基于OPC協(xié)議的省級(jí)計(jì)量中心檢定區(qū)溫濕度接口函數(shù)開發(fā)及實(shí)現(xiàn)

范志夫，曹宏純，湯振華

（國網(wǎng)江西省電力公司計(jì)量中心，江西南昌 330096）

0 引言

省級(jí)計(jì)量中心承擔(dān)著所轄電能計(jì)量設(shè)備和電能信息采集終端檢定、檢測(cè)工作。而檢定環(huán)境對(duì)于檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性有著至關(guān)重要的影響，檢定報(bào)告中環(huán)境溫濕度也是必須標(biāo)明的。根據(jù)省級(jí)計(jì)量中心的建設(shè)要求，必須配備大型中央空調(diào)及排風(fēng)系統(tǒng)。以江西省電力公司計(jì)量中心為例，該空調(diào)系統(tǒng)采用SIMATIC WINCC開發(fā)編寫，在自身控制主機(jī)界面上能夠顯示實(shí)時(shí)溫濕度等參數(shù)。但生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)及自動(dòng)化檢定線系統(tǒng)卻無法直接從此取得需要的溫濕度參數(shù)。本文介紹一種基于OPC協(xié)議，能夠讀取WINCC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)溫濕度數(shù)據(jù)的方法，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)的接口函數(shù)，以提供數(shù)據(jù)給第三方實(shí)時(shí)調(diào)用。

1 SIMATICWINCC及OPC協(xié)議簡(jiǎn)介

SIMATIC?WinCC?基于Windows平臺(tái)，能為工業(yè)領(lǐng)域提供完備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，涵蓋單用戶系統(tǒng)直到支持冗余服務(wù)器和遠(yuǎn)程Web客戶機(jī)解決方案的多用戶系統(tǒng)。WinCC是跨公司垂直集成交換信息的基礎(chǔ)，它采用了工廠智能，可以實(shí)現(xiàn)更大程度的生產(chǎn)過程的透明性。WinCC不僅包含開放的編程接口，還包含大量已經(jīng)開發(fā)了的WinCC選件和WinCC附加件，用于給用戶提供各種功能的擴(kuò)展。隨著自設(shè)備級(jí)直至企業(yè)級(jí)工廠智能應(yīng)用的整合，西門子工業(yè)自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)（IA&DT）可以提供一種完美、靈活的“一站式”解決方案。SIMATIC WinCC工廠智能選件有效、智能地利用數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地生成關(guān)鍵信息，從而可以改善公司的決策過程。該過程能進(jìn)一步降低工廠成本、防止原料浪費(fèi)，更好地利用生產(chǎn)設(shè)施，確保更高的管理效率和管理有效性。SIMATICWinCC工廠智能選件實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控級(jí)和制造執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)的連接，從而可以高效地進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、歸檔、壓縮、分析和發(fā)布工作，使生產(chǎn)過程具有更大的透明性。

OPC全稱是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用建立了橋梁。在過去，為了存取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級(jí)，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。OPC以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法，用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開發(fā)商將取代軟件開發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開發(fā)者可免除開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，充分發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開發(fā)上。

2 OPC讀數(shù)據(jù)方式

OPC讀數(shù)據(jù)有3種方式：同步、異步、訂閱。

同步通訊時(shí)，OPC客戶程序向OPC服務(wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)，OPC客戶程序必須等到OPC服務(wù)器對(duì)應(yīng)的響應(yīng)全部完成以后才能返回，在此期間OPC客戶程序一直處于等待狀態(tài)，若進(jìn)行讀操作，那么必須等待OPC服務(wù)器響應(yīng)后才返回（如圖1所示）。因此在同步通訊時(shí)，如果有大量數(shù)據(jù)進(jìn)行操作或者有很多OPC客戶程序?qū)PC服務(wù)器進(jìn)行讀操作，必然造成OPC客戶程序的阻塞現(xiàn)象。因此同步通訊適用于OPC客戶程序較少，數(shù)據(jù)量較小時(shí)的場(chǎng)合。

圖1 OPC同步方式讀數(shù)據(jù)

異步通訊時(shí)，OPC客戶程序?qū)Ψ?wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)，OPC客戶程序請(qǐng)求后立刻返回，不用等待OPC服務(wù)器的響應(yīng)，可以進(jìn)行其它操作。OPC服務(wù)器完成響應(yīng)后再通知OPC客戶程序，如進(jìn)行讀操作，OPC客戶程序通知OPC服務(wù)器后離開返回，不等待OPC服務(wù)器的讀完成，而OPC服務(wù)器完成讀后，會(huì)自動(dòng)的通知OPC客戶程序，把讀結(jié)果傳送給OPC客戶程序（如圖2所示）。因此相對(duì)于同步通訊，異步通訊的效率更高。

訂閱方式時(shí)，OPC客戶程序?qū)Ψ?wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)，OPC客戶程序操作后立刻返回，不用等待OPC服務(wù)器的操作，可以進(jìn)行其它操作，OPC服務(wù)器的Group組在組內(nèi)有數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，自動(dòng)根據(jù)更新周期刷新相應(yīng)的客戶端數(shù)據(jù)，如圖3所示，客戶端只向OPC服務(wù)發(fā)送一次請(qǐng)求，之后不再對(duì)服務(wù)器請(qǐng)求。

圖2 OPC異步方式讀數(shù)據(jù)

圖3 OPC訂閱方式讀數(shù)據(jù)

3 OPC數(shù)據(jù)訪問

總的來說，OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)由2部分組成：OPC服務(wù)器和OPC客戶應(yīng)用部分。OPC服務(wù)器收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用。OPC客戶端則通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口接收數(shù)據(jù)信息。

OPC服務(wù)器通常支持2種類型的訪問接口，它們分別為不同的編程語言環(huán)境提供訪問機(jī)制，包括自動(dòng)化接口標(biāo)準(zhǔn)（Automation Interface Standard）和自定義接口標(biāo)準(zhǔn)（Custom Interface Standard）。自動(dòng)化接口通常是為基于腳本編程語言而定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等編程語言開發(fā)OPC服務(wù)器的客戶應(yīng)用。，而自定義接口適用于C和C++應(yīng)用程序，它比自動(dòng)化接口更高效，功能更強(qiáng)大。

一般地講，一個(gè)OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器由幾類對(duì)象組成（如圖4所示）：服務(wù)器（Server）、組（Group）和項(xiàng)（Item）。OPC服務(wù)器對(duì)象包括有關(guān)服務(wù)器的信息而且作為一個(gè)容器為OPC組對(duì)象服務(wù)。OPC組對(duì)象包含了有關(guān)它自身的信息而且提供了邏輯上組織OPC項(xiàng)的機(jī)制。對(duì)于OPC客戶端提供了一種組織數(shù)據(jù)的方法。例如，在一個(gè)特殊的操作顯示或報(bào)告中組可以聲稱項(xiàng)數(shù)據(jù)能被讀和寫。可以在客戶端和組里面的項(xiàng)之間創(chuàng)建基于連接的例外，也可根據(jù)需要使之允許或禁止。OPC客戶端能配置OPC服務(wù)器提供給OPC客戶端的數(shù)據(jù)變化率。

圖4 OPC對(duì)象

4 OPC接口函數(shù)開發(fā)

計(jì)量中心中央空調(diào)系統(tǒng)自帶的軟件溫濕度顯示界面如圖5所示，各區(qū)域的溫濕度標(biāo)有相應(yīng)的數(shù)字，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)著相應(yīng)的WINCC數(shù)據(jù)區(qū)的變量，因此，需開發(fā)接口函數(shù)讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容，最終獲取溫濕度數(shù)據(jù)。

OPC接口開發(fā)的一般流程見圖6。

圖5 計(jì)量中心廠區(qū)空調(diào)系統(tǒng)溫濕度分布

圖6 OPC接口開發(fā)流程

由于獲取溫濕度的數(shù)據(jù)量較小，故采用同步讀數(shù)據(jù)的方式來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵代碼如下：

（1）首先需安裝并注冊(cè)相關(guān)的OPC自動(dòng)化接口服務(wù)，并添加命名空間：（需要在項(xiàng)目中添加相應(yīng)的引用）

using OPCAutomation;

（2）定義OPC相關(guān)變量

OPCServer KepServer;

OPCGroups KepGroups;

OPCGroup KepGroup;

OPCItems KepItems;

OPCItem KepItem;

（3）獲取服務(wù)器列表并選擇連接OPC服務(wù)器，此處服務(wù)器為WINCC

privatevoid connectServer（）

{

strHostIP="192.168.1.40";//通過IP來獲取計(jì)算機(jī)名稱，可用在局域網(wǎng)內(nèi)。

IPHostEntry ipHostEntry=Dns.GetHostByAddress（strHostIP）;

strHostName=ipHostEntry.HostName.ToString（）;

//獲取本地計(jì)算機(jī)上的OPCServerName

KepServer=new OPCServer（）;

object serverList = KepServer.GetOPCServers（strHostName）;

foreach（stringturn in（Array）serverList）

{

if（turn=="OPCServer.WinCC"）

{

servername=turn;

}

}

KepServer.Connect（servername，strHostIP）;

}

（4）設(shè)置OPC服務(wù)組相關(guān)屬性

privatevoid SetGroupProperty（）

{

KepServer.OPCGroups.DefaultGroupIsActive =true;

KepServer.OPCGroups.DefaultGroupDeadband=0;

KepGroup.UpdateRate=1000;

KepGroup.IsActive=true;

KepGroup.IsSubscribed=true;

}

（5）編寫函數(shù)，通過OPC協(xié)議讀取WINCC數(shù)據(jù)區(qū)溫濕度數(shù)據(jù)。

privatestring Readvalue（stringname）

{

connectServer（）;

KepGroups=KepServer.OPCGroups;

KepGroup = KepGroups.Add（"OPCDOTNETGROUP"）;

SetGroupProperty（）;

KepItems=KepGroup.OPCItems;

KepItem=KepItems.AddItem（name，0）;

object ItemValues;object Qualities;object Time-Stamps;

//同步讀的臨時(shí)變量：值、質(zhì)量、時(shí)間戳

KepItem.Read（1，out ItemValues，out Qualities，out TimeStamps）;

stringmyvalue=（ItemValues）.ToString（）;

return myvalue;

}

（6）封裝成可供第三方使用者調(diào)用的接口函數(shù)

public stringgetwenshidu（stringwsd）

{

return Readvalue（wsd）;

}

5 接口函數(shù)發(fā)布

通過IIS發(fā)布webservice函數(shù)，第三方系統(tǒng)可以直接按照約定調(diào)用該函數(shù)getwenshidu（string wsd）來返回需要的值，正常返回符合條件數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤則返回相應(yīng)錯(cuò)誤代碼。字符串參數(shù)wsd對(duì)應(yīng)著各個(gè)區(qū)域相應(yīng)的溫濕度變量名，經(jīng)過測(cè)試，省級(jí)計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)及自動(dòng)化檢定線都能正常的調(diào)用接口函數(shù)并取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語

由于OPC協(xié)議的出現(xiàn)，軟件開發(fā)者無需了解硬件的實(shí)質(zhì)和操作過程，只需遵循OPC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，就能夠訪問OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，而C#可以根據(jù)需要將OPC客戶端方便地和其他應(yīng)用程序集成在一起。在此介紹了一種基于OPC協(xié)議，采用C#進(jìn)行開發(fā)并使用IIS發(fā)布的省級(jí)計(jì)量中心檢定區(qū)溫濕度接口函數(shù)開發(fā)過程。OPC技術(shù)結(jié)合.NET架構(gòu)，能夠做到快速、高效的底層數(shù)據(jù)采集，安全、靈活的數(shù)據(jù)處理，便捷的信息發(fā)布，是一種非常普遍的解決方案。

[1]朱立軍，安娜，陳未如.基于Visual C#的OPC客戶端實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技，2009（2）：171-173.

[2]如何在C#中實(shí)現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)訪問[Z].西門子幫助文檔，2009.

[3]楊傳穎，黃德先.基于Microsoft.NETFramework的OPC客戶端的研究與應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006（06）：1-3.

[4]蔡思文，祁耀斌.OPC客戶端設(shè)計(jì)及其在監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（5）：106-108.

[5]顧亮，饒豐，寇東升.OPC技術(shù)結(jié)合.NET架構(gòu)在系統(tǒng)集成項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2006，28（07）：74-77.

[6]胡艷菊.C#程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012.