基于OPC通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)以C#編寫(xiě)客戶(hù)端與S7-1200PLC通訊

萬(wàn) 丹，楊國(guó)興

（西安石油大學(xué) 陜西 西安 710065）

1 引言

近年來(lái)，隨著西門(mén)子S7-1200 PLC的大力推廣，在部分工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)上，尤其是小的工業(yè)項(xiàng)目上，優(yōu)先選擇S7-1200PLC，可見(jiàn)S7-1200是很受歡迎。如果項(xiàng)目的監(jiān)控需要通過(guò)HMI設(shè)備完成，則監(jiān)控畫(huà)面可與PLC程序同時(shí)在TIA Portal集成環(huán)境里進(jìn)行開(kāi)發(fā)。[1]此外，也可以選擇用C#編寫(xiě)客戶(hù)端來(lái)監(jiān)視和讀寫(xiě)，本文介紹基于OPC通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)以C#編寫(xiě)客戶(hù)端與S7-1200PLC通信，通過(guò)編寫(xiě)的客戶(hù)端監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和過(guò)程動(dòng)態(tài)。

2 技術(shù)簡(jiǎn)介

2.11200 PLC

SIMATIC S7-1200的通訊接口符合工業(yè)通訊的最高標(biāo)準(zhǔn)，且具有全面的集成工藝功能，可以作為一個(gè)組件集成在完整的綜合自動(dòng)化解決方案中。S7-1200配備了CM模塊支持RS232/485以及自身以太網(wǎng)口通訊，可以通過(guò)開(kāi)放的以太網(wǎng)協(xié)議支持與第三方設(shè)備的通訊，我們可以和大量的第三方進(jìn)行自定義字符通訊。[2]

2.2 OPC技術(shù)

OPC全稱(chēng)是OLE for Process Control，是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，開(kāi)發(fā)商可開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，減輕了用戶(hù)和軟件開(kāi)發(fā)商不必要的工作負(fù)擔(dān)。[3]

2.3 C#語(yǔ)言

C#是由C和C++衍生出來(lái)的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。C#綜合了VB簡(jiǎn)單的可視化操作和C++的高運(yùn)行效率，以其強(qiáng)大的操作能力、語(yǔ)言特性和面向組件編程的支持，成為.NET開(kāi)發(fā)的首選語(yǔ)言。[4]

3 軟件簡(jiǎn)介

3.1 TIA Portal軟件

TIA：Totally Integrated Automation的簡(jiǎn)稱(chēng)，即全集成自動(dòng)化。TIA Portal分為2部分：Step7與WinCC。由于Portal集成特點(diǎn)，在模擬上有一定優(yōu)勢(shì)，可以在一個(gè)項(xiàng)目中同時(shí)模擬人機(jī)與PLC程序通訊，效果更加直觀。并且未來(lái)西門(mén)子主推TIA Portal，它可以對(duì)西門(mén)子所有的PLC產(chǎn)品進(jìn)行編程、開(kāi)發(fā)、集成。在此項(xiàng)目中使用的是TIA V13 SP1版本。

3.2 SIMATIC NET軟件

SIMATIC NET軟件是用于西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊的軟件。[1]用SIMATIC NET提供OPC Server通訊速度更快，通過(guò)VB、VC等第三方軟件訪問(wèn)SIMATIC NET提供的OPC Server，讀寫(xiě)的速度可以達(dá)到200ms之內(nèi)，甚至更快。本文采用UA Server + C#+PLC，即通過(guò)訪問(wèn)UA Server提供的OPC Server為OPC.SimaticNet.S7進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。[5]在此項(xiàng)目中使用的是SIMATIC NET 8.2版本。

3.3 Microsoft Visual Studio軟件

Microsoft Visual Studio（簡(jiǎn)稱(chēng)VS）是一個(gè)基本完整的開(kāi)發(fā)工具集。所寫(xiě)的目標(biāo)代碼適用于微軟支持的所有平臺(tái)。在此項(xiàng)目中使用的是VS 2015版。

4 PLC組態(tài)及PC站的配置

4.1 PLC硬件組態(tài)

本文以1214C AC/DC/RLY型CPU模塊為例，PLC硬件配置過(guò)程在此不做敘述。

4.2 PC站組態(tài)

（1）點(diǎn)擊TIA，打開(kāi)組態(tài)的工程，選擇主菜單->“添加新設(shè)備”->插入PC站，命名為：“PC Station”。[6]

（2）進(jìn)入PC Station硬件組態(tài)界面。在“通訊模塊”下，雙擊IE General，自動(dòng)插入對(duì)應(yīng)的卡槽。

在“用戶(hù)應(yīng)用程序”欄中，添加一個(gè)OPC Sever的應(yīng)用。因?yàn)楸疚氖褂玫氖荢IMATIC NET 8.2版本，所以通過(guò)選中“更改設(shè)備類(lèi)型”，選擇8.2版本OPC服務(wù)器。

4.3 OPC Server屬性設(shè)置

在OPC服務(wù)器屬性中設(shè)置相關(guān)的信息。選擇“PC station”，在屬性中OPC變量選擇“全部”。

4.4 IE general屬性設(shè)置

配置網(wǎng)卡地址并新建一個(gè)以太網(wǎng)，選中“IE General卡>屬性>常規(guī)”，配置此項(xiàng)目IP地址設(shè)置為：192.168.0.35。

（1）將PC機(jī)的IP地址也設(shè)置為192.168.0.35。

（2）PLC和PC Station等其他設(shè)備的IP地址一定要在同一個(gè)域中，否則無(wú)法通訊成功。配置PLC的以太網(wǎng)地址，設(shè)備視圖中選中“1200PLC>屬性>常規(guī)>以太網(wǎng)地址”，接口連接到“PN/IE_1”，將PLC的IP地址也設(shè)置為192.168.0.30。

4.5 網(wǎng)絡(luò)配置

點(diǎn)擊“網(wǎng)絡(luò)視圖”的圖標(biāo)，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)配置，添加“S7連接”，鼠標(biāo)左鍵長(zhǎng)按選中OPC服務(wù)器接口拖至1200PLC以太網(wǎng)接口，會(huì)出現(xiàn)“PN/IE_1”變成“S7_Connection_1”且信號(hào)線變高亮，則表明連接成功。

選擇S7_Connection_1“屬性”配置連接參數(shù)，在常規(guī)中可以看到連接路徑中配置的信息。在地址詳細(xì)信息中可以看到配置的地址信息。設(shè)置 S7 連接屬性及TSAP地址 Connection properties，TSAP。

4.6 建立數(shù)據(jù)DB塊

在PLC程序塊中新建一個(gè)DB塊命名為“Database to OPC”。選中“DB塊>屬性”，取消優(yōu)化的塊訪問(wèn)，這樣OPC就能對(duì)DB塊中信息訪問(wèn)和讀寫(xiě)。

把項(xiàng)目中需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)在“Database to OPC”DB塊中定義，或者在其他DB塊中直接選取。在此專(zhuān)門(mén)建立的部分?jǐn)?shù)據(jù)，為了方便我們?cè)贠PC Scout V10中監(jiān)控。

4.7 SIMATIC NET組態(tài)PC Station

在網(wǎng)絡(luò)視圖模式下，選擇“PC station>屬性>生成XDB文件>編譯PC station”，對(duì)應(yīng)的文件夾中自動(dòng)生成一個(gè)PC station.xdb文件，這樣在組態(tài)Station Configuration Editor時(shí)可直接將生成的XDB文件導(dǎo)入，而不用手動(dòng)添加。

雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入“Station Configuration Editor”中，添加導(dǎo)入PC station.xdb。導(dǎo)入成功后，status的狀態(tài)會(huì)顯示我們添加成功。

5 下載組態(tài)

（1）PLC組態(tài)下載：設(shè)備中選中PLC，開(kāi)始下載PLC的硬件和軟件信息，選擇對(duì)應(yīng)的接口/子網(wǎng)的連接。

（2）PC Station組態(tài)下載：選中PC Station，開(kāi)始下載IE general_1，選擇對(duì)應(yīng)的接口/子網(wǎng)的連接，將“顯示所有兼容的設(shè)備”前的對(duì)號(hào)取消。

6 在OPC Scout V10中監(jiān)控

打開(kāi)OPC Scout V10軟件，按照菜單依次打開(kāi)“UA server>OPC.SimaticNET.S7>Objects”，“SYM>S7-1200station_1>PLC1>Database to OPC”。在DB塊中將我們要檢測(cè)的數(shù)據(jù)拖入DA view 1欄中。

啟動(dòng)在線監(jiān)視，可以觀察到“Monitoring ON”開(kāi)始讀條，從Result欄顯示GOOD，表明點(diǎn)是好點(diǎn)，反之亦然。Value欄中顯示了檢測(cè)變量當(dāng)前的數(shù)值，說(shuō)明OPC通訊正常。

7 VS編程

7.1 OPC Server的結(jié)構(gòu)

OPC系統(tǒng)由OPC服務(wù)器和OPC客戶(hù)端構(gòu)成。OPC Server共分為三層：OPC Server，OPCGroup和OPCItem。OPCItem可對(duì)應(yīng)到實(shí)際的硬件裝置上的channel或port；每個(gè)OPCGroup包含多個(gè)OPCItem并定義這些OPCItem更新的時(shí)間、方式，以及提供讀取OPC Item值的接口；而每個(gè)OPC Server包含若干OPCGroup，且提供操作這些OPCGroup的接口。

7.2 OPC的讀寫(xiě)方式

OPC技術(shù)適合于應(yīng)用在很短時(shí)間內(nèi)更新大量過(guò)程數(shù)據(jù)的工業(yè)場(chǎng)合。在實(shí)際應(yīng)用中，主要包括對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。OPC客戶(hù)端讀取數(shù)據(jù)方式：同步、異步、訂閱。[3]

經(jīng)過(guò)分析，采用OPC異步讀寫(xiě)方式進(jìn)行客戶(hù)端軟件實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楫惒酵ㄓ嵭矢?。?jiàn)圖1～3。

圖1 OPC客戶(hù)端與OPC服務(wù)器通訊異步讀取主線

圖2 OPC客戶(hù)端與OPC服務(wù)器通訊異步讀取支線1

圖3 OPC客戶(hù)端與OPC服務(wù)器通訊異步讀取支線2

7.3 C#編寫(xiě)客戶(hù)端

OPC 標(biāo)準(zhǔn)提供了兩種接口：自動(dòng)化接口和自定義接口。自動(dòng)化接口是為基于腳本語(yǔ)言開(kāi)發(fā)定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，一般使用Visual Basic、Delphi 等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)OPC客戶(hù)端應(yīng)用；自定義接口是為基于高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，一般使用C++、C#等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)OPC客戶(hù)端應(yīng)用，本文在客戶(hù)端的開(kāi)發(fā)中使用自定義接口，使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。

（1）添加引用

using OPCSiemensDAAutomation;

OPC Server是以O(shè)PC服務(wù)的形式提供服務(wù)，要使用OPC服務(wù)，首先引入動(dòng)態(tài)庫(kù)。

（2）創(chuàng)建OPC.SimaticNet 的OPC服務(wù)的實(shí)例

MyOpcServer = new OPCServer();

MyOpcServer.Connect("OPC.SimaticNET","192.168.0.35");

（3）為服務(wù)實(shí)例添加OPCGroup 組

MyOpcGroup = MyOpcServer.OPCGroups.Add("MyGroup1");

MyOpcGroup.IsActive = true;

MyOpcGroup.IsSubscribed = true;

MyOpcGroup.DeadBand = 0;

MyOpcGroup.UpdateRate = 1000;

（4）為異步讀取添加服務(wù)

ServerHandle[0] = MyOpcItem1.ServerHandle;

MyOpcGroup.AsyncWriteComplete += new DIOPCGroupEvent_AsyncWriteCompleteEventHandler(MyOp cGroup_WriteComplete);

MyOpcGroup.AsyncReadComplete += new DIOPCGroupEvent_AsyncReadCompleteEventHandler(MyOpc Group_ReadComplete);

MyOpcGroup.AsyncCancelComplete += new DIOPCGroupEvent_AsyncCancelCompleteEventHandler(MyO pcGroup_CancelComplete);

MyOpcGroup.DataChange += new DIOPCGroupEvent_Da taChangeEventHandler(MyOpcGroup_DataChange);

（5）OPCGroup 組中添加需要讀寫(xiě)的OPCItem數(shù)據(jù)

M y O p c I t e m1 = M y O p c G r o u p.O P C I t e m s.AddItem("S7-1200 station_1.PLC_1.Database to OPC.A Motor speed", 1);//以一個(gè)數(shù)據(jù)為例

（6）定時(shí)讀取事件

int[] handle = new int[1];

handle[0] = ServerHandle[0];

Array MyServerHandles = (Array)handle;

Array errors;

int cancelID;

MyOpcGroup.AsyncRead(1,ref MyServerHandles, out errors, READASYNC_ID, out cancelID);

（7）異步讀取完成事件

void MyOpcGroup_ReadComplete(int TrainsactionID,int NumItems,ref System.Array ClientHandles, ref System.Array ItemValues,ref System.Array Qualities,ref System.Array TimeStamps,ref System.Array Errors)

{try;

{if (TrainsactionID == READASYNC_ID);

{if (Convert.ToInt32(ClientHandles.GetValue(1)) == 1);

{if (Convert.ToInt32(Errors.GetValue(1)) == 0);

{OpID = ItemValues.GetValue(1).ToString();

}

}

Application.DoEvents();

}

}

catch (System.Exception error);

{MessageBox.Show(error.Message, "Result-異步讀", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);

}

}

8 實(shí)際運(yùn)行效果

點(diǎn)擊開(kāi)始監(jiān)視，與OPC建立通訊，軟件開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，并且按照定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間實(shí)時(shí)刷新。如圖4所示。

圖4 客戶(hù)端窗口

若數(shù)據(jù)出現(xiàn)壞點(diǎn)或者超限，可以進(jìn)行報(bào)警記錄。也可以將系統(tǒng)某時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出成為EXCEL表格，方便我們打印和記錄。如圖5所示。更進(jìn)一步也可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便管理，在此不做進(jìn)一步介紹。

圖5 導(dǎo)出的EXCEL表格

9 結(jié)語(yǔ)

本文內(nèi)容是實(shí)際工程項(xiàng)目的應(yīng)用總結(jié),該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于項(xiàng)目中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，效果良好。此技術(shù)可以應(yīng)用于有些項(xiàng)目沒(méi)有采用HMI設(shè)備，項(xiàng)目不大且預(yù)算較少，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程，可以用C#編寫(xiě)自己滿(mǎn)意的風(fēng)格畫(huà)面，具有很大的應(yīng)用靈活性。高效的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、存貯和應(yīng)用，提升了企業(yè)生產(chǎn)效率，并降低生產(chǎn)成本。

[1] 段潤(rùn)群,謝云山.上位機(jī)軟件與S7-1200 PLC的OPC通信研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2014:13-15,19.

[2] 西門(mén)子(中國(guó))有限公司.深入淺出西門(mén)子S7-1200PLC[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2009-11-01.

[3] How to accomplish data accessing through OPC by C#.下載網(wǎng)址:https://support.industry.siemens.com/cs/document/109481353

[4] csdn網(wǎng).c#多線程參考與實(shí)例.下載網(wǎng)址:http://download.csdn.net/detail/emeralddream/2683238

[5] 西門(mén)子(中國(guó))自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).通過(guò)ETHERNET建立SIMATIC NET OPC服務(wù)器與PLC的S7連接[M].北京: 2005.

[6] 西門(mén)子S7-1200PLC技術(shù)參考Version 3.3.下載網(wǎng)址:http://www.ad.siemens.com.cn/download.文檔編號(hào):A0426.