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二、OPC原理及应用
OPC技术为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准。它大大减轻了软件开发商的负担，软件开发商不必再为每一硬件单独编写驱动程序，只要硬件的特征符合统一的OPC接口程序标准，或者硬件生产商提供OPC服务器，如图一所示，不同的应用软件开发商都可以采用OPC标准设计工控软件，以标准规定的统一接口通过OPC服务器存取现场数据。
这样，当现场设备发生变化或系统中加入新设备时，OPC服务器的提供商需要重新实现服务器接口，以适应硬件的变化，但由于服务器所提供的接口的一致性，工控软件不作更改即可继续使用，只是某些情况下可能需要重新组态（如添加新的PLC站点等），这样，软件开发商可以节省大量的时间致力于工控软件的性能方面的提高，不必再考虑硬件变化带来的影响，大大减小了软件维护的工作量。这正如OPC规范里所说，OPC将应用软件和硬件设备划清了界限。
2.1 OPC基本结构
OPC服务器有两类接口：定制接口(Custom Interface) 、自动化接口（Automation Interface），定制接口比较低级，它提供更多的功能，效率也比后者高，可以用C++语言调用此类接口，自动化接口主要用于VB、DELPHI等开发工具。按照OPC规范，定制接口是服务商必须提供的，而自动化接口则是可选的，不过，OPC基金会（管理OPC标准的国际组织）提供了一个叫做“自动化包装器”的动态连接库，用于在两者间转换。如图二所示：
在OPC的早期规范里主要包括OPC数据存取规范、OPC报警和事件、OPC历史数据存取规范。OPC数据存取规范详细规定了客户程序和服务器程序进行数据通信的机制，其它类型的OPC服务器往往是在数据存取服务器的基础上通过增加对象、扩展接口而来的，所以该规范也是其它OPC规范的基础。OPC数据存取规范规定的基本对象有三类：OPC Server、OPC Group和OPC Item，OPC Server包含服务器的所有信息，也是OPC Group的容器，OPC Group除了包含它自身信息外，还负责管理OPC Item。它们的结构如图三所示。每一个OPC Item代表到数据源的一个连接，但它没有提供外部接口，客户端程序无法对OPC Item直接进行操作，应用程序必须依靠OPC Item的容器OPC Group来对它进行操作，这在下面的程序中会有具体说明。
2.2 OPC数据访问方式
OPC客户程序对OPC服务器中数据的存取方式分为同步读写方式和异步读写方式。客户程序可按照一定的周期调用OPC Group对象的IOPCSyncIO接口对服务器程序进行数据同步存取操作，此时客户方的调用函数一直运行到所有数据读写完成，然后才能执行其它操作，因此，这种方法适合与读取少量数据，如果数据多的话，会使系统处于假死状态，无法进行操作。IOPCSyncIO2是从3.0版才出现的，是对IOPCSyncIO的增强。IOPCAsyncIO2和IOPCAsyncIO3是异步方式中使用的接口，异步访问时，当客户端对服务器提出访问要求后，立即返回到OPC应用程序执行其它操作，无须等待，当OPC服务器完成数据读取后通知OPC应用程序，应用程序从而得到数据。其中前者是在2.0版本中新定义的，具有较高的通信性能；后者则是在3.0版本中才刚刚出现，同IOPCSyncIO2类似，IOPCAsyncIO3是对IOPCAsyncIO2的增强。在异步方式下，服务器程序收到读请求后，调用客户程序方的IOPCDataCallback接口，将数据发送给客户程序。异步方式中允许服务器将读写操作进行排队，使客户方的调用函数可立刻返回，当服务器读写操作完成后再通知客户程序。显然，异步通报方式的通信效率更高，这种方式也是本文所要讨论的方式，但有多个客户程序与服务器相连时，同步读写方式更具时效性。对于每个组对象，客户程序可根据需要采用其中一种数据存取方式，而不能两者都使用。
异步读取还有一种特殊的方式，叫做订阅方式(Subscribe)这种情况下，应用程序不需要发出读请求，OPC服务器在定期更新数据的时候，如果发现数据有一定变化，则自动向应用程序发出通知和传输变化的数据。
2.3 编写OPC客户端应用程序
VB简单实用，是比较理想的OPC应用程序快速开发工具，若要用VB开发OPC应用程序，必须要使用OPC自动化包装器，这在前文已经提过，这种包装器一般由OPC服务器的供应商以DLL形式提供，下面就以SIEMENS提供的sopcdaauto.dll为例，介绍如何开发OPC应用程序，这也正是笔者在最近的工程中实际应用到的，这是基于DA2.0的版本。
首先，新建VB工程后，作图四所示的引用：
2.3.1 建立OPC对象
首先申明OPC对象：
Option Base 1
Dim WithEvents ServerObj As OPCServer \'\'OPC Server对象，连接OPC服务器
Dim GroupsObj As OPCGroups \'\'OPC Groups对象，添加OPC组
Dim WithEvents GroupObj As OPCGroup \'\'OPC Group对象
Dim ItemsObj As OPCItems \'\'OPC Item集合
Dim ServerHandles() As Long \'\'服务器端OPC Item的句柄
Dim ClientHandles() as Long \'\'客户端OPC Item的句柄
Dim ItemId(2) As String
Dim Errors() As Long
接下来，生成各个对象：
If ServerObj Is Nothing Then Set ServerObj = New OPCServer
\'\'连接OPC服务器
If ServerObj.ServerState = OPCDisconnected Then
ServerObj.Connect ("OPC.SimaticNET") \'\'假设OPC服务器运行在本机
End If
If GroupsObj Is Nothing Then Set GroupsObj = ServerObj.OPCGroups
If GroupObj Is Nothing Then Set GroupObj = GroupsObj.Add
If ItemsObj Is Nothing Then Set ItemsObj = GroupObj.OPCItems
GroupObj.IsActive = True \'\'设置组为活动状态
\'\'假设有两个数据源，一个是8位开关量输入，一个是8位开关量输出
ItemId(1) = "S7:[S7 connection_1]IB0"
ItemId(2) = "S7:[S7 connection_1]QB0"
ClientHandles(1) = 1
ClientHandles(2) = 2
\'\'添加组项目，ServerHandles数组的值为各个OPC Item的服务器句柄,
\'\' ClientHandles数组的值为各个OPC Item的客户端句柄，由应用程序设定
Call ItemsObj.AddItems(2, ItemId, ClientHandles, ServerHandles, Errors)
2.3.2异步数据读取
\'\' OPC Item的服务器句柄，添加OPC Item时由服务器分配
Dim TempServerHandles(1) As Long
\'\'事务标志符，由客户端产生，它包含的信息提供给OnReadComplete事件
Dim TransactionID As Long
\'\'取消标志符，服务器端产生，用于操作需要被取消的时候
Dim CancelID As Long
\'\'包含读取每个OPC Item时返回的信息
Dim ErrorNr() As Long
TempServerHandles(1) = ServerHandles(1) \'\'对应第一个OPC Item
GroupObj.AsyncRead 1, TempServerHandles, ErrorNr, TransactionID, CancelID
第一个参数是要读的OPC Item的个数，这里只含有一个OPC Item。读取的结果由OPC服务器通过IconnectionPointContainer接口配合IOPCDataCallback接口反调用应用程序的事务处理程序：
Private Sub GroupObj_AsyncReadComplete(ByVal TransactionID As Long, ByVal NumItems As Long, ClientHandles() As Long, ItemValues() As Variant, Qualities() As Long, TimeStamps() As Date, Errors() As Long)
这里的参数ClientHandles和AddItems方法中的ClientHandles是对应的，用于判断哪一个OPC Item在被读取。其它参数的说明如下：
TransactionID：客户端自由使用，应用程序开发商自定义；
NumItems：表示读取的OPC Item的个数；
ItemValues()：各个OPC Item连接的数据源的值，类型为Variant；
Qualities()：OPC Item的品质值；
TimeStamps()：时间戳；
Errors()：记录服务器返回的信息。
2.3.3 异步数据写入
Dim TempServerHandles (1) As Long
Dim VValue(1) As Variant
Dim ErrorNr() As Long
Dim TransactionID As Long
Dim CancelID As Long
TempServerHandles(1)=ServerHandles(2)
VValue(1)=1\'\'假设要将“1”写入ClientHandle为2的OPC Item
GroupObj.AsyncWrite 1,TempServerHandles,VValue, ErrorNr, TransactionID, CancelID
同样，AsyncWrite也对应一个事务处理程序：
Private Sub groupObj_AsyncWriteComplete(ByVal TransactionID As Long, ByVal NumItems As Long, ClientHandles() As Long, Errors() As Long)
它的参数的含义和AsuncReadComplete中的含义是类似的，这里一般需要处理的是写数据之后的返回状态，这里不再赘述。
2.3.4断开与服务器的连接
ItemsObj.Remove ItemsObj.Count,ServerHandles, Errors \'\'清除OPC Item
Set ItemsObj = Nothing \'\'释放资源，下同
If Not GroupObj Is Nothing Then
GroupsObj.Remove GroupObj.ServerHandle \'\'删除组
End If
If Not GroupsObj Is Nothing Then
Set GroupsObj = Nothing
End If
If Not ServerObj Is Nothing Then
If ServerObj.ServerState <> OPCDisconnected Then
ServerObj.Disconnect \'\'断开与服务器的连接
End If
Set ServerObj = Nothing
End If |
