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摘 要：“绿色节能”已成为智能建筑系统集成发展的新方向，OPC技术是实现本集成系统的基础，文章通过对OPC技术的研究，设计了基于OPC技术的绿色智能建筑集成系统的应用模型，并介绍了OPC服务器、客户端的实现以及OPC与实时数据库连接的思路和方法。
关键词：OPC；绿色智能建筑；系统集成
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0147－02
1 智能建筑集成系统向“节能环保”方向发展
随着4C技术，即现代计算机技术、通信技术、自动化控制技术和图形显示技术（CRT）的进步和互相渗透而逐步发展起来的，是现代化建筑技术与先进的智能化技术的完美结合。智能建筑的内涵十分丰富，如今的智能建筑已从最初简单的设备控制，发展为包括楼宇自控、安防、消防等20多个子系统在内的复杂工程。同时，随着近几年气候的不断恶化、资源的不断消耗，社会开始重视“可持续发展”、重视环保节能。其中，建筑节能也是一个重要议题，是中国能源战略的重要组成部分，成为社会各界关注的热点问题。
绿色智能建筑系统是针对绿色建筑指标体系中的节能与能源利用、运营管理两个指标，借助建筑物各子系统的功能及能耗模型，在原有IBMS集成内容基础之上，通过纳入建筑能耗的监控和优化管理，实现对建筑物各子系统全面优化控制管理，包括能源消耗监控管理、能耗优化调度管理及系统联动管理等，达到优化资源、节省能源、降低运营成本、提高管理效率的目标。这是对传统意义上的智能建筑集成技术提出更高要求，是集成技术的又一次“升华”。
2 OPC技术
2.1 OPC协议
OPC（OLE for process control），即用于过程控制的OLE（部件对象连接与嵌入），是一种基于OLE的通信标准。它包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OPC重点解决应用软件与过程控制设备之间的数据的读取和写入的标准化及数据传输等功能。它沿袭Client/Server的模式，将数据采集端视为OPC Server，其他的访问端视为OPC Client。OPC提供信息管理域应用软件与实时控制域进行数据传输的方法，提供应用软件访问过程控制设备数据的方法，解决应用软件与过程控制设备之间通信的标准问题。当设备通过OPC互联时，图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用软件等应用软件均基于OPC标准，现场设备的驱动程序也均基于OPC标准。
2.2 OPC Server
OPC Server规范包括：实时数据存取（DA，DataAccess）规范、报警与事件（AE，Alarms and Events）规范、历史数据存取（HDA，HistoricalDataAccess）规范、批量过程规范、安全性规范、复杂数据和公共I/O规范等，其中前三个规范是主要：
2.2.1 实时数据存取（DA，DataAccess）规范
OPC Server由3类对象组成，相当于3种层次上的接口：服务器（server）、组（group）和数据项（item）。服务器对象包含服务器的所有信息，同时也是组对象的容器。一个服务器对应于一个OPC Server，即一种设备的驱动程序。在一个Sever中，可以有若干个Group。同时，OPC Group对象维护自己的信息并提供容纳OPC Items和以有效的逻辑组织OPC Items的机制。OPC Groups为客户端组织数据提供方法。
2.2.2 报警与事件（AE，AlarmsandEvents）规范
报警是对OPC客户有意义并在事件服务器或其对象中命名的一种非正常状态，如数值超限报警。事件是对OPC服务器或客户重要的某种可检测的变化，如报警与正常的转换、操作员动作、系统故障等。通过报警与事件规范提供的机制，当有报警或事件，客户应用程序可以得到通知。
2.3 OPC接口
绿色集成管理平台（OPC Client）与各子系统（OPC Servers）之间必须有OPC接口，OPC规范提供了两套标准接口：定制标准接口（Custom Interface）和OLE自动化标准接口（Automation Interface）。OPC Servers必须实现定制接口，以C＋＋语言开发，适用于C＋＋或VC＋＋客户应用程序。OLE自动化标准接口是可选接口，它提供的是一个自动配置和存取过程控制数据的接口，它适合使用VB开发的客户应用程序。通常在设计中都采用自动化标准接口。通过OPC接口，客户端应用程序就可以从服务器端读取数据、发送控制命令等。
3 OPC技术在绿色智能建筑系统中的应用与实现
3.1 基于OPC的绿色智能建筑集成系统应用模型
基于OPC的绿色智能建筑系统的集成应用模型构建思想为：将集成管理平台作为OPC客户端，在它和各下层子系统之间开发一个OPC服务器，保证这个OPC服务器与OPC客户端使用的是同一套OPC标准类型，可直接互通。OPC服务器做成一个标准组件，包含可扩展的若干接口，以实现对不同设备驱动组件的调用。设备驱动组件依据不同的设备接口类型及协议封装，使用定义好的OPC标准信息格式和OPC标准接口与集成管理平台（OPC客户端）进行通讯。另外，它接收来自集成管理平台的控制信息，通过对该子系统的文件、数据库或应用程序接口（API）的系统调用来完成其控制功能。共同运行在集成管理平台和各子系统之间，作为通信中介的这些组件的集合统称为“接口层”。
3.2 OPC服务器的实现
从OPC规范中，我们可以看出OPC服务器应该具有几项基本功能，任何一个服务器要想与其他标准客户端进行数据传送就必须实现这些功能：首先，开发出来的OPC服务器能在客户端需要的时候，提供本地连接，也就是在客户端能够查找到服务器提供的接口；然后客户端能够通过调用服务器提供接口的方法来添加、删除服务器内的组对象并对组对象进行管理。
现场设备的OPC服务器实现主要由两部组成：①OPC标准接口的实现；②与硬件设备的通信模块（即设备驱动）。OPC服务器的实现一般有3种方法：①通过快速开发工具开发OPC服务器；②通过MFC（微软基本类库）提供的COM支持开发OPC服务器；③通过ATL（活动模板库）开发OPC服务器。OPC接口的实现，实质上就是按照OPC标准进行COM接口开发，考虑到绿色智能建筑集成系统中的应用，我认为可以借助市场上的OPC服务器开发工具实现，以简化开发工作。
OPC服务器（DA 2.0）里主要定义了两个对象：OPC Server和OPC Group。OPC Server对象是OPC服务器的核心，是客户程序访问OPC服务器的唯一入口和实例化点，它提供的接口函数主要包括对OPC Group对象的管理、OPC Item属性查询、连接点管理以及地址空间浏览（可选）等。OPC Group 对象的主要作用是管理一组数据项（Item），包括数据项的同步/异步访问、添加删除、属性查询等。用OPC Group类的ADD Group方法创建Group类对象，继而创建Item对象，在获取Item对象后，就可以进行各种读写操作了。从客户程序角度看，访问一个OPC服务器的过程大致是首先创建一个OPC Server对象，然后通过它创建一个OPC Group，在其中添加想要访问的数据项，之后利用订阅回调机制周期性获取动态数据或通过读写接口直接访问数据项。
3.3 OPC客户端的实现
在客户/服务器的结构中，OPC客户端程序的功能包括定位OPC数据采集服务器、建立与OPC数据采集服务器的连接等。而OPC客户端程序集成于实时数据库系统软件之中可以对实时数据库进行组态，将实时数据库中的输出数据发送到OPC数据采集服务器等。通过OPC客户端软件，实现了上层应用程序与下层现场设备的隔离。
OPC客户程序本身可以完成很多复杂的数据处理和显示功能，但都需通过访问OPC服务器，对现场数据进行存取。OPC客户端主要实现的功能包括：浏览服务器功能，即OPC客户程序首先要实现浏览OPC服务器的功能；数据存取功能，得到OPC服务器列表后，OPC客户程序可和其中的一个或多个服务器进行连接，实现数据存取的功能。
客户应用程序访问OPC服务器的过程为：首先，必须获取OPC服务器中的OPC Server对象；其次，用OPC Group进行
各种读写操作，实现数据存取。在整个过程中，客户应用程序不需要理解OPC数据访问服务器的内部设计，而只需按照OPC服务器所要求的格式调用方法、属性和事件来实现就可以了。注意，通常OPC客户端可以与OPC服务器实现多对多的连接，需要处理多服务器同时工作情况下对象的加减和连接释放问题。在进行多服务器连接时，对每一个不同Server都要连接一次，当不需要某个OPC Server时，要将该服务器释放掉，以免占用资源。
3.4 OPC与实时数据库的数据交换
在绿色智能建筑集成系统中，借助OPC技术可以实现下层多种协议，不同设备之间的数据采集与交换。集成系统之所以实现节能环保，就是结合实际环境合理调节建筑内各种设备的运行状态。因此，系统要求数据的采集量大、及时性高，系统数据库通常选用实时数据库。
实时数据库平台，专门负责存储和管理系统所需的数据，添加的OPC客户接口和服务器接口均要以它为平台进行数据交互。通过通信接口的组态，OPC客户接口从现场数据源获取数据储存在实时数据库中。根据上层调度等应用系统的要求，用户在COM中经过数据组态将实时数据库平台中所需信息映射到OPC服务器中的数据点，再由服务器以OPC规范的形式向外发布。这样就完成了从现场数据源到上层应用系统的一个单向数据流通。反之亦然，即可实现对现场设备的控制作用。
4 结束语
建设绿色智能建筑集成系统，实现建筑节能，利在当前、功在千秋。绿色智能建筑系统关键在于集成性与实时性，要求实时掌控建筑内各种设备的运行状态，对智能建筑系统集成技术提出了更高的要求，也是今后几年智能建筑集成系统的发展方向。OPC技术实现了智能建筑系统集成中各子系统之间实现了开放的、无缝隙的连接，为绿色集成系统奠定了基础。
参考文献：
［1］徐智勇，李德华，许立梓.用OPC实现IBMS的信息集成［J］.自动化技术与应用，2002（2）.
［2］唐小艳，陈立定，曾明.基于OPC技术的智能建筑系统集成的研究［J］.安徽工业学院学报（自然科学版），2004（4）.
［3］董莉霞，韩建峰.基于OPC技术的现场设备监视系统应用及实现［J］.智能建筑与城市信息，2009（2）.
［4］李冬辉，贾巍.基于OPC协议的智能建筑信息集成系统的设计［J］.低压电器，2005（6）.
（编辑：李敏）
Green Intelligent Building Systems Based on OPC Technology in Integrated
Zhang Yingfeng
Abstract: The “green energy” has become the new direction of development of integrated intelligent building systems, OPC technology is the basis of this integrated system, the article on the OPC technology, design the application model of green intelligent building integrated systems based on OPC technology. OPC server and client implementation, as well as OPC and real－time database connection ideas and methods.
Key words: the OPC; green intelligent building; system integration
关键词：OPC；绿色智能建筑；系统集成
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0147－02
1 智能建筑集成系统向“节能环保”方向发展
随着4C技术，即现代计算机技术、通信技术、自动化控制技术和图形显示技术（CRT）的进步和互相渗透而逐步发展起来的，是现代化建筑技术与先进的智能化技术的完美结合。智能建筑的内涵十分丰富，如今的智能建筑已从最初简单的设备控制，发展为包括楼宇自控、安防、消防等20多个子系统在内的复杂工程。同时，随着近几年气候的不断恶化、资源的不断消耗，社会开始重视“可持续发展”、重视环保节能。其中，建筑节能也是一个重要议题，是中国能源战略的重要组成部分，成为社会各界关注的热点问题。
绿色智能建筑系统是针对绿色建筑指标体系中的节能与能源利用、运营管理两个指标，借助建筑物各子系统的功能及能耗模型，在原有IBMS集成内容基础之上，通过纳入建筑能耗的监控和优化管理，实现对建筑物各子系统全面优化控制管理，包括能源消耗监控管理、能耗优化调度管理及系统联动管理等，达到优化资源、节省能源、降低运营成本、提高管理效率的目标。这是对传统意义上的智能建筑集成技术提出更高要求，是集成技术的又一次“升华”。
2 OPC技术
2.1 OPC协议
OPC（OLE for process control），即用于过程控制的OLE（部件对象连接与嵌入），是一种基于OLE的通信标准。它包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OPC重点解决应用软件与过程控制设备之间的数据的读取和写入的标准化及数据传输等功能。它沿袭Client/Server的模式，将数据采集端视为OPC Server，其他的访问端视为OPC Client。OPC提供信息管理域应用软件与实时控制域进行数据传输的方法，提供应用软件访问过程控制设备数据的方法，解决应用软件与过程控制设备之间通信的标准问题。当设备通过OPC互联时，图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用软件等应用软件均基于OPC标准，现场设备的驱动程序也均基于OPC标准。
2.2 OPC Server
OPC Server规范包括：实时数据存取（DA，DataAccess）规范、报警与事件（AE，Alarms and Events）规范、历史数据存取（HDA，HistoricalDataAccess）规范、批量过程规范、安全性规范、复杂数据和公共I/O规范等，其中前三个规范是主要：
2.2.1 实时数据存取（DA，DataAccess）规范
OPC Server由3类对象组成，相当于3种层次上的接口：服务器（server）、组（group）和数据项（item）。服务器对象包含服务器的所有信息，同时也是组对象的容器。一个服务器对应于一个OPC Server，即一种设备的驱动程序。在一个Sever中，可以有若干个Group。同时，OPC Group对象维护自己的信息并提供容纳OPC Items和以有效的逻辑组织OPC Items的机制。OPC Groups为客户端组织数据提供方法。
2.2.2 报警与事件（AE，AlarmsandEvents）规范
报警是对OPC客户有意义并在事件服务器或其对象中命名的一种非正常状态，如数值超限报警。事件是对OPC服务器或客户重要的某种可检测的变化，如报警与正常的转换、操作员动作、系统故障等。通过报警与事件规范提供的机制，当有报警或事件，客户应用程序可以得到通知。
2.3 OPC接口
绿色集成管理平台（OPC Client）与各子系统（OPC Servers）之间必须有OPC接口，OPC规范提供了两套标准接口：定制标准接口（Custom Interface）和OLE自动化标准接口（Automation Interface）。OPC Servers必须实现定制接口，以C＋＋语言开发，适用于C＋＋或VC＋＋客户应用程序。OLE自动化标准接口是可选接口，它提供的是一个自动配置和存取过程控制数据的接口，它适合使用VB开发的客户应用程序。通常在设计中都采用自动化标准接口。通过OPC接口，客户端应用程序就可以从服务器端读取数据、发送控制命令等。
3 OPC技术在绿色智能建筑系统中的应用与实现
3.1 基于OPC的绿色智能建筑集成系统应用模型
基于OPC的绿色智能建筑系统的集成应用模型构建思想为：将集成管理平台作为OPC客户端，在它和各下层子系统之间开发一个OPC服务器，保证这个OPC服务器与OPC客户端使用的是同一套OPC标准类型，可直接互通。OPC服务器做成一个标准组件，包含可扩展的若干接口，以实现对不同设备驱动组件的调用。设备驱动组件依据不同的设备接口类型及协议封装，使用定义好的OPC标准信息格式和OPC标准接口与集成管理平台（OPC客户端）进行通讯。另外，它接收来自集成管理平台的控制信息，通过对该子系统的文件、数据库或应用程序接口（API）的系统调用来完成其控制功能。共同运行在集成管理平台和各子系统之间，作为通信中介的这些组件的集合统称为“接口层”。
3.2 OPC服务器的实现
从OPC规范中，我们可以看出OPC服务器应该具有几项基本功能，任何一个服务器要想与其他标准客户端进行数据传送就必须实现这些功能：首先，开发出来的OPC服务器能在客户端需要的时候，提供本地连接，也就是在客户端能够查找到服务器提供的接口；然后客户端能够通过调用服务器提供接口的方法来添加、删除服务器内的组对象并对组对象进行管理。
现场设备的OPC服务器实现主要由两部组成：①OPC标准接口的实现；②与硬件设备的通信模块（即设备驱动）。OPC服务器的实现一般有3种方法：①通过快速开发工具开发OPC服务器；②通过MFC（微软基本类库）提供的COM支持开发OPC服务器；③通过ATL（活动模板库）开发OPC服务器。OPC接口的实现，实质上就是按照OPC标准进行COM接口开发，考虑到绿色智能建筑集成系统中的应用，我认为可以借助市场上的OPC服务器开发工具实现，以简化开发工作。
OPC服务器（DA 2.0）里主要定义了两个对象：OPC Server和OPC Group。OPC Server对象是OPC服务器的核心，是客户程序访问OPC服务器的唯一入口和实例化点，它提供的接口函数主要包括对OPC Group对象的管理、OPC Item属性查询、连接点管理以及地址空间浏览（可选）等。OPC Group 对象的主要作用是管理一组数据项（Item），包括数据项的同步/异步访问、添加删除、属性查询等。用OPC Group类的ADD Group方法创建Group类对象，继而创建Item对象，在获取Item对象后，就可以进行各种读写操作了。从客户程序角度看，访问一个OPC服务器的过程大致是首先创建一个OPC Server对象，然后通过它创建一个OPC Group，在其中添加想要访问的数据项，之后利用订阅回调机制周期性获取动态数据或通过读写接口直接访问数据项。
3.3 OPC客户端的实现
在客户/服务器的结构中，OPC客户端程序的功能包括定位OPC数据采集服务器、建立与OPC数据采集服务器的连接等。而OPC客户端程序集成于实时数据库系统软件之中可以对实时数据库进行组态，将实时数据库中的输出数据发送到OPC数据采集服务器等。通过OPC客户端软件，实现了上层应用程序与下层现场设备的隔离。
OPC客户程序本身可以完成很多复杂的数据处理和显示功能，但都需通过访问OPC服务器，对现场数据进行存取。OPC客户端主要实现的功能包括：浏览服务器功能，即OPC客户程序首先要实现浏览OPC服务器的功能；数据存取功能，得到OPC服务器列表后，OPC客户程序可和其中的一个或多个服务器进行连接，实现数据存取的功能。
客户应用程序访问OPC服务器的过程为：首先，必须获取OPC服务器中的OPC Server对象；其次，用OPC Group进行
各种读写操作，实现数据存取。在整个过程中，客户应用程序不需要理解OPC数据访问服务器的内部设计，而只需按照OPC服务器所要求的格式调用方法、属性和事件来实现就可以了。注意，通常OPC客户端可以与OPC服务器实现多对多的连接，需要处理多服务器同时工作情况下对象的加减和连接释放问题。在进行多服务器连接时，对每一个不同Server都要连接一次，当不需要某个OPC Server时，要将该服务器释放掉，以免占用资源。
3.4 OPC与实时数据库的数据交换
在绿色智能建筑集成系统中，借助OPC技术可以实现下层多种协议，不同设备之间的数据采集与交换。集成系统之所以实现节能环保，就是结合实际环境合理调节建筑内各种设备的运行状态。因此，系统要求数据的采集量大、及时性高，系统数据库通常选用实时数据库。
实时数据库平台，专门负责存储和管理系统所需的数据，添加的OPC客户接口和服务器接口均要以它为平台进行数据交互。通过通信接口的组态，OPC客户接口从现场数据源获取数据储存在实时数据库中。根据上层调度等应用系统的要求，用户在COM中经过数据组态将实时数据库平台中所需信息映射到OPC服务器中的数据点，再由服务器以OPC规范的形式向外发布。这样就完成了从现场数据源到上层应用系统的一个单向数据流通。反之亦然，即可实现对现场设备的控制作用。
4 结束语
建设绿色智能建筑集成系统，实现建筑节能，利在当前、功在千秋。绿色智能建筑系统关键在于集成性与实时性，要求实时掌控建筑内各种设备的运行状态，对智能建筑系统集成技术提出了更高的要求，也是今后几年智能建筑集成系统的发展方向。OPC技术实现了智能建筑系统集成中各子系统之间实现了开放的、无缝隙的连接，为绿色集成系统奠定了基础。
参考文献：
［1］徐智勇，李德华，许立梓.用OPC实现IBMS的信息集成［J］.自动化技术与应用，2002（2）.
［2］唐小艳，陈立定，曾明.基于OPC技术的智能建筑系统集成的研究［J］.安徽工业学院学报（自然科学版），2004（4）.
［3］董莉霞，韩建峰.基于OPC技术的现场设备监视系统应用及实现［J］.智能建筑与城市信息，2009（2）.
［4］李冬辉，贾巍.基于OPC协议的智能建筑信息集成系统的设计［J］.低压电器，2005（6）.
（编辑：李敏）
Green Intelligent Building Systems Based on OPC Technology in Integrated
Zhang Yingfeng
Abstract: The “green energy” has become the new direction of development of integrated intelligent building systems, OPC technology is the basis of this integrated system, the article on the OPC technology, design the application model of green intelligent building integrated systems based on OPC technology. OPC server and client implementation, as well as OPC and real－time database connection ideas and methods.
Key words: the OPC; green intelligent building; system integration