OPC應(yīng)用實踐

盧建勤 趙彥鴻

摘 要：OPC為工業(yè)監(jiān)控編程帶來了便利，用戶不用再為各種復(fù)雜的通訊協(xié)議而苦惱，OPC可以說是對幾乎所有可編程控制器的萬能通訊工具。本文以InCoSol公司的S7A為例，介紹了OPC的簡單應(yīng)用過程，并從使用的方便實用性和系統(tǒng)資源占用率兩方面給出了相關(guān)建議。從OPC服務(wù)器的安裝設(shè)置和OPC客戶端的VB編程，提出了如何使得OPC服務(wù)器更加易用和友好，為讀者提供參考。

關(guān)鍵詞：OPC;服務(wù)器;應(yīng)用;客戶端;實踐

1 概述

OPC（OLE for Process Control， 用于過程控制的OLE）是一個工業(yè)標準，管理這個標準的國際組織是OPC基金會，OPC基金會現(xiàn)有會員遍布全球，包括世界上所有主要的自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)的公司。 換言之，主流的PLC廠家都是OPC的會員單位，它們的每一種主流PLC，都有相應(yīng)的OPC-Server應(yīng)用軟件與之配套，如西門子公司的S7-200的PC_ACCESS，S7-300/400的SimaticNET，ORMON 的ORMON-OPCserver。

這些OPC-Server軟件有什么作用？當計算機安裝了這些軟件之后，一旦運行該軟件，便主動實時采集有關(guān)PLC的數(shù)據(jù)到計算機上，然后為其他應(yīng)用程序提供所需的數(shù)據(jù)。

基于微軟的OLE（現(xiàn)在的Active X）、COM （部件對象模型）和DCOM （分布式部件對象模型）技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。

我們要編寫一個監(jiān)控PLC的監(jiān)控軟件，只要在程序中放一個OPC-Client的對象，或者叫控件，通過簡單的設(shè)置，就可以通過OPC-Server取到PLC中的實時數(shù)據(jù)。而且，這個方法適用于任何支持OPC的PLC。

OPC為工業(yè)監(jiān)控編程帶來了便利，用戶不用再為各種復(fù)雜的通訊協(xié)議而苦惱，OPC可以說是對幾乎所有可編程控制器的萬能通訊工具。本文將在使用的方便實用性和系統(tǒng)資源占用率給出相關(guān)建議。

2 西門子S7-300/400OPC服務(wù)器應(yīng)用

SimaticNET軟件包是西門子公司為其S7-300/400可編程控制器提供的OPC服務(wù)器軟件。在需要的計算機上安裝SimaticNET軟件后重啟。SimaticNET后臺要運行許多與之相關(guān)的進程，會占用一些系統(tǒng)資源，在設(shè)置數(shù)據(jù)通訊時經(jīng)常會出現(xiàn)編譯下載失敗的問題。

在此介紹另外一個S7-300/400的OPC服務(wù)器，InCoSol公司的S7A。

InCoSol分別取自以下三個單詞Industrial Communications Solutions，意為工業(yè)通訊解決方案。這家公司的產(chǎn)品在其網(wǎng)站上只有一個，就是S7A。這款產(chǎn)品，它既是IFIX與西門子S7-300/400的I/O驅(qū)動程序，同時也是一個針對S7-300/400的獨立的OPCServer。

它的7.20 224版本的安裝包不到4M，不僅短小精悍，安裝過程也很友好。如果是在已安裝IFIX的計算機上，它會自動安裝到IFIX軟件所在目錄中，反之，它會提示指定一個安裝位置。作為S7-300/400的OPC服務(wù)器，它不需要西門子任何軟件的支持。

安裝完成后，它的使用也很方便，在“開始”中，就會出現(xiàn)如圖1的快捷項，點擊進入設(shè)置。DEFAULT.S7A是默認的配置文件，也是一個配置的實例。此實例中六項代表六種不同的接口和協(xié)議。如圖2所示。

我們以通過ETHERNET建立OPC與S7-300PLC的連接為例，介紹設(shè)置過程，點擊File->New，或者點擊工具欄上的New，新建一個配置文件，如圖3。

然后點擊File->Save，取個名稱為TEST.S7A，保存;點擊Option

->Setup，跳出一個對話框，點擊Default Path，輸入TEST.S7A，表明OPC服務(wù)運行時的工作配置文件，如圖4。

具體配置過程如下：第一步，添加一個Channel（通道），選擇接口協(xié)議S7 TCP/IP，通道的名稱可以由系統(tǒng)自動產(chǎn)生，并使能。第二步，添加一個Device（設(shè)備），設(shè)備名稱修改為PLC1，配置IP地址為192.168.100.101，并使能，如圖5。如有多臺PLC，則繼續(xù)添加設(shè)備。第三步，添加Data Block（數(shù)據(jù)塊），指定數(shù)據(jù)區(qū)域，起始地址，數(shù)據(jù)長度，并使能。根據(jù)需要添加一個或多個數(shù)據(jù)塊。設(shè)置完成，保存。點擊Display Mode->Start進行運行，Display Mode->Stats Mode，立即可以看到通訊狀態(tài)。

上述的三步，回答了三個問題，一是用什么通訊，用鼠標點擊選擇即可;二是和誰通訊，輸入相應(yīng)PLC的IP地址即可;三是要什么數(shù)據(jù)，選擇PLC的存儲區(qū)域，輸入起始地址和字節(jié)數(shù)。S7A作為OPC服務(wù)器軟件，安裝方便，簡單易用，功能強大，是優(yōu)秀的OPC服務(wù)器軟件的典范。

3 OPC客戶端應(yīng)用

OPC服務(wù)器軟件正常運行后，就可以采集到PLC的實時數(shù)據(jù)。這些實時數(shù)據(jù)提供給OPC客戶端軟件使用，這個OPC客戶端軟件可以是組態(tài)軟件的一個I/O驅(qū)動程序，也可以是一個獨立的應(yīng)用程序。

當前作為針對PLC的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，大多采用組態(tài)軟件平臺開發(fā)，而較少采用VB/VC等通用平臺開發(fā)。即使采用組態(tài)平臺開發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，當用戶提出一些復(fù)雜的報表系統(tǒng)，或者是給模擬屏發(fā)送顯示數(shù)據(jù)之類的功能，組態(tài)平臺就力不從心，甚至無法實現(xiàn)，而用VB編寫一個OPC客戶端的小程序，就可以輕松完成此類功能。

下面舉個簡例：PLC1是S7-300/400站點，S7A作OPC服務(wù)器。標簽是OPC服務(wù)器和OPC客戶端交換數(shù)據(jù)的基本單位，例中是3個標簽。在VB中先定義一組全局變量，這是OPC客戶端必須要有的。

Private Const TagNum = 3? ? ? ? ? ? ? ? ?'標簽數(shù)

Dim WithEvents MyOPCServer As OPCServer ? ?'OPC服務(wù)器對象

Dim MyOPCGroupColl As OPCGroups? ? ? ? ?'OPC標簽組集合

Dim WithEvents MyOPCGroup As OPCGroup'OPC標簽組

Dim MyOPCItemColl As OPCItems? ? ? ?? ?'OPC標簽集合

Dim ServerIDs（） As Long? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?'服務(wù)端標識

Dim ClientIDs（1 To TagN） As Long? ? ? ?? ?'客戶端標識

Dim ItemIDs（1 To TagN） As String? ? ? ? '標簽標識

Private Sub StartClient（）? ? ? ? ? ? ? ? '啟動OPC客戶端

Dim Errs（） as long

On Error Resume Next

For nn = 1 To TagN? ?'初始化客戶端標識，每個標簽有唯一的數(shù)字

ClientIDs（nn） = nn

Next nn

ItemIDs（1）= "PLC1：DB1.DBW0"? ?? ? '整數(shù)型

ItemIDs（2）= "PLC1：DB1.DBW2"? ? ? ? ?'整數(shù)型

ItemIDs（3）= "PLC1：DB1.DBF4"? ?? ? ?'浮點型

MyOPCServer.Connect? "InCoSol.S7AOPC" ，? "127.0.0.1"

Set MyOPCGroupColl = MyOPCServer.OPCGroups

MyOPCGroupColl.DefaultGroupIsActive = True

Set MyOPCGroup = MyOPCGroupColl.Add（"ABC"）

Set MyOPCItemColl = MyOPCGroup.OPCItems

MyOPCItemColl.AddItems TagN， ItemIDs， ClientIDs， ServerIDs， Errs

MyOPCGroup.IsSubscribed = True

End Sub

只要運行StartClient（可以放在FormLoad中），即可連接OPC服務(wù)器。OPC服務(wù)器總是在客戶端第一次連接時，發(fā)送全部標簽的數(shù)據(jù)，然后，只發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化的標簽。OPC客戶端則在接收到數(shù)據(jù)后，激活DataChange事件，我們可以在此事件中處理數(shù)據(jù)。

Private Sub MyOPCGroup_DataChange（ByVal TransactionID As Long， ByVal NumItems As Long， ClientHandles（） As Long， ItemValues（） As Variant， Qualities（） As Long， TimeStamps（） As Date）

'在此加入數(shù)據(jù)處理代碼

End Sub

4 OPC的工作效率問題

有了OPC服務(wù)器，用戶取得PLC的實時數(shù)據(jù)變得簡單了。如果只是從一臺或幾臺PLC中，取幾個或幾十個數(shù)據(jù)，那一切表現(xiàn)都正常;而當監(jiān)控軟件要通過OPC從幾十臺PLC中，取幾百到幾千個數(shù)據(jù)時，問題就來了，系統(tǒng)變得很慢，CPU占用率高達90%以上。SimaticNET，ORMON-OPCserver我們都有應(yīng)用案例，說明它們的效率是不高的。

下面我們來探討一下如何提高OPC的工作效率。OPC服務(wù)器的兩個主要工作，一是和PLC通訊，二是和OPC客戶端通訊。當OPC服務(wù)器和OPC客戶端運行于同一臺計算機時，相比這兩者占用的時間和系統(tǒng)資源，前者占了絕大部分。因為前者使用的網(wǎng)絡(luò)等硬件資源帶寬通常小于100MBPS，而后者是CPU和內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)通常大于10000MBPS。

因此，提高OPC服務(wù)器和PLC通訊的效率是關(guān)鍵。這個效率取決于兩個因素：通訊次數(shù)和數(shù)據(jù)量。當OPC服務(wù)器要從PLC取得數(shù)據(jù)量一定時，通訊次數(shù)越少，則通訊效率越高。

SimaticNET，ORMON-OPCserver效率不高的原因是它們和PLC通訊的次數(shù)太多或者數(shù)據(jù)太多了。假設(shè)之一：OPC客戶端所需的每個標簽，OPC服務(wù)器都要和PLC進行一次通訊，這樣通訊次數(shù)太多自然效率低下;假設(shè)之二：OPC服務(wù)器讀取PLC所有存儲器的數(shù)據(jù)，這個工作量很大，這樣的通訊數(shù)據(jù)太多次數(shù)也不少，數(shù)據(jù)利用率低，總體效率也不會高。

S7A作為OPC服務(wù)器，增加了一項數(shù)據(jù)塊定義，用戶可以把所需數(shù)據(jù)標簽盡量集中到一個或幾個數(shù)據(jù)塊中，減少了通訊次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)利用率。它為所有PLC廠家樹立了OPC服務(wù)器的典范。

5 結(jié)束語

本文以S7A為例，介紹了OPC的簡單應(yīng)用過程，給出OPC服務(wù)器的安裝設(shè)置和OPC客戶端的VB編程，提出如何使得OPC服務(wù)器更加易用和友好及如何提高OPC的效率，為讀者提供參考，以適應(yīng)復(fù)雜工程項目的需求。

參考文獻：

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