黃希敏

(陜西教育學(xué)院，陜西 西安 710100)

1 前言

OPC(OLE for Process Control)是一種用于工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使開(kāi)發(fā)人員能夠方便的按照OPC協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)OPC客戶端程序與OPC服務(wù)器之間的通訊。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)與S7－300的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，本文以西門子公司的SIMATIC NET作為OPC服務(wù)器，使用C#語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)OPC客戶端程序與SIMATIC NET OPC服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊。

2 SIMATIC NET OPC服務(wù)器及連接配置

SIMATIC NET是西門子在工業(yè)控制系統(tǒng)提供的一個(gè)開(kāi)放的、多元的通訊系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC、主機(jī)、工作站和個(gè)人電腦聯(lián)網(wǎng)通訊。通訊的網(wǎng)絡(luò)包括了工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS、PROFIBUS－PA等。SIMATIC NET OPC服務(wù)器不但提供了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的接口，同時(shí)還提供了報(bào)警和事件的接口等多種功能。

為了能夠讓SIMATIC NET系統(tǒng)正常的工作，必須安裝SIMATIC NET軟件。網(wǎng)絡(luò)通訊方式為工業(yè)以太網(wǎng)。按照OPC接口的規(guī)定，C或C++語(yǔ)言編寫(xiě)的客戶機(jī)應(yīng)用程序可以使用自定義接口和自動(dòng)化接口。其他的編程語(yǔ)言(如VB，Delphi，C#等)編寫(xiě)的客戶機(jī)應(yīng)用程序只能使用自動(dòng)化接口。

2.1 安裝軟件

工業(yè)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)為XP系統(tǒng)，SIMATIC NET軟件的版本為SIMATIC.NET 2006，編程環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2008。當(dāng)SIMATIC NET軟件安裝成功后，在桌面上可以看到Station Configuration、SIMATIC Manager等的快捷圖標(biāo)。

2.2 OPC服務(wù)器與S7－300連接通訊

首先，打開(kāi) SIMATIC NET軟件的 Station Configuration Editor窗口進(jìn)行PC硬件機(jī)架的配置，在打開(kāi)的窗口中依次在第一行和第三行插入OPC Server和IE General，同時(shí)還需要對(duì)工業(yè)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，以保證PC站的IP地址與S7－300的IP地址屬于同一IP段。以上操作完成后，點(diǎn)擊“Station Name”按鈕來(lái)給PC指定一個(gè)名稱，例如:“ethernetOPC”。圖1為PC硬件機(jī)架的配置界面截圖。

圖1 PC硬件機(jī)架的配置Fig.1 configuration of PC hardware chassis

其次，打開(kāi)Configuration Console窗口對(duì)控制臺(tái)進(jìn)行配置。在打開(kāi)的窗口中首先可以查看到以太網(wǎng)的模式已經(jīng)從PG mode切換到Configuration mode，然后單擊“Access Points”把S7ONLINE的指向選項(xiàng)選為“PC internal(local)”。

最后，打開(kāi) SIMATIC Manager窗口，通過(guò)“File→New”創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，如:“S7300OPC”。通過(guò)“Insert→Station→Simatic PC Station”插入一個(gè)PC站，并且命名與上述命名的PC站名稱相同，本文中即“ethernetOPC”。創(chuàng)建成功后，雙擊Configuration進(jìn)入PC Station組態(tài)，從硬件目錄串口選擇與已安裝的SIMATIC NET軟件版本相符的硬件插入到與上述PC硬件機(jī)架對(duì)應(yīng)的位置。雙擊“Configure Network”進(jìn)行NetPro配置，選擇OPC Server連接表的第一行，通過(guò)“Insert→New Connection”來(lái)建立一個(gè)新的連接，在彈出的連接屬性畫(huà)面中，選擇“S7 connection”屬性。然后在“S7 connection”屬性窗口中按照提示輸入S7－300與工業(yè)計(jì)算機(jī)的IP地址，雙擊“Address Details”設(shè)置符合S7－300的機(jī)架號(hào)0和插槽號(hào)2。上述操作完成后，編譯無(wú)誤后保存。

上述步驟完成后，就實(shí)現(xiàn)了S7－300與SIMATIC NET OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，可以通過(guò)OPC Scout來(lái)檢查連接是否正常。圖2為OPC Scout的運(yùn)行界面截圖。

圖2 OPC Scout的運(yùn)行界面截圖Fig.2 Screenshot of running interface of OPC Scout

圖2 中，Item Names項(xiàng)為S7 PLC站的變量地址。例如:S7:［S7 connection_1］DB400，INT44中，S7為協(xié)議ID，這是S7協(xié)議規(guī)定的;［S7 connection_1］為連接名，這是用戶定義的OPC連接字符串標(biāo)識(shí)名;DB400為數(shù)據(jù)塊，INT44為變量的類型和地址。OPC Scout要能夠正常的訪問(wèn)S7 PLC站的變量地址，必須嚴(yán)格按照上述的變量編址方式。

3 OPC客戶端程序的軟件實(shí)現(xiàn)

本文研究的OPC客戶端與SIMATIC NET OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)際是為了實(shí)現(xiàn)S7－300與工業(yè)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。在已經(jīng)配置好的SIMA-TIC NET OPC服務(wù)器的基礎(chǔ)上，確定了OPC Server名“OPC.SIMATICNET”和采用自動(dòng)化接口，并且嚴(yán)格按照S7 PLC站的變量編址方式，可以編程實(shí)現(xiàn)基于C#編程語(yǔ)言的OPC客戶端程序與SIMATIC NET OPC服務(wù)器通訊。圖3為實(shí)現(xiàn)OPC客戶端與OPC服務(wù)器連接通訊的程序流程圖。

(1)添加引用。OpcRcw.DA和OpcRcw.Comn是西門子提供的關(guān)于OPC通訊的兩個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。在C#編程環(huán)境中引用這兩個(gè)文件，調(diào)用這兩個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中的接口函數(shù)。

圖3 OPC客戶端與OPC服務(wù)器通訊程序流程圖Fig.3 Flow chart of communication between OPC client and OPC server

using OpcRcw.Comn;

using OpcRcw.Da;

(2)定義OPC相關(guān)變量。在進(jìn)行與OPC服務(wù)器的連接之前，首先要定義OPC相關(guān)的變量，其中包括:OPC的服務(wù)器名，OPC服務(wù)器的對(duì)象名等。

internal const string SERVER_ NAME =“OPC.SIMATICNET“;//OPC服務(wù)器名

private IOPCServer pIOPCServer;//定義OPCServer對(duì)象

…

(3)實(shí)現(xiàn)與OPC服務(wù)器的連接。public bool ConnectServer(string node_name，out string error)，其中node_name為OPC服務(wù)器的計(jì)算機(jī)名稱，連接過(guò)程中的錯(cuò)誤信息捕捉給error輸出。函數(shù)返回true和false，分別代表成功和失敗。具體的步驟:創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)象創(chuàng)建OPC組對(duì)象－向組對(duì)象中添加多項(xiàng)OPC客戶端讀寫(xiě)操作。

(4)創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)象。pIOPCServer=(IOPCServer)System.Activator.CreateInstance(svr-Componenttyp)

(5)創(chuàng)建OPC組對(duì)象。public bool AddGroup(string groupName，int bActive，int updateRate，out string error)，其中g(shù)roupName為創(chuàng)建組對(duì)象的組名，bActive為組的激活狀態(tài)，updateRate為組的刷新頻率，創(chuàng)建組對(duì)象過(guò)程中的錯(cuò)誤信息捕捉給error輸出。函數(shù)返回true和false，分別代表成功和失敗。

(6)向組對(duì)象中添加多項(xiàng)。public bool AddItems(string［］itemsName，int［］itemsID，out string error)，其中itemsName為要添加的項(xiàng)的名稱，是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，itemsID為與字符串?dāng)?shù)組相對(duì)應(yīng)的序號(hào)數(shù)組。添加項(xiàng)對(duì)象過(guò)程中的錯(cuò)誤信息捕捉給error輸出。函數(shù)返回true和false，分別代表成功和失敗。

(7)OPC客戶端讀寫(xiě)操作。OPC客戶端進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，首先要根據(jù)通訊方式是同步還是異步，從而實(shí)例化指針I(yè)OPCSyncIO/IOPCAsyncIO接口。本文的OPC客戶端通訊采用同步方式。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，IOPCSyncIO接口分別提供了讀、寫(xiě)的方法，即 IOPCSyncIO.READ和IOPCSyncIO.WRITE。

(8)斷開(kāi)與OPC服務(wù)器的連接。public bool Close(out string error)，其中，斷開(kāi)連接過(guò)程中的錯(cuò)誤信息捕捉給error輸出。函數(shù)返回true和false，分別代表成功和失敗。在程序斷開(kāi)與OPC服務(wù)器的連接之前，必須先刪除已經(jīng)創(chuàng)建的OPC對(duì)象并且釋放內(nèi)存。

上述利用C#編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)OPC客戶端程序與SIMATIC NET OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，在OPC通訊客戶端系統(tǒng)界面上實(shí)時(shí)顯示了數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)情況。圖4為OPC通訊客戶端運(yùn)行界面截圖。

圖4 OPC通訊客戶端程序運(yùn)行界面Fig.4 program running interface for client of OPC communication

4 結(jié)束語(yǔ)

以SIMATIC NET OPC為服務(wù)器，S7－300與SIMATIC NET OPC服務(wù)器連接配置，采用C#計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了OPC客戶端程序與OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。通過(guò)多次的應(yīng)用測(cè)試證明，OPC客戶端程序運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，符合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。

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