tǒng)的人都知道OPC這個(gè)概念，因?yàn)樵诒姸囗?xiàng)目的樓宇自控系統(tǒng)招標(biāo)文件中，集成第三方系統(tǒng)的協(xié)議類型就包括OPC；或者在設(shè)計(jì)院或顧問公司撰寫的樓宇自控系統(tǒng)要求中也有所提及，這讓大家感覺到OPC接口的應(yīng)用在樓宇自控系統(tǒng)行業(yè)相當(dāng)?shù)钠毡椋宜坪醭蔀榱顺齃onWorks、BACNet和ModBus這三款標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以外的第四種通用通訊協(xié)議。實(shí)際情況如此么？筆者將簡(jiǎn)單向讀者介紹OPC通訊在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)際情況，并對(duì)比另一種概念相對(duì)較新的數(shù)據(jù)交換方式Web Services，闡述哪種或?qū)⒊蔀闃怯钭钥叵到y(tǒng)未來(lái)的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)交換方式。

2　OPC及Web Services的演化歷程和架構(gòu)特點(diǎn)

在此之前，有必要簡(jiǎn)要介紹一下OPC及Web Services的演化歷程和架構(gòu)特點(diǎn)。這對(duì)讀者了解OPC及Web Services會(huì)有一定的幫助。

OPC (OLE for Process Control，即用于過程控制的OLE)是一個(gè)工業(yè)制造行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，制定和管理這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際組織是OPC基金會(huì)，OPC基金會(huì)在1996年發(fā)布第一版OPC標(biāo)準(zhǔn)。由于OPC標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，不同版本分別是基于微軟的OLE (現(xiàn)在的ActiveX) 、COM (部件對(duì)象模型) 和DCOM (分布式部件對(duì)象模型) 技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，對(duì)象是用于過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)使得基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用之間建立了橋梁。由于OPC基于Windows的特點(diǎn)，OPC逐漸被引入到樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中，相比OPC的前輩DDE(上海金茂大廈的樓宇自控系統(tǒng)曾采用此技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成)，OPC表現(xiàn)出了提升通訊速率、集成性、運(yùn)行可靠性等優(yōu)勢(shì)。

Web Service是基于內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊化組件，它執(zhí)行特定的任務(wù)，遵守HTTP技術(shù)規(guī)范，HTTP規(guī)范使得Web Service能與其他兼容的組件進(jìn)行互操作；它是由微軟、IBM、Sun、Software AG、Oracle等公司于2001年共同開發(fā)出來(lái)的。Web Services 主要利用 HTTP (超文本傳輸協(xié)議) 和 SOAP 協(xié)議 (簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議) 使數(shù)據(jù)在內(nèi)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，Web Services客戶端利用SOAP協(xié)議，通過 HTTP 獲取服務(wù)端對(duì)象并執(zhí)行遠(yuǎn)程功能的調(diào)用。相比Web Services的前身IIOP (互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部對(duì)象請(qǐng)求代理協(xié)議) ，由于Web Services具備通用標(biāo)準(zhǔn)模塊化組件的優(yōu)勢(shì)，解決了IIOP模型都依賴于特殊對(duì)象模型的弊端。

從OPC的架構(gòu)上分析，OPC在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用集中在內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，將以太網(wǎng)作為物理媒介，通過OPC定制接口，對(duì)第三方OPC接口設(shè)備(OPC服務(wù)器端) 進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，圖1所示為樓宇自控系統(tǒng)中OPC通信的基本架構(gòu)，前提是OPC服務(wù)器或OPC客戶端都須具備OPC驅(qū)動(dòng)接口。此外，由于OPC的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)包往往會(huì)被防火墻過濾，因而若要從互聯(lián)網(wǎng)端的OPC服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)變得異常困難。在樓宇自控領(lǐng)域，樓宇自控系統(tǒng)幾大制造廠商(如施耐德電氣、霍尼韋爾樓宇、西門子樓宇或江森自控等)都會(huì)在其軟件配置中預(yù)裝OPC驅(qū)動(dòng)，這方便了樓宇自控系統(tǒng)通過OPC方式獲取內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或由樓宇自控系統(tǒng)向某些集成平臺(tái)提供數(shù)據(jù)。在樓宇自控系統(tǒng)的工程實(shí)踐中，由于OPC版本的不同或其他原因，可能需要進(jìn)行二次開發(fā)，而OPC的二次開發(fā)比較復(fù)雜和繁瑣，并且需要通過反復(fù)調(diào)試和穩(wěn)定性運(yùn)行測(cè)試，一般的樓宇自控工程師不具備這樣的開發(fā)能力。因此，一般會(huì)把開發(fā)任務(wù)承包給專業(yè)的軟件開發(fā)公司完成，因而開發(fā)周期較長(zhǎng)和開發(fā)費(fèi)用高是樓宇自控系統(tǒng)供應(yīng)商不得不面對(duì)的問題。此外，樓宇自控系統(tǒng)工程實(shí)踐中還會(huì)面對(duì)一個(gè)OPC繁瑣配置的問題，我們常看到一些第三方系統(tǒng)會(huì)安裝在樓宇自控系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)，比如門禁系統(tǒng)、停車場(chǎng)系統(tǒng)等與樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行在同一臺(tái)服務(wù)器電腦，其中一個(gè)重要原因就是由于OPC的網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜，若OPC服務(wù)端與OPC客戶端在同一臺(tái)電腦內(nèi)，就能省去網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜過程，雖然兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)并存在一個(gè)服務(wù)器電腦不盡合理，但我們往往會(huì)看到這樣妥協(xié)的項(xiàng)目。

從Web Services的架構(gòu)上看，Web Services既可以應(yīng)用在內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，也可以應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。圖2描述了Web Services通過HTTP協(xié)議的子協(xié)議SOAP，以XML為數(shù)據(jù)格式與第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于HTTP及XML是使用最為普遍的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，除互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站外，現(xiàn)在越來(lái)越多的系統(tǒng)或設(shè)備開始支持Web Services，比如施耐德電氣的BMS企業(yè)級(jí)服務(wù)器和BMS樓宇級(jí)服務(wù)器均支持Web Services通訊方式。在樓宇自控系統(tǒng)的應(yīng)用上，Web Services可以將數(shù)據(jù)交換變得簡(jiǎn)單，并且可以將樓宇自控系統(tǒng)的觸角從內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)向外延伸到整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，例如一個(gè)具備該自控系統(tǒng)的樓宇，它的外墻照明和戶外照明除了要根據(jù)樓宇業(yè)主的要求進(jìn)行控制外，同時(shí)需要按照市容管理委員會(huì)的城市夜景照明要求進(jìn)行控制，這涉及樓宇自控系統(tǒng)與內(nèi)網(wǎng)以外的第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以前的實(shí)現(xiàn)方式極為困難，若通過Web Services方式，將變得輕而易舉。

圖1　OPC通信的基本架構(gòu)

圖2　與第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

3　OPC及Web Services的技術(shù)對(duì)比

筆者嘗試以樓宇自控系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境為基礎(chǔ)，將OPC與Web Services進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比，具體參考表1。從各個(gè)對(duì)比項(xiàng)來(lái)看，相比目前在樓宇自控系統(tǒng)中應(yīng)用的OPC來(lái)說(shuō)，Web Services顯得更加開放、靈活，降低了開發(fā)難度和成本。

4　OPC及Web Services技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

從目前的IT趨勢(shì)看（按照馬云的理念，未來(lái)的IT技術(shù)將更趨向于DT，即數(shù)據(jù)技術(shù)），大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、IPv6、云技術(shù)等概念已成為趨勢(shì)。大數(shù)據(jù)的獲取和分析將使未來(lái)的世界變得越來(lái)越智能；IPv6的應(yīng)用將使未來(lái)每個(gè)設(shè)備具備獨(dú)立通訊能力成為可能，曾有業(yè)內(nèi)人士比喻說(shuō)IPv6將使世界上每粒砂子擁有唯一的IP地址，同時(shí)IPv6的應(yīng)用將奠定未來(lái)真正大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)在IP層面(內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))的數(shù)據(jù)交互會(huì)變得越來(lái)越普遍，將成為基本需求和功能。

再回過頭來(lái)看看OPC技術(shù)，OPC最新的版本是UA版本，可以向下兼容以往OPC版本的設(shè)備和系統(tǒng)，并且具備XML DA(XML格式的數(shù)據(jù)獲取)服務(wù)功能，即借用Web Services和SOAP協(xié)議并以XML格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。OPC UA通過這種向Web Services借殼的方式實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，并在此基礎(chǔ)之上使互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換變?yōu)榭赡?。我們也要清晰地看到，采用OPC數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用場(chǎng)合主要集中在工業(yè)制造行業(yè)，大量的工業(yè)設(shè)備或系統(tǒng)直接支持OPC通訊，相信OPC UA版本以及未來(lái)的OPC版本必將把工業(yè)制造行業(yè)的數(shù)據(jù)交互延伸到互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

表1　OPC與Web Services技術(shù)對(duì)比注：①也有應(yīng)用在UNIX或Linux平臺(tái)的OPC案例，但開發(fā)難度非常大。而且樓宇自控系統(tǒng)基本都是采用Windows平臺(tái)，所以UNIX或者Linux的OPC應(yīng)用在樓宇自控系統(tǒng)實(shí)際項(xiàng)目中未被采用過。②最新的OPC版本是OPC UA(即OPC統(tǒng)一架構(gòu)版本)，已采用Windows的.NET作為OPC的應(yīng)用框架，而上一代的OPC版本采用的是Windows DCOM框架；但在樓宇自控系統(tǒng)的項(xiàng)目實(shí)踐中，無(wú)論是樓宇自控系統(tǒng)供應(yīng)商還是第三方系統(tǒng)供應(yīng)商，仍在現(xiàn)有項(xiàng)目中沿用上一代的Windows DCOM的框架。筆者認(rèn)為，在樓宇自控系統(tǒng)中采用OPC最新版本的可能性很小。③若樓宇自控系統(tǒng)通過OPC方式從第三方系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，則需要在樓宇自控系統(tǒng)的電腦的OPC程序中輸入第三方系統(tǒng)電腦的管理員權(quán)限密碼，這可能對(duì)第三方系統(tǒng)的安全形成風(fēng)險(xiǎn)。

那么樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換模式，究竟是OPC技術(shù)還是Web Services技術(shù)更加適合未來(lái)的趨勢(shì)呢？目前，雖然絕大多數(shù)項(xiàng)目的樓宇自控系統(tǒng)還是局限在建筑的內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，但在可以預(yù)見的未來(lái)，可能只需3～5年的時(shí)間，樓宇自控系統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將成為普遍應(yīng)用。筆者認(rèn)為，當(dāng)前的OPC UA版本與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接以及數(shù)據(jù)交換是采用Web Services技術(shù)，未來(lái)的OPC的版本也將沿用這種方式實(shí)現(xiàn)OPC的互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接；如果是這樣，樓宇自控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的集成或數(shù)據(jù)交互為什么還要采用OPC作為中間協(xié)議？直接采用Web Services技術(shù)將使得樓宇自控系統(tǒng)的集成或數(shù)據(jù)交換更加高效和便利。

5　結(jié)束語(yǔ)

Web Services相比OPC來(lái)說(shuō)更加適合成為樓宇自控系統(tǒng)未來(lái)系統(tǒng)集成的技術(shù)趨勢(shì)，而且無(wú)論在內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)還是在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，Web Services的數(shù)據(jù)交換方式將成為主要的系統(tǒng)集成模式。可以預(yù)見，由于Web Services的應(yīng)用，樓宇自控系統(tǒng)將輕松地轉(zhuǎn)變成為BMS系統(tǒng) (樓宇管理系統(tǒng))，通過內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與其他第三方系統(tǒng)的集成變得更加簡(jiǎn)易；進(jìn)一步地，將BMS轉(zhuǎn)變?yōu)閕BMS系統(tǒng) (智能樓宇管理系統(tǒng))也變得易于現(xiàn)實(shí)。由于Web Services的應(yīng)用，樓宇自控系統(tǒng)將正真實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互，并利用互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的大數(shù)據(jù)或云技術(shù)，使樓宇的運(yùn)營(yíng)更加高效，更加節(jié)能。

Brief Analysis of OPC and Web Services Application in Future Building Automation System

LIU Ye
（Schneider Electric (China) Co., Ltd. Eco&Buildings Business Competency Center）

This article describes the current status of OPC and Web Services technology in the integration application between Building Automation System and third party system. And analyzes future trend of Building Automation System integration technology.

樓宇自控系統(tǒng)；第三方系統(tǒng)集成；OPC

building automation system; third party integration; OPC