浅析OPC与Web Services技术在未来楼宇自控系统中的应用趋势

刘　晔（施耐德电气(中国)有限公司能效及楼宇事业部能力中心）

浅析OPC与Web Services技术在未来楼宇自控系统中的应用趋势

刘晔
（施耐德电气(中国)有限公司能效及楼宇事业部能力中心）

论文就目前在楼宇自控系统中采用OPC及Web Services技术第三方系统集成进行简要论述，并就未来系统集成方式的趋势进行分析。

1　引言

相信接触过楼宇自控系统的人都知道OPC这个概念，因为在众多项目的楼宇自控系统招标文件中，集成第三方系统的协议类型就包括OPC；或者在设计院或顾问公司撰写的楼宇自控系统要求中也有所提及，这让大家感觉到OPC接口的应用在楼宇自控系统行业相当的普遍，而且似乎成为了除LonWorks、BACNet和ModBus这三款标准协议以外的第四种通用通讯协议。实际情况如此么？笔者将简单向读者介绍OPC通讯在楼宇自控系统中的应用实际情况，并对比另一种概念相对较新的数据交换方式Web Services，阐述哪种或将成为楼宇自控系统未来的系统集成和数据交换方式。

2　OPC及Web Services的演化历程和架构特点

在此之前，有必要简要介绍一下OPC及Web Services的演化历程和架构特点。这对读者了解OPC及Web Services会有一定的帮助。

OPC (OLE for Process Control，即用于过程控制的OLE)是一个工业制造行业的标准，制定和管理这个标准的国际组织是OPC基金会，OPC基金会在1996年发布第一版OPC标准。由于OPC标准的不断更新，不同版本分别是基于微软的OLE (现在的ActiveX) 、COM (部件对象模型) 和DCOM (分布式部件对象模型) 技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，对象是用于过程控制和制造业自动化系统。它的出现使得基于Windows的应用程序和现场过程控制应用之间建立了桥梁。由于OPC基于Windows的特点，OPC逐渐被引入到楼宇自控系统与第三方系统的数据交换中，相比OPC的前辈DDE(上海金茂大厦的楼宇自控系统曾采用此技术进行系统集成)，OPC表现出了提升通讯速率、集成性、运行可靠性等优势。

Web Service是基于内网网络或互联网网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守HTTP技术规范，HTTP规范使得Web Service能与其他兼容的组件进行互操作；它是由微软、IBM、Sun、Software AG、Oracle等公司于2001年共同开发出来的。Web Services 主要利用 HTTP (超文本传输协议) 和 SOAP 协议 (简单对象访问协议) 使数据在内网或互联网上传输，Web Services客户端利用SOAP协议，通过 HTTP 获取服务端对象并执行远程功能的调用。相比Web Services的前身IIOP (互联网内部对象请求代理协议) ，由于Web Services具备通用标准模块化组件的优势，解决了IIOP模型都依赖于特殊对象模型的弊端。

从OPC的架构上分析，OPC在楼宇自控系统中的应用集中在内网网络，将以太网作为物理媒介，通过OPC定制接口，对第三方OPC接口设备(OPC服务器端) 进行采集数据，图1所示为楼宇自控系统中OPC通信的基本架构，前提是OPC服务器或OPC客户端都须具备OPC驱动接口。此外，由于OPC的复杂数据结构，数据包往往会被防火墙过滤，因而若要从互联网端的OPC服务器获取数据变得异常困难。在楼宇自控领域，楼宇自控系统几大制造厂商(如施耐德电气、霍尼韦尔楼宇、西门子楼宇或江森自控等)都会在其软件配置中预装OPC驱动，这方便了楼宇自控系统通过OPC方式获取内网网络中第三方系统的数据，或由楼宇自控系统向某些集成平台提供数据。在楼宇自控系统的工程实践中，由于OPC版本的不同或其他原因，可能需要进行二次开发，而OPC的二次开发比较复杂和繁琐，并且需要通过反复调试和稳定性运行测试，一般的楼宇自控工程师不具备这样的开发能力。因此，一般会把开发任务承包给专业的软件开发公司完成，因而开发周期较长和开发费用高是楼宇自控系统供应商不得不面对的问题。此外，楼宇自控系统工程实践中还会面对一个OPC繁琐配置的问题，我们常看到一些第三方系统会安装在楼宇自控系统服务器内，比如门禁系统、停车场系统等与楼宇自控系统运行在同一台服务器电脑，其中一个重要原因就是由于OPC的网络配置复杂，若OPC服务端与OPC客户端在同一台电脑内，就能省去网络配置的复杂过程，虽然两个或多个系统并存在一个服务器电脑不尽合理，但我们往往会看到这样妥协的项目。

从Web Services的架构上看，Web Services既可以应用在内网网络，也可以应用在互联网网络。图2描述了Web Services通过HTTP协议的子协议SOAP，以XML为数据格式与第三方系统进行数据交换。由于HTTP及XML是使用最为普遍的网络协议和数据格式，除互联网网站外，现在越来越多的系统或设备开始支持Web Services，比如施耐德电气的BMS企业级服务器和BMS楼宇级服务器均支持Web Services通讯方式。在楼宇自控系统的应用上，Web Services可以将数据交换变得简单，并且可以将楼宇自控系统的触角从内网网络向外延伸到整个互联网网络，例如一个具备该自控系统的楼宇，它的外墙照明和户外照明除了要根据楼宇业主的要求进行控制外，同时需要按照市容管理委员会的城市夜景照明要求进行控制，这涉及楼宇自控系统与内网以外的第三方系统进行数据交换，以前的实现方式极为困难，若通过Web Services方式，将变得轻而易举。

图1　OPC通信的基本架构

图2　与第三方系统进行数据交换

3　OPC及Web Services的技术对比

笔者尝试以楼宇自控系统应用环境为基础，将OPC与Web Services进行相应的对比，具体参考表1。从各个对比项来看，相比目前在楼宇自控系统中应用的OPC来说，Web Services显得更加开放、灵活，降低了开发难度和成本。

4　OPC及Web Services技术的未来发展趋势

从目前的IT趋势看（按照马云的理念，未来的IT技术将更趋向于DT，即数据技术），大数据、物联网、IPv6、云技术等概念已成为趋势。大数据的获取和分析将使未来的世界变得越来越智能；IPv6的应用将使未来每个设备具备独立通讯能力成为可能，曾有业内人士比喻说IPv6将使世界上每粒砂子拥有唯一的IP地址，同时IPv6的应用将奠定未来真正大数据和物联网的实现。相应地，楼宇自控系统与第三方系统在IP层面(内网网络及互联网网络)的数据交互会变得越来越普遍，将成为基本需求和功能。

再回过头来看看OPC技术，OPC最新的版本是UA版本，可以向下兼容以往OPC版本的设备和系统，并且具备XML DA(XML格式的数据获取)服务功能，即借用Web Services和SOAP协议并以XML格式进行数据交换。OPC UA通过这种向Web Services借壳的方式实现了与互联网网络的联接，并在此基础之上使互联网网络数据交换变为可能。我们也要清晰地看到，采用OPC数据交换的应用场合主要集中在工业制造行业，大量的工业设备或系统直接支持OPC通讯，相信OPC UA版本以及未来的OPC版本必将把工业制造行业的数据交互延伸到互联网网络。

表1　OPC与Web Services技术对比注：①也有应用在UNIX或Linux平台的OPC案例，但开发难度非常大。而且楼宇自控系统基本都是采用Windows平台，所以UNIX或者Linux的OPC应用在楼宇自控系统实际项目中未被采用过。②最新的OPC版本是OPC UA(即OPC统一架构版本)，已采用Windows的.NET作为OPC的应用框架，而上一代的OPC版本采用的是Windows DCOM框架；但在楼宇自控系统的项目实践中，无论是楼宇自控系统供应商还是第三方系统供应商，仍在现有项目中沿用上一代的Windows DCOM的框架。笔者认为，在楼宇自控系统中采用OPC最新版本的可能性很小。③若楼宇自控系统通过OPC方式从第三方系统中获取数据，则需要在楼宇自控系统的电脑的OPC程序中输入第三方系统电脑的管理员权限密码，这可能对第三方系统的安全形成风险。

那么楼宇自控系统与第三方系统的数据交换模式，究竟是OPC技术还是Web Services技术更加适合未来的趋势呢？目前，虽然绝大多数项目的楼宇自控系统还是局限在建筑的内网网络中，但在可以预见的未来，可能只需3～5年的时间，楼宇自控系统连接互联网网络将成为普遍应用。笔者认为，当前的OPC UA版本与互联网网络的联接以及数据交换是采用Web Services技术，未来的OPC的版本也将沿用这种方式实现OPC的互联网联接；如果是这样，楼宇自控系统与第三方系统的集成或数据交互为什么还要采用OPC作为中间协议？直接采用Web Services技术将使得楼宇自控系统的集成或数据交换更加高效和便利。

5　结束语

Web Services相比OPC来说更加适合成为楼宇自控系统未来系统集成的技术趋势，而且无论在内网网络还是在互联网网络，Web Services的数据交换方式将成为主要的系统集成模式。可以预见，由于Web Services的应用，楼宇自控系统将轻松地转变成为BMS系统 (楼宇管理系统)，通过内网网络与其他第三方系统的集成变得更加简易；进一步地，将BMS转变为iBMS系统 (智能楼宇管理系统)也变得易于现实。由于Web Services的应用，楼宇自控系统将正真实现基于互联网网络的数据交互，并利用互联网网络平台上的大数据或云技术，使楼宇的运营更加高效，更加节能。

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.

楼宇自控系统；第三方系统集成；OPC

building automation system; third party integration; OPC