Introduction à OPC Les spécifications OPC définissent des groupes «d interface». Ces interfaces traitent des différents domaines du «Process Control». OPC signifie Object Linking and Embedding - for Process Control. - OPC Common et OPC Security (spécification commune à tous les serveurs) - OPC Data Access (les données temps réel). - OPC Alarm & Event (Les alarmes et événements). - OPC Historical Data Access (Les historiques) - OPC Batch (les traitements par lot) OPC est une spécification récente mais qui a rapidement évolué car elle est bâtie sur la spécification COM/DCOM.
Pourquoi OPC? Pour standardiser les échanges de flux entre équipements communicants. Parce que la communication en environnement hétérogène pose de gros problèmes de maintenance et de pérennité. Parce que cette "non communication" a été le principal frein dans l'échange d'informations. Interaction ERP/SCADA Pour éviter la prolifération des protocoles Pour donner l indépendance aux utilisateurs. Pour pérenniser les installations Pour permettre aux exploitants de ce concentrer sur leur métier.
Avant OPC LOGICIEL EXTERNE - ERP - BUREAUTIQUE - SGDB - SQC DDE ou module spécifique Courbes de tendances et Alarmes Archive, Rapport et traitements par lots Synoptiques Savoir faire métier Numériseur Rack Hub Carte longue DDE fut une tentative pour unifier la communication inter-logiciel. Mais Les principes du Dynamic Data Exchange ne tenaient pas comptes des spécificités des environnements industriels et DDE est la propriété de Microsoft. Si on ajoute à cela des problèmes de performance, on comprend mieux la nécessité d une standardisation. OPC est ce standard.
La Fondation OPC La fondation OPC est chargée de maintenir et de promouvoir OPC. La fondation regroupe aujourd hui plus de 220 membres dont les plus grands noms de l informatique industrielle. Différents groupes de travail sont actifs en son sein et travaillent aux futures améliorations et évolutions des spécifications. OPC Foundation 16101 N. 82nd Street, Suite 3B Scottsdale, AZ 85260-1830 Phone: 480-483-6644 Fax: 480-483-7202 www.opcfoundation.org [USA] www.opceurope.org [Allemagne]
L état des spécifications La spécification Commune à tous les serveurs Common spec. La spécification "OPC Data Access (DA) 1.0-1.0a - 2.0 " La spécification "OPC Alarm & Event (AE) 1.0 1.0a " La spécification "OPC Standart Access to historical data (HDA) 1.0. 1.1 " La spécification "OPC Batch 1.0" Toute les spécifications définissent des d'interfaces. Ces interfaces sont de deux types, les interfaces "Customs" et les interfaces "Automation". Chaque interface regroupe des méthodes et des événements utilisés dans le dialogue entre clients et serveurs OPC. Les spécifications définissent aussi les interactions entre les différents serveurs et les différents clients. L'ensemble des informations relatives aux concepts COM et Automation peuvent être retrouvées dans les documentations Microsoft [MSDN LIBRARY].
Depuis OPC LOGICIEL EXTERNE - ERP - BUREAUTIQUE - SGDB - SQC COM/DCOM - AUTOMATION COM/DCOM - AUTOMATION Courbes de tendances et Alarmes Archive, Rapport et traitements par lots Synoptiques Savoir faire métier OP C OP C OP C OP C Réseau d'entreprise LAN / WAN (Liaison Client/Serveur OPC) Serveur OPC 01 Serveur OPC 02 Serveur OPC 03 Serveur OPC 04 Numériseur Rack Hub Carte longue Notez bien que COM/DCOM est une spécification indépendante du matériel et du système d'exploitation.
Quelques Avantages Avec OPC vous pouvez remplacer un équipement par un autre sans remplacer votre application cliente. Exemple L automate A1 du constructeur C1 est installé sur un four de coulé. l exploitant du four de coulé utilise une application ERP relier sur l automate via un client OPC. Si l automate A1 est remplacé par l automate A2 du constructeur C2. Le lien ERP ne demandera au pire qu un simple paramétrage. De la même manière vous pouvez remplacer ou ajouter des applications clientes sans toucher aux serveurs et sans altérer les autres clients. Avec OPC vous pouvez réaliser des supervisions plus performante et pour un coût réduit. Avec OPC vous simplifiez vos opérations de maintenance. Avec OPC vos applications sont toujours prêtes à évoluer avec les nouveaux besoins de vos clients. Avec OPC oubliez les problèmes d OS. OPC est déjà disponible sur Windows, Linux, VXWorks, et il existe de nombreuses passerelles Winsock.
Concept de base d OPC La spécification OPC définit que tous les serveurs peuvent contenir deux groupes d interfaces, les interfaces customs et les interfaces automations. Comme indiqué dans la figure ci-après. VB Application C++ Application Interface OPC Automation OPC Automation Wrapper Interface OPC Custom Local or or Remote OPC Server (Shared by by many clients) Server Data Cache Ici, les applications C++ et VB sont des clients OPC. Physical Device Device Data Un client OPC communique avec un serveur OPC au travers d interfaces customs ou automations. Les serveurs OPC doivent implémenter les interfaces customs obligatoires. Les interfaces automations, dans la plupart des cas, sont Wrapper par un composant DLL. C est à dire qu une DLL assure la conversion des appels automations vers des appels Custom. la Fondation OPC fournit à ces membres les sources de cette DLL qui peut être utilisée pour le support des interfaces automations.
OPC Common - Règles et Interfaces Il s agit de la spécification commune à tous les serveurs OPC. Elle définit trois grandes fonctionnalités : - L interface IOPCShutDown qui permet aux serveurs d informer leurs clients qu ils s arrêtent. - Les règles d enregistrement des serveurs dans le registre du système. - L interface IOPCServerList qui permet aux applications clientes de connaître les serveur installés sur une machine. Notez que l implémentation de cette interface ne doit pas être présente dans le code des serveurs mais est fournie par la fondation OPC sous la forme d un.exe et d une DLL, OPCEnum.exe et OPCComn_PS.dll.* C est ce que l on appelle les composants Commun OPC. *_PS indique ProxyStrub DLL chaque spécification OPC utilise un fichier xxxx_ps.dll particulier.
Quelle interface doit utiliser l application cliente? En général, les clients qui sont créés avec un langage de script utiliseront l interface "automation". Les clients qui sont créés en C++ utiliseront plutôt les interfaces "custom" pour un maximum de performance. Les clients peuvent aussi être écrit en utilisant un ActiveX Wrapper qui simplifie au maximum la connexion OPC. OPCX 2000 les interfaces obligatoires Un client communique avec un serveur en appelant au moins les fonctions des interfaces obligatoires. Les développeurs de serveurs OPC doivent implémenter toutes les fonctionnalités des interfaces obligatoires dans leur serveur. les interfaces optionnelles Les développeurs de serveur OPC peuvent, s ils le souhaitent, implémenter les interfaces optionnelles. Quand une interface optionnelle est implémentée, toute les fonctions qu elle contient doivent être implémentées, même si la fonction retourne simplement E_NOTIMPL. Un client qui souhaite utiliser les fonctionnalités d une interface optionnelle doit demander au serveur ces interfaces optionnelles. Le client doit être développé de sorte à ne pas utiliser les interfaces optionnelles qui n existent pas.
Structure d un Serveur OPC Clients OPC Synchrone ASynchrone Callback Le travail d'un serveur OPC c'est : 1 - Collecter et/ou traiter des données 2 - Assurer la correspondance des données OPC 3 - Répondre aux requêtes des clients 4 - Assurer la notification des messages 5 - S'enregistrer dans la base de registre. Couche OPC Serveur DATA SOURCE Protocole propriétaire Ce principe est général pour tous les serveurs OPC. Chaque spécification définition une structure particulière pour les données et pour les notifications.
L implémentation des serveurs Les serveurs OPC peuvent être implémentés sous deux formes : Les serveurs OPC In-Process (DLL). Ces serveurs partagent l espace d adressage de l application hôte. Ils ne peuvent donc être que des serveurs locaux. Ces serveurs sont les plus performants. Les serveurs OPC Out-Process (EXE) Ces serveurs peuvent être locaux ou distants. Les serveurs OPC sont créés généralement en C++. Bien qu il soit, a priori, possible de créer un serveur dans n importe quel langage. Aujourd hui de nombreuses sociétés proposent des serveurs OPC prêts à l emploi pour la plupart des protocoles du marché. On dénombre aujourd hui plus de 500 serveurs OPC.
Les objets groupes OPC DA 1.0 2.0x Un serveur OPC gère des groupes OPC. il est possible de créer un groupe, de supprimer un groupe, d obtenir le nom d un groupe et d énumérer les groupes. Les groupes contiennent des items, qui correspondent aux données dans le serveur. Si le serveur est un superviseur les items correspondent aux tags. Si le serveur est un Automate les items correspondent aux registres (DB). L appellation attribuée aux items est alors propre à chaque type de serveur OPC. Les serveurs OPC peuvent lire leurs données depuis des bases de données, des cartes ADD-IN ou depuis n importe quelle source de données. les objets Items Les items sont identifiés sur leur "nom". Le serveur doit donc utiliser une technique pour contrôler la correspondance des noms d items et les données sources qu il fournit. Ces noms sont accessibles au travers de l interface "Browse". Les items se trouve dans les groupes OPC. ils sont caractérisés par des attributs et des propriétés parmis lesquels : Le nom La valeur La qualité Le timestamp
Le modèle logique OPC DA Groupe Item Groupe Item Item Groupe Item Groupe Item Item Item Item HIERARCHICAL FLAT Dans le serveur, les groupes et les items sont représentés par des objets. Ces objets ne sont pas des objets COM. mais permettent au serveur de structurer sa base de données et de l'exposer aux CLIENTS. Chaque serveur OPC peut exposer sa base à plat ou de façon hiérarchique.
Architecture d une application OPCX 2000 Clients Automations, VB, Delphi, VC++, MS-Office, Frontpage, Navigateur WEB,... OPCX 2000 est un serveur Automation et un client OPC Instance N 1 Event Automation Serveur Automation Event Automation Serveur Automation Instance N n Client OPC Custom Client OPC Custom Limite de processus Serveur OPC N 1 Serveur OPC N n
OPC A&E 1.x - Introduction La spécification OPC A&E 1.0 décrit des interfaces et des objets qui sont implémentés par des serveurs OPC A&E. Ces serveurs fournissent des mécanismes qui permettent aux clients d être informés de certaines conditions d alarmes. Ces serveurs fournissent aussi des interfaces permettant aux clients de parcourir les alarmes qu ils supportent et de connaître leur état courant. Quand on parle d OPC A&E, les termes A&E désignent les alarmes et événements. Dans la littérature OPC, ces deux termes peuvent se substituer sans modification dans le sens du texte. A&E représente ce que l on désigne dans le monde de l industrie par gestion des alarmes et des événements. Au sens OPC, une alarme est une condition anormale sur le procédé et elle correspond à une «OPCCondition» spécifique. Un serveur OPC A&E gère : La connexion des clients. Les souscriptions aux conditions et sous-conditions. La notification des alarmes.
Les Alarmes et les événements Les événements n ont pas de représentation directe dans le modèle OPC. OPC Distingue trois types d événements : Les Condition-Related, il s agit des fronts montant/descendant sur des événements associés à une condition. Les Tracking-Related, il s agit d événements qui ne sont pas associés avec des alarmes mais qui impliquent l interaction entre un client et un objet «Target» dans le serveur OPC A&E. Les Simple, il s agit des tous les autres événements. Les événements Simple sont utilisés pour coder les erreurs matérielles. Une alarme OPC peut n être associée à aucune condition et simplement représenter un état interne, qui est significatif dans le contexte du serveur. Par exemple des alarmes de niveau seront toujours associées à une condition mais une erreur interne ou un changement de configuration ne seront pas associés à une condition.
Le modèle logique OPC A&E INTERFACES OPC A&E OPC Condition OPC Condition OPC Sous/Condition OPC Condition OPC Sous/Condition OPC Sous/Condition OPC Sous/Condition DATA SOURCE La source de données peut être un serveur OPC A&E, un serveur OPC DA ou un équipement.
Les sources Une source est associée à une condition. Un source peut être un Tag, un équipement ou n importe quel sous-système. Les conditions Une condition est un «état nommé» dans le serveur, ou dans un de ces objets susceptibles d intéresser un client. Par exemple ANA01 peut être associé à une «alarme de niveau» ou une «alarme de sécurité». Les sous-conditions OPC A&E offre aussi la possibilité de définir des sous conditions. Chaque condition peut contenir plusieurs sous conditions. Par exemple la condition «alarme de niveau» peut contenir les sousconditions «Alarme haute», «Alarme basse», «Alarme très basse», Les zones (AREA) Sources, Conditions, Zones. Ce que l on souhaite faire avec les zones, c est pouvoir répartir les événements et conditions du procédé en une ou plusieurs zones. Une zone est le regroupement d équipements de terrain en accord avec les spécificités du procédé. La définition des zones est en dehors du sujet de cette spécification. (La gestion des Zones est optionnelles) Si les zones sont disponibles, le client devra créer une objet OPCEventAreaBrowser pour explorer les zones du serveur. Le client pourra alors filtrer les «SOUSCRIPTIONS» en utilisant les zones.
Les interfaces OPC A&E Les interfaces côté client IOPCEventSink [reception des Alarmes] IOPCShutdown. Les interfaces côté serveur L objet OPC Event Server L objet OPC Event Area Browser IOPCCommon IOPCEventAreaBrowser [Optionnelle] IOPCEventServer IConnectionPointContainer [Notification] L objet OPC Event Subscription IOPCEventSubscriptionMgt IConnectionPointContainer [Notification]
A Quoi ça sert? OPC HDA 1.x Introduction La spécification OPC HDA définit la manière dont les archives sont traitées avec OPC. Elle définit, bien sûr, des interfaces permettant à des clients OPC HDA, d accéder aux données archivées par des serveurs OPC HDA. Un serveur OPC HDA peut collecter les données sur un serveur DA ou directement dans un format propriétaire. Un serveur DA peut aussi être un serveur HDA Un client HDA peut être un module de courbe de tendance, un module statistique ou n importe quel module utilisant des archives. Les particularités de la spécification OPC HDA et les autres spécifications. La spécification OPC HDA est complémentaire mais indépendante des spécifications OPC DA et OPC A&E. Les points communs sont regroupés dans la spécification commune. Elle fait référence aux serveurs A&E quand ceux-ci supportent les interfaces spécifiques à OPC HDA
Les Items Les Items et Les agrégats OPC HDA La structure de Items OPC HDA comprend l identificateur de l item, sa valeur, son timestamp, sa qualité, l agrégat auquel il appartient et ses attributs. Les Attributs. Les attributs décrivent des paramètres propres à l item tel que le nom, le type de donnée, l unité de conversion, la source de la donnée,. Des attributs spécifiques peuvent être définis pour chaque serveur. Pour la liste détaillée des attributs reportez vous à la spécification [OPC HDA p132-134] Les agrégats. Les agrégats permettent de spécifier des traitement attendus sur les données. La signification de chaque agrégat est liée à chaque serveur. Les agrégats non supportés par un serveur doivent «OPC_E_INVALIDARG» dans le code d erreur associé. Des agrégats supplémentaires aux agrégats définis par la fondation OPC peuvent être ajoutés dans les serveur lors de l implémentation.les agrégats spécifiques des serveurs sont définis à partir de 0x80000000. La fondation OPC se réservant les attributs de 0 à 0x7fffffff. [OPC HDA p135]
Les interfaces OPC HDA Côté serveur (deux objets) IUnknown Côté client IOPCHDA_Common [IOPCHDA_AsyncRead] IOPCHDA_Shutdown IUnknown IOPCHDA_SyncRead [IOPCHDA_SyncUpdate] [IOPCHDA_SyncAnnotations] IOPCHDA_ Server Object [IOPCHDA_AsyncUpdate] [IOPCHDA_AsyncAnnotations] IConnectionPointContainer [IOPCHDA_ReadCallback] [IOPCHDA_UpdateCallback] [IOPCHDA_AnnotationsCallback] IOPCHDA_ Client Object [IOPCHDA_Playback] IOPCHDA_Server IUnknown [] indique les interfaces optionnelles IOPCHDA_Browser IOPCHDA_ Browser Object
Architecture OPC HDA server client Operator Station 2 Operator Trend Display Event Logger, etc. OPC Historian Server OPC Historian Server Proprietary Historian Server Proprietary Data Server OPC Data Access Server
OPC Batch 1.0 & 2.0 - Introduction Cette spécification est bâtie sur d autres standards, qui sont OPC-DA et la spécification IEC 61512-1. Dans la spécification OPC Batch, le nom des items respecte une syntaxe définie dans la spécification IEC 61512-1. La spécification IEC apporte une terminologie qui est intégrée dans OPC Batch. Enterprise Site Area May contain May contain May contain Process Cell Unit Must contain May contain Equipment Module May contain May contain Control Module May contain
Le modèle fonctionnel IEC 61512-1 La spécification OPC Batch définit : Les données relatives au batch en cours d exécution. Recipe Management Production and planning Scheduling Production information management Les informations relatives aux équipements indispensables pour comprendre le contexte d exécution du Batch. Process Management L enregistrement de l exécution du batch. Unit Supervision Le contenu des modèles de batch Process Control Il est prévu que les serveurs OPC Batch interagissent avec les moteurs IEC pour la gestion des recettes Personnel and environmental protection Outsid the scope of IEC 61512-1
Le modèle fonctionnel OPC Batch Les serveurs OPC Batch permettent d accéder à des données dites «DATA SOURCES». Le type de ces DATA SOURCE» dépend de l implémentation dans le serveur. Physical I/F Application OPC I/F OPC Batch Server Vendor I/F Vendor Batch Application OPC I/F OPC I/F OPC Data Server Physical I/F Physical I/O OPC I/F
Les interfaces OPC Batch Côté serveur IUnknown IOPCCommon IOPCServer [IOPCServerPublicGroups] IOPCBrowseServerAddressSpace [IPersistFile] IConnectionPointContainer IOPCItemProperties OPC Batch Server Object IOPCBatchServer [IOPCBatchServer2] IEnumOPCBatchSummary IOPCEnumerationSets [] indique les interfaces optionnelles Côté client les interfaces sont les mêmes que pour les serveurs OPC DA. Il n y a pas d interface spécifique pour les clients Batch.
Les performances Les performances dans un environnement OPC dépendent d énormément de paramètres. Les principaux éléments qui influent sur les performances d une architecture OPC sont :. La famille d interface utilisé, Custom ou Automation, Le type du serveur, InProcess ou OuPocess, L endroit ou s execute le serveur, Local ou Remote, Le type d interface, Synchrone ou Asynchrone. Les contraintes techniques lié au matériel. Les temps mesurés donnent des temps allant de 0.025 ms à 1s / Transaction.
L utilisation d OPC aujourd hui. L ensemble des spécifications éditées par la fondation OPC peuvent être implémentées dès aujourd hui. Il est techniquement possible de réaliser des clients et des serveurs supportant les spécifications, OPC-DA, OPCA&E, OPC-HDA et OPC Batch. Dans un monde idéal tous les clients supporteraient toutes les interfaces. Mais ce n est pas le cas et il existe une multitude de cas de figure. Utilisation chez les éditeurs de superviseur. Les superviseurs pour la plupart ont déjà la réponse aux problèmes abordés par OPC. ils n'implémentent bien souvent les spécifications OPC qu'à titre commercial et bien rares sont les superviseurs "FULL OPC". L intérêt commercial d OPC pour ces éditeurs n est pas évident. Utilisation chez les fabricants d automatismes. Les principaux fabricants d automatismes fournissent des serveurs OPC DA pour l accès à leurs équipements. Ils travaillent d arrache pied pour fournir des serveurs pour les autres spécifications.
OPC et les autres OS. Windows CE 3.0 CE 3.0 supporte COM/DCOM en natif. Les serveurs OPC peuvent donc être développés sur plateforme CE et utilisant les mêmes outils que sous Windows. Linux RT Linux Linux RTLinux supporte COM/DCOM en utilisant des outils de tiers parti, DeviceCOM d Intrinsyc. Intrynsic fournit aussi une toolkit pour la réalisation de serveur OPC DA. VXWorks. WindRiver conscient de l intérêt d OPC Windriver fournit des outils pour le support COM/DCOM sur VXWorks. Ils fournissent aussi un kit de développement pour la réalisation de serveur OPC DA 2.x. Autres OS Sur n importe quels autres OS la présence de la couche COM/DCOM permet d envisager des architectures OPC. Si la couche COM est absente il est toujours possible de l implémenter!!
OPC c est, En résumé. un standard pour l industrie. Le meilleur de chacun des produits existants. L accès aux données depuis n importe quel point du réseaux Lan/Wan. L indépendance totale vis à vis des fabricants de matériels L indépendance totale vis à vis des éditeurs de logiciels. L ouverture maximale, l intégration des ERP. L avenir de la conduite des procédés. 4CE INDUSTRY, 12 Parc Club du Millénaire 1025 rue Becquerel 34036 Montpellier France Tel : +33 467 993 382 Fax : +33 467 993 062 Tech : +33 467 790 737