OPC技术及其在冶炼厂实时数据采集中的应用.pdf

第 2 O卷第 3期 2 0 0 6年 9月 面有毛 唐 J i a n g x i N o n f e t r o l l s Me t a l s Vo 1 2 0 No 3 Se p 2 0 0 6 文章编号 1 0 0 5 2 7 1 2 2 0 0 6 0 3 0 o 4 0 0 4 OP C技术及其在冶炼厂实时数据采集中的应用 汪金良 卢 宏 江西理工大学 江西 赣州 3 4 1 0 0 0 摘要 笔者在简述 O P C技术的基础上 以Wi n C C为例 基于 O P C数据存取规范 用 v i s u a l b a s i c f o r a p p l i c a ti o n s V B A 编程 实现了冶炼厂实时数据的采集 给出了具体的实现步骤和程序示例 应用实践表明 该方法能有效地解 决工业数据复杂报表打印 低成本远程监控以及异种控制系统无缝连接的问题 关键词 O P C W i n C C 数据采集 冶炼厂 中图分类号 T P 2 7 4 2 文献标识码 A 0 引 言 在某冶炼厂全厂自动化系统工程中 需要 自 动 打印大量的日报表 月报表 管理层和相关职能部门 也希望能直接从生产现场了解最新数据 及时进行 生产决策管理 即希望对现场数据进行数据统计分 析和远程监视 然而 该 自动化系统中包括横河 和 利时 西门子等控制器和现场数字设备 它们遵从不 同的通讯标准 组成 了各 自的控制系统 各个控制系 统形成了互不相连的信息孤岛 难以建立全厂统一 的生产过程数据平台 实现管理控制的一体化 O P C O L E f o r p r o c e s s c o n t r o 1 规范 l 的提出使 这个难题迎刃而解 目前 O P C技术已被广泛用于解 决从物理设备中获取原始数据 以及 S C A D A D C S 和其他应用程序的数据交互等问题 本文以Wi n C C为例 基于 O P C数据存取规范 版本 2 0 利用 V B A编程技术实现了西门子控制 系统实时数据的采集 为工业复杂报表的打印 现场 数据的低成本远程监视 异种控制系统间的 无缝连 接 提供了有效的方法 1 O P C技术 1 1 O P C体系结构 O P C是 O P C基金会组织倡导的工业控制和生 产 自动化领域中使用的硬件和软件的接口标准 O P C是基于 Mic r o s o f t 的O L E C O M和 D C O M技术 包括了自 动化应用中使用的一整套的接口 属性和 方法的标准 2 1 O P C采用 C l i e n t S e r v e r 结构 典型的 O P C体系结构如图 1 所示 3 1 OPC 胞 等 应 用 程 序l 画 动 化 接 l 自 动 接 口 包 k c一 一 等 应 用 程 序 l 定 制 接 口 本地或远程I 矍 竺 物 理 设 备 数据缓冲区l I 或数 据库 图 1 OP C体系结构 O P C标准要求所有的硬件供应商将硬件设备 驱动程序封装成独立的 O P C服务器 负责向O P C 客户端不断地提供数据 应用程序开发商可以根据 需要使用任何语言来写出程序代码 上层应用作为 O P C客户端 可以不包含任何通信接口程序 不必 关心底层的硬件设备特性 也不必考虑软硬件如何 通信 只要遵循 O P C数据接口协议 一个O P C客户 程序可以同时和一个或多个厂商提供的服务器连 接 从中取得数据 从而实现 O P C数据的灵活配置 和多种系统的真正集成 1 2 O P C数据存取规范 O P C数据存取服务器由 3 类对象组成 服务 器 组和项 O P C服务器对象维护有关服务器的信 收稿1 3 期 2 0 0 6 0 6 2 5 基金项目 国家 自 然科学基金资助项目 5 0 3 6 4 0 0 4 作者简介 汪金 1 9 7 6 一 男 江西贵溪人 讲师 主要研究方向为计算机模拟与优化控制 卢宏 1 9 7 5 一 女 江西贵溪人 讲师 硕士 主要研究方向为计算机应用及智能控制 维普资讯 第3 期 汪金良 等 O P C 技术及其在冶炼厂实时数据采集中的应用 4 1 息并作为 O P C组对象的包容器 O P C组对象维护有 关其 自身的信息 提供包容 O P C项的机制 并管理 O P C项 一个服务器中允许存在多个 组 O P C项对 象是 O P C的数据单元 一个组 内允许定义多个数据 项 每个数据项有值 品质和时间戳 3 个属性 数据 项不是数据源 它仅仅是与数据源的连接 其值对应 图 1 的数据缓冲区 而服务器按照一定的速率通过 数据缓冲区与物理设备交换数据 所以 数据项只 是简单地说明了数据的参考地址 而不是数据的实 际物理地址 4 1 3 O P C数据接口 O P C标准中的接口主要有两种 定制接口和 自 动化接口 定制接口描述了O P C组件和对象的接口 以及其中的方法 适用于由 C或 C 语言设计的 O P C客户端和服务器程序 自动化接 口提供了一个 自动配置和存取过程控制数据的接口 它方便了用 V i s u a l b a s i c D e l p h i E x c e l 及其他可以使用 O L E自 动化服务器应用程序接 口的高级商用软件的使用 图2 是O P C自 动化接口的对象模型阎 I o P c 服务器 o P c s e l e r l I 组集 合 o P c G r 0 u p s 浏览器 O P C B r o w s e r I l fl l O P C C r p l I 项 集 合 o P c Ite m s I l l O P C I te m I 图 2 O P C自动化接口模型 2 W i n CC OPC S e r v e r Wi n C C Wi n d o w s C o n t r o l C e n t e r 是 由德 国西 门 子公司与微软共同开发的软件系统 是结合西门子 在过程自动化领域中的先进技术和微机软件的强大 功能的产物 是世界上第一个集成的人机界面 H M I 软件系统 6 1 Wi n C C提供了适合于工业的图形 消 息 归档及报表等功能模块 广泛应用于各种工业控 制系统的数据采集及监控 71 Wi n C C O P C S e r v e r 为 西门子控制系统的扩展 以及与其他控制系统的无 缝连接提供了方便 在 Wi n C C安装选项的 C o m m u n i c a t i o n 组件中 选择 O P C S e rv e r 项 安装 O P C S e rve r f 新 Wi n C C版 本 安装 Wi n C C时 O P C自动安装 为了能在远端访问 Wi n C C O P C S e r v e r 必须对 其进行 D C O M组态设置 若本程序与 Wi n C C O P C S e rv e r 在同一 P C机上 可以不设置 方法是通过开 始 运行 输入文件名 d c o m c n f g e x e来完成 d c o m c n 程序启动后 在 应用程序 页选择 O P C S e r v e r Wi n C C 条 目 设置其属性 在 安全性 标签 中选择 使用自定义访问许可权限 选项 在 身份标识 标 签中选择 交互式用户 选项 3 实时数据采集的 V B A编程 新建一个 E x c e l 空表 按格式要求设计好报表 s h e e t l 为 了说明方便 仅 以图 3所示 的 l 0个数据 第 4 行 它们对应于 Wi n C C中的标签变量 的采集 为例 它们对应于某冶炼厂硫酸转化系统中五层触 媒的入口和出口 温度 图 3 Wi n CC实时数据采集的示例报表 数据采集过程主要包括连接服务器 读取标签 变量值 断开服务器 3 个功能的实现 这里分别用 连接 读取 断开 3 个按钮来实现 具体编程 步骤及代码如下 进入 V B编辑器 安装 O P C D A A u t o d l l 在工具 栏的引用 中添加 O P C A u t o m a t i o n 2 0 建一模板 M o d u l e 1 代码如下 有关声明 O p t i o n E x p l i c i t 强制显式声明所有变量 O p t i o n B a s e 1 声明数组下标缺省下界为 1 声明O P C服务器对象 P r i v a t e o b j S e rve r As O P C S e r v e r 声明 O P C组集合对象 P r i v a t e o b j G r o u p s A s O P C G r o u p s 声明 O P C组对缘 P r i v a t e o b j T e s t G r p A s O P C G r o u p 声明 O P C项集合对象 P r i v a t e o b j I t e m s As O P C I t e m s 服务器端句柄数组 D i m I S e rve r H a n d l e s 0 A s L o n g 连接服务器的过程 维普资讯 4 2 茵 毛 童 唐 第 2 卷 P u b l i c S u b Op c C o n n e c t 0 项标识符数组 D i m s t r l t e ml D s 1 0 1 A s S t ri n g 客户端句柄数组 D i m l C l i e n t H a n d l e s 1 0 A s L o n g D i m 1 E r r o r s 0 A s L o n g 错误标识数组 D i m I A s I n t e g e r 局部变量 用于循环 I f o b j S e r v e r I s N o t h i n g T h e n 建立一个 O P C服务器对象 S e t o b j S e r v e r N e w O P C S e r v e r En d I f I f o b j S e r v e r S e r v e r S t a t e 一O P C D i s c o n n e c t e d T h e n 连接 O P C服务器 o b j S e r v e r C o n n e c t O P C S e r v e r Wi n C C l u h o n g 其中 l u h o n g 为 O P C服务器所在 P C名 En d I f I f o G r o u p s I s N o t h i n g The n 建立一个 O P C组集合 S e t o b j G r o u p s o b j S e r v e r O P C G r o u p s En d I f I f o b j T e s t G r p I s N o t h i n g T h e n 添加一个 O P C组 组名为 T e s t S e t o b j T e s t G r p 一o G r o u p s A d d T e s t En d I f I f o b j l t e ms I s N o t h i n g The n S e t o b j l t e m s o b j T e s t G r p O P C h e ms Wi t h Wo r k s h e e t s S h e e t l F o r I 1 T 0 l 0 WI N C C中变量的标识符 s t r l t e m l D s I C e l l s 4 I T e x t WI N C C中变量的客户端句柄 1 C l i e n t Ha n d l e s I 1 I Ne x t I E n d Wi t l 1 添加 O P C项 C a l l o b j l t e ms A d d l t e m s 1 0 一s t r h e ml D s 1 C l i e n t Ha n d I e s 一1 S e r v e r H a n d l e s 1 E r r o r s En d I f E n d S u b 读取标签值的过程 P u b l i c S u b O p c R e a d 0 D i m h e m V a l 0 A s V a ri a n t 项值数组 D i m 1 E r r o r s 1 As L o n g 错误标识数组 D i m I A s I n t e g e r 局部变量 用于循环 I f N o t o b j S e r v e r I s N o t h i n g Th e n I f f o b j S e r v e r S e r v e r S t a t e 一O P C R u n n i n g T h e n 同期读取 Wi n C C中变量的值 C a l l o b j T e s t G r p S y n c R e a d O P C C a c h e 1 0 1 S e r v e r Ha n d l e s h e mV a l 1 E r r o r s 在工作表第 5行显示数据字符串 Wi t h Wo r k s h e e t s S h e e t 1 F o r I l T o 1 0 C e l l s 5 I V a l u e I t e mV a l I Ne x t I En d Wi t I l En d I f En d I f En d S u b 断开服务器的过程 P u b l i c S u b Op c D i s c o n n e c t 0 D i m l E r r o r s 0 A s Lon g 错误标识数组 I f N o t o b j l t e m s I s N o t h i n g A n d N o t o b j S e r v e r I s N o t h i n g The n 清除 O P C项 I f o b j h e ms C o u n t 0 The n C a l l o b j h e ms R e m o v e 1 0 一1 S e rve r H a n d l e s 1 E l x o r s En d I f S e t o b j l t e m s N o t h i n g En d I f I f N o t o b j T e s t G r p I s N o t h i n g T h e n 清 除 O P C组 T e s t o G r o u p s R e m o v e T e s t S e t o b j T e s t G r p N o t h i n g En d I f I f N o t o b j G r o u p s I s N o t h i n g T h e n 清 除 O P C组集合 S e t o b j G r o u p s N o t h i n g En d I f I f N o t o b j S e rve r I s N o t h i n g The n I f o b j S e rve r S e rve r S t a t e一O P C D i s c o n n e c t e d Th e n 断开与 O P C服务器的连接 C a l l o b j S e rve r D i s c o n n e c t S e t o b j S e rv e r N o t h i n g En d I f 维普资讯 第3 期 汪金良 等 O P C技术及其在冶炼厂实时数据采集中的应用 4 3 E n d I f E n d S u b 分别在 连接 读取 和 断开 3 个按钮的 C l i c k 事 件 写 上 代 码 C a l l O p c C o n n e c t C a l l O p c R e a d和 C a l l O p c Di s c o n ne c t 当连接上 O P C服务器后 点击 读取 按钮 在 报表的第 5 行得到与第 4行标签名相应的 Wi n C C 标签值 只不过点击 读取 按钮一次 数据就改变一 次 实际自动控制系统中用 T i m e r 控件 自动定时读 取相应数据 打印报表 无需人工点击按钮 4 结 语 在某冶炼厂 自动化系统改造过程中 采用基于 O P C技术的编程方法 实现 了 E x c e l 对全厂工业现 场数据的实时采集 将编程后的 E x c e l 文件安装到 远端工作站 还实现了工业现场数据的低成本远程 监控 该方法的成功应用 为进一步探讨实时数据 库 自适应优化控制模型 企业全方位 E R P A 2 I M S的 建立奠定了坚实的基础 参考文献 1 刑建春 王平 工业控制软件互操作标准O P C综述 J 工 业控制计算机 2 0 0 0 1 3 1 2 9 3 2 2 O P C国际基金会中国办事处 O P C技术综述 J 世界仪 表与自动化 2 0 0 1 5 4 3 4 3 8 3 郭红晓 莫德举 O P C技术及其软件的开发 J 北京化工 大学学报 自然科学版 2 0 0 2 2 9 3 7 1 7 8 4 张传芹 盛昭瀚 郭桂珍 基于 O P C技术的生产管理信息 集成方法 J 计算机工程 2 0 0 2 2 8 3 2 1 7 2 2 0 5 郑立 O P C应用程序入门 M 北京 O P C 中国 基金会 2 0 0 2 f 6 6 卢建华 使用 Wi n C C实现过程监控 J 武汉科技大学学 报 自然科学版 2 0 0 0 2 3 1 7 6 7 9 7 王云 S I MA T I C Wi n C C V 5 0使用入门 M 北京 北京三 博中自科技有限公司 2 0 0 1 OPC Te c h n o l o g y a n d i t s Ap p l i c a t i o n i n Ac q u i s i t i n g Re a l t i me Da t a i n S me l t e r WANG J i n l i a n g LU Ho n g J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 j i a n g x i C h i n a Ab s t r a c t O P C s p e c i fi c a t i o n i S a s t a n d a r d o f i n d u s t r y d e fi n e d b y OP C F o u n d a t i o n wh i c h s t a n d a r d i z e s t h e o p e n i n t e r f a c e b e t we e n p r o c e s s c