基于OPC的工控系統(tǒng)報表自動生成的實現(xiàn)

廣西柳州鋼鐵股份有限公司焦化廠 李朝光

1 引言

目前國內(nèi)外常見的PLC、DCS系統(tǒng)其在線監(jiān)控軟件都存在一個普遍性的缺陷，即監(jiān)控功能強(qiáng)大而報表生成功能弱小，無法滿足各類工業(yè)企業(yè)在報表方面的特殊要求，比如，各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表頭、表體，數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、備份、打印、交接班記事、正點或非正點時間記錄等要求，因此必須開發(fā)專門的報表系統(tǒng)軟件解決這一問題。另一方面，面對不同廠家、不同軟硬件結(jié)構(gòu)的PLC、DCS系統(tǒng)，由于相互之間互不兼容，也需要找到一種普遍適用的報表解決方案。針對這些問題，本文以西門子PLC系統(tǒng)的在線報表開發(fā)為例，介紹一種采用VB+ACCESS數(shù)據(jù)庫+EXCEL電子表格為平臺進(jìn)行在線自動報表開發(fā)的OPC客戶端解決方案。

OPC客戶端軟件的開發(fā)所應(yīng)用的核心技術(shù)就是OPC技術(shù)（O：OLE，對象鏈接和嵌入；P：process，過程；C：control，控制），OPC意為“在過程控制領(lǐng)域的對象鏈接和嵌入技術(shù)”，它是一個用于解決不同結(jié)構(gòu)的工控系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的、世界通用的工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是開發(fā)通用型報表系統(tǒng)的必要條件。

2 系統(tǒng)開發(fā)

作為OPC客戶端，本系統(tǒng)的運(yùn)行需要OPC服務(wù)器在后臺的支持，而OPC服務(wù)器實際上是一種軟件，它既可以獨(dú)立存在也可以是與監(jiān)控軟件集成在一起。西門子PLC系統(tǒng)提供的OPC服務(wù)器就是以組件形式集成在其上位機(jī)監(jiān)控軟件WinCC（WINDOWS CONTROL CENTER，視窗控制中心）中，并隨著WinCC的安裝、運(yùn)行而自動安裝、運(yùn)行，因此系統(tǒng)開發(fā)時不需要對OPC服務(wù)器做任何操作，只需與OPC服務(wù)器建立通訊連接即可，以下為系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 程序設(shè)計

2.1.1 工作流程設(shè)計

本系統(tǒng)主要的任務(wù)就是周期性地從OPC服務(wù)器中讀取所需的在線工藝參數(shù)，并定期存入后臺數(shù)據(jù)庫及報表模板中完成自動采集、自動生成報表的工作，因此系統(tǒng)的流程設(shè)計如圖1所示。

圖1 “自動報表系統(tǒng)”工作流程圖

2.1.2 定義OPC對象及相關(guān)變量

在VB編程中，為了定義OPC對象首先必須在所建工程中引用OPC控件，具體操作是在打開工程進(jìn)入VB編程窗口后，通過“工程”→“引用”菜單將西門子提供的Siemens OPC DAAutomation 2.0控件加入即可。OPC控件引用之后即可定義與OPC客戶端相關(guān)的各種OPC對象全局變量，包括OPC服務(wù)器對象OPCServer、OPC組對象OPCGroup、客戶端句柄數(shù)組clienth()、服務(wù)器端句柄數(shù)組serverh()、錯誤句柄數(shù)組errors()、標(biāo)簽數(shù)組itemids()、標(biāo)簽值數(shù)組values()這幾個關(guān)鍵的全局變量，其中，標(biāo)簽值數(shù)組values()必須設(shè)為變體型Variant數(shù)據(jù)類型。

該部分關(guān)鍵的程序代碼：

? 定義OPC服務(wù)器對象：Dim WithEvents myopcserver As OPCServer；

學(xué)生通過平臺提出問題，教師不能每時每刻在線回答，否則工作量太大，因此互動可能會有延遲性，這也需要網(wǎng)教平臺在這方面能更智能化，教師把各種可能出現(xiàn)的問題盡可能多的先設(shè)計好，這樣平臺就可以像機(jī)器人一樣智能回答學(xué)生提出的問題。

? 定義OPC組對象：Dim WithEvents myopcgroup As OPCGroup；

? 定義客戶端句柄數(shù)組：Dim clienth() As Long；

? 定義服務(wù)器端句柄數(shù)組：Dim serverh() As Long；

? 定義錯誤句柄數(shù)組：Dim errors() As Long；

? 定義標(biāo)簽數(shù)組：Dim itemids() As String；

? 定義標(biāo)簽值數(shù)組：Dim values()。

2.1.3 建立與OPC服務(wù)器的連接

在相關(guān)對象與全局變量定義之后即可建立與OPC服務(wù)器的通訊連接，這一步的關(guān)鍵是必須首先獲得所連接OPC服務(wù)器的“程序ID（progid）”及OPC服務(wù)器所在計算機(jī)的“節(jié)點名稱（Node）”，這些信息可從PLC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的OPC服務(wù)器的技術(shù)說明中獲得。對西門子而言，其OPC服務(wù)器的程序ID為“OPCServer.WinCC”，而OPC服務(wù)器的節(jié)點名稱其實就是運(yùn)行OPC服務(wù)器軟件所在的計算機(jī)名稱，建立連接時如果客戶端運(yùn)行所在的計算機(jī)就是服務(wù)器，那么節(jié)點名稱可以省略。

該部分關(guān)鍵的程序代碼：

? 定義OPC服務(wù)器的程序ID：progid = "OPCServer.WinCC"；

? 生成新的OPC對象：Set myopcserver = New OPCServer；

? 建立與OPC服務(wù)器的連接：myopcserver.Connect progid。

執(zhí)行連接指令之后，連接過程是否成功需要進(jìn)行狀態(tài)判斷，可利用OPC服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)（ServerState）屬性來進(jìn)行判斷，如果ServerState值等于“1”則表示OPC正在運(yùn)行并且連接成功，其它值則表示連接失敗，需要再次進(jìn)行連接操作直到成功為止，否則后續(xù)工作將無法進(jìn)行。

2.1.4 建立OPC組及OPC標(biāo)簽變量

一旦與OPC服務(wù)器連接成功，即可建立OPC組對象并由組對象生成標(biāo)簽變量，該部分的關(guān)鍵代碼：

? 建立OPC組對象：Set myopcgroup = myopcserver.OPCGroups.Add("ABC")；

? 給標(biāo)簽數(shù)組及客戶端句柄數(shù)組賦值：clienth(i) =i（i為順序編號）；itemids(i) =“xxx”（xxx為具體的標(biāo)簽名）；

? 建立OPC標(biāo)簽變量：myopcgroup.OPCItems.AddItems m， itemids， clienth， serverh， errors （m為標(biāo)簽變量個數(shù)）。

該指令為一次性成批建立OPC變量的指令，執(zhí)行之后，所有的標(biāo)簽變量是否全部建立成功需要逐一進(jìn)行判斷，判斷的依據(jù)是執(zhí)行該指令后生成的錯誤句柄即errors()數(shù)組的返回值，若成功建立第i個變量則errors(i)的值為零，否則為非零。在建立標(biāo)簽指令執(zhí)行之后需要對每一個變量進(jìn)行判斷，確保所有變量都建立成功，如發(fā)現(xiàn)存在失敗，須終止程序運(yùn)行并進(jìn)行排查，直到全部成功為止方可進(jìn)行后續(xù)工作。

2.1.5 讀取OPC變量值，存入數(shù)據(jù)庫及電子表格

當(dāng)所有的OPC變量都建立成功之后便可開始OPC變量的訪問工作，根據(jù)需要本系統(tǒng)采用定時訪問方式，每隔一分鐘采集一次變量數(shù)據(jù)，一份保存于ACCESS數(shù)據(jù)庫中用于歷史數(shù)據(jù)的查詢，另一份則根據(jù)當(dāng)前時間是否處于報表規(guī)定的記錄時間而確定是否直接寫入EXCEL電子表格中，生成這一報表記錄時間點的數(shù)據(jù)。為此，須事先設(shè)計好對應(yīng)的ACCESS數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)及EXCEL電子表格模板，為數(shù)據(jù)保存和報表記錄做好準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)保存之后，系統(tǒng)將進(jìn)入下一個工作循環(huán)中。

2.2 界面設(shè)計

本系統(tǒng)的界面設(shè)計以簡潔、友好、易學(xué)易用并能滿足生產(chǎn)需要為原則，按功能的劃分把界面設(shè)計為如圖2所示的單窗口、多頁面樣式。

圖2 “自動報表系統(tǒng)”操作界面

界面上共有三個選項卡如圖2所示：“報表查詢”用于打開、查詢?nèi)我馊掌诘脑诰€報表和報表數(shù)據(jù)歷史記錄，只要選擇好“日期”和“報表”兩項內(nèi)容，點擊“打開報表”按鈕即可打開相應(yīng)日期的EXCEL格式報表，點擊“生成報表”按鈕即可重新生成對應(yīng)日期的報表；“超標(biāo)記錄”用于查詢?nèi)我鈺r間段的所有被監(jiān)控參數(shù)的超標(biāo)情況，可查詢到超標(biāo)參數(shù)的工序名稱、參數(shù)名稱、參數(shù)位號、超標(biāo)開始時間、開始值、結(jié)束時間、結(jié)束值、總超標(biāo)時間及在超標(biāo)期間出現(xiàn)的最大值、最小值、最大正偏差、最大負(fù)偏差信息，選擇好“日期”和“工序”后點擊“確定”按鈕即可，點擊“導(dǎo)出EXCEL”按鈕則可將查詢結(jié)果導(dǎo)出到EXCEL電子表格文件中，供其他應(yīng)用；“報警記錄”用于對參數(shù)超標(biāo)狀態(tài)實時發(fā)出警示，僅有一個“刷新”按鈕，用于強(qiáng)制執(zhí)行超標(biāo)狀態(tài)的窗口更新操作。

2.3 系統(tǒng)的啟動與關(guān)閉

本報表系統(tǒng)是一個獨(dú)立于工控系統(tǒng)之外的客戶端軟件，它的啟動與關(guān)閉的時機(jī)和方式問題也是需要考慮的重要問題，最佳的啟停方式應(yīng)該是與OPC服務(wù)器的啟停實現(xiàn)同步。因此，有兩種解決方法：第一種是通過設(shè)置監(jiān)控軟件啟動時的附加任務(wù)來實現(xiàn)，如西門子的WinCC即可通過此方式實現(xiàn)；第二種是對那些無附加啟動任務(wù)功能的監(jiān)控軟件而言，可通過設(shè)置操作系統(tǒng)的自動啟動任務(wù)實現(xiàn)報表系統(tǒng)的自動啟動。對于關(guān)閉的問題則相當(dāng)簡單，只需在OPC服務(wù)器關(guān)閉時所觸發(fā)的“服務(wù)器關(guān)閉（ServerShutDown）”事件中添加一條程序關(guān)閉指令，即可實現(xiàn)與OPC服務(wù)器的同步關(guān)閉操作。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)的開發(fā)巧妙地利用了OPC技術(shù)解決不同工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊問題和報表的通用性問題，巧妙地利用EXCEL電子表格在報表制作方面的強(qiáng)大功能解決了復(fù)雜報表的需求問題，使系統(tǒng)具有通用性和靈活性。

[1] 蘇昆哲, 深入淺出西門子WinCC V6[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,2004, 162 – 164, 221 – 225.