工業(yè)以太網(wǎng)通訊簡介

1、1課程設(shè)計-軟件設(shè)計 工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換簡介北京科技大學(xué)自動化學(xué)院2企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3數(shù)據(jù)交換問題l工業(yè)現(xiàn)場不同的控制系統(tǒng)間數(shù)據(jù)如何進(jìn)行通訊？4常用的解決方案lDDE（Dynamic Data Exchange）l設(shè)備或軟件提供方專有的通信接口lOPC（OLE for Process Control）5OPC的目的l企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，從處理設(shè)備數(shù)據(jù)的現(xiàn)場總線層，到進(jìn)行過程處理的監(jiān)控層，以至生產(chǎn)管理層，建立一個有效的數(shù)據(jù)交換工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。lOLE: Object Linking and Embedding 對象連接與嵌入lOLE for Process Control6利用驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)通訊7

2、利用OPC的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)8OPC的歷史lOPC標(biāo)準(zhǔn)是由提供工業(yè)制造軟件的5家公司所組成的OPC工作小組1995年開發(fā)的。lFisher-RosementlIntellutionlRockwell SoftWarelIntuitive TechnologylOpto22l微軟作為技術(shù)顧問給予支持。9OPC的歷史l1996年8月完成OPC數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)版本1.0。l1996年9月OPC基金會在美國達(dá)拉斯舉行第一次理事會，同年10月在美國的芝加哥舉行第一次全體大會上正式宣告成立OPC基金會（OPC Foundation）。10OPC的歷史l1996年10月成立日本OPC協(xié)會。l幾乎同時OPC歐洲協(xié)會成

3、立。l中國在2001年12月成立了中國OPC促進(jìn)會，由5家公司組成：lIntellution 公司lNI（中國）公司l西門子（中國）有限公司l愛默生過程管理（中國）公司l北京華富惠通技術(shù)有限公司11OPC的歷史l目前OPC基金會的理事由如下公司組成：lFisher-RosementlHoneywelllIntellutionlRockwell SoftWarelNational InstrumentlSiements（歐洲代表）l東芝（遠(yuǎn)東代表）l OPC規(guī)范的制定由來自90多家公司的專家參與，并參考了來自200多個合作伙伴的評論意見，所以具有廣泛的代表性。12OPC的歷史l300家加入OPC

4、標(biāo)準(zhǔn)組織。l600種以上的OPC服務(wù)器產(chǎn)品和OPC應(yīng)用程序產(chǎn)品。l目前大部分HMI軟件都帶有OPC服務(wù)器，和OPC客戶程序。如WinCC、iFix、KingVIEW等。13OPC的發(fā)展l從國外來看，許多國際知名的控制類公司如:ABB，AspenTech，Eurotherm，F(xiàn)oxboro，Honeywell， National Instruments，Siemens，Toshiba，Johnson-Yokogawa，GE Fanue等相繼宣布支持OPC標(biāo)準(zhǔn)，在自己的產(chǎn)品中增加OPC特性，包括為控制應(yīng)用軟件添加OPC客戶端的功能，為現(xiàn)場設(shè)備提供OPC服務(wù)器等，一些公司還提供了OPC服務(wù)器的開發(fā)工

5、具軟件。14OPC的發(fā)展l在國內(nèi)，OPC技術(shù)作為一項工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也正在得到逐步的推廣和應(yīng)用，特別是近年來引起了廣泛的關(guān)注。l在應(yīng)用方面，中科院沈陽自動化研究所在開發(fā)新一代分布式控制系統(tǒng)時就采用了OPC技術(shù)，實現(xiàn)了上層應(yīng)用軟件通過OPC服務(wù)器訪問現(xiàn)場設(shè)備信息的功能，同時，己經(jīng)開發(fā)出了OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器的開發(fā)工具軟件 SmartOPC2.0版。還有其他一些公司也開發(fā)自己的開發(fā)工具軟件，例如拓林、安捷爾、林柯、華富惠通。另外其他一些工控軟件公司也充分利用OPC技術(shù)增強(qiáng)和擴(kuò)展其軟件功能，例如組態(tài)王、三維力控等等。15OPC標(biāo)準(zhǔn)16OPC簡介l微軟公司的組件對象模型（Component Object Mode

6、l COM ）技術(shù)。其特點是：lCOM是兩個軟件組件間數(shù)據(jù)交換的一種機(jī)制，而不管這兩個軟件使用什么語言開發(fā)的；lCOM服務(wù)器：提供數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源，根據(jù)COM客戶的要求提供COM服務(wù)；lCOM客戶程序：數(shù)據(jù)的使用者。17OPC簡介lDCOM（Distributed Component Object Model）分布式COM技術(shù)。18OPC簡介lCOM技術(shù)的出現(xiàn)為控制設(shè)備與設(shè)備之間、控制設(shè)備與控制管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換提供了一種簡單的實現(xiàn)方式。l但如果沒有一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的COM接口，各設(shè)備廠家開發(fā)的COM組件間的連接依然困難。lOPC是作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的特殊的COM接口。19OPC好處l設(shè)備開發(fā)者：

7、可以使設(shè)備驅(qū)動程序單一化。l應(yīng)用軟件開發(fā)者：可以使用通用的開發(fā)工具，不必特別開發(fā)接口，使設(shè)備接口的開發(fā)簡單易行。l用戶：可以使用各種商業(yè)軟件包，降低系統(tǒng)構(gòu)成的成本。同時可以方便的使用不同設(shè)備廠商的設(shè)備。20OPC好處l在OPC技術(shù)出現(xiàn)前，DDE在控制系統(tǒng)中使用最多的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。DDE是基于Windows的消息傳遞建立的技術(shù)，所以DDE技術(shù)存在以下問題。l數(shù)據(jù)的傳送速度較慢；l沒有安全機(jī)制；l開發(fā)困難；l功能缺乏柔軟性；l可靠性難令人滿意。21OPC好處l與DDE相比OPC有如下的優(yōu)越性：l高速的數(shù)據(jù)傳送性能；l基于分布式COM的安全管理機(jī)制；l開發(fā)成本降低；l可以實現(xiàn)高度柔軟性的系統(tǒng)；l高可

8、靠性。22OPC好處23OPC問題？lCOM程序設(shè)計的難度較大，是否給OPC的應(yīng)用帶來困難？lOPC服務(wù)器的設(shè)計確實需要深入理解和掌握COM技術(shù)，但目前有許多開發(fā)工具包，可以不需要多少COM知識的情況下開發(fā)OPC服務(wù)器。l客戶端的程序開發(fā)同樣不需要太多的COM知識。l大多數(shù)應(yīng)用軟件都帶有OPC接口。24OPC的應(yīng)用領(lǐng)域1.數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集軟件：軟件：2.歷史數(shù)據(jù)訪問歷史數(shù)據(jù)訪問：OPC提供了讀取存儲在過程數(shù)據(jù)存檔文件、數(shù)據(jù)庫或遠(yuǎn)程終端設(shè)備中的歷史數(shù)據(jù)以及對其操作、編輯的方法。3.報警和事件處理報警和事件處理：OPC能夠更好地捕捉控制過程中的各種報警和事件并給予相應(yīng)的處理。25OPC的應(yīng)用領(lǐng)域4

9、.數(shù)據(jù)冗余技術(shù)數(shù)據(jù)冗余技術(shù)：OPC技術(shù)的使用可以更加方便地實現(xiàn)軟件冗余，而且具有較好的開放性和可互操作性。5.遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問：利用Mierosoft的DCOM技術(shù)，OPC實現(xiàn)了高性能的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問能力。26OPC同步數(shù)據(jù)訪問處理27OPC異步數(shù)據(jù)訪問處理28OPC訂閱方式數(shù)據(jù)采集29使用VB開發(fā)OPC應(yīng)用程序lOPC應(yīng)用程序首先生成OPC服務(wù)器支持的OPC對象，然后可以使用OPC對象支持的屬性和方法對其進(jìn)行操作。l一個OPC程序可以和多個OPC服務(wù)器連接。30OPC對象l在Visual Basic里，是以對象的單位對OPC服務(wù)器進(jìn)行訪問。OPC自動化接口是由以下四種對象所定義。l

10、OPC服務(wù)器l OPC組（OPC組集合）l OPC標(biāo)簽（OPC標(biāo)簽集合）l OPC瀏覽器 31開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l建立一個VB工程；l在工程中注冊O(shè)PC的DLLl選擇菜單Project/References；l得到References窗口；l在Available References列表中選中OPC Automation 2.0；l單擊OK按鈕。32開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟lOption Base 1lOption Explicitl建立OPC對象-聲明變量lDim WithEvents objServer As OPCServerlDim objGroups As OPCGroupsl

11、Dim WithEvents objTestGrp As OPCGroup lDim objItems As OPCItemslDim lServerHandles() As Long33開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l定義變量定義變量lDim lTransID_Rd As LonglDim lCancelID_Rd As LonglDim lTransID_Wt As LonglDim lCancelID_Wt As Long34開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l連接OPC服務(wù)器：lSub Connect(strProgID As String, Optional strNode As String) l

12、 If objServer Is Nothing Thenl 建立一個OPC服務(wù)器對象l Set objServer = New OPCServerl End Ifl If objServer.ServerState = OPCDisconnected Thenl 連接OPC服務(wù)器l objServer.Connect strProgID, strNodel End If35開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l If objGroups Is Nothing Thenl 建立一個OPC組集合l Set objGroups = objServer.OPCGroupsl End Ifl l If objTe

13、stGrp Is Nothing Thenl 添加一個OPC組l Set objTestGrp = objGroups.Add(TestGrp)l End Ifl lEnd Sub36開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l添加OPC標(biāo)簽：lSub AddItem()l Dim strItemIDs(8) As Stringl Dim lClientHandles(8) As Longl Dim lErrors() As Longl Dim I As Integerl If objTestGrp Is Nothing Thenl Exit Subl End If37開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l If Not

14、objItems Is Nothing Thenl If objItems.Count 0 Thenl Exit Subl End Ifl End Ifl 設(shè)置組活動狀態(tài)l If DataChgChk.Value = vbChecked Thenl objTestGrp.IsActive = Truel Elsel objTestGrp.IsActive = Falsel End If38開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l 啟動組非同期通知l objTestGrp.IsSubscribed = Truel 建立OPC項集合l Set objItems = objTestGrp.OPCItemsl 生成

15、從TAG1到TAG8的項標(biāo)識符l For I = 1 To 8l strItemIDs(I) = USTB_AUTO.Simulation0000 & Il lClientHandles(I) = Il Nextl 添加OPC項l Call objItems.AddItems(8, strItemIDs, _l lClientHandles, lServerHandles, lErrors)lEnd Sub39開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l斷開OPC服務(wù)器：lSub Disconnect()lDim lErrors() As Longl If Not objItems Is Nothing

16、 Thenl If objItems.Count 0 Thenl 清除OPC項l objItems.Remove 8, lServerHandles, lErrorsl End Ifl Set objItems = Nothingl End If40開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l If Not objTestGrp Is Nothing Thenl 清除OPC組l objGroups.Remove TestGrpl Set objTestGrp = Nothingl End Ifl l If Not objGroups Is Nothing Thenl Set objGroups = Nothin

17、gl End If41開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟lIf Not objServer Is Nothing Thenl If objServer.ServerState OPCDisconnected Thenl 斷開OPC服務(wù)器.l objServer.Disconnectl End Ifl l Set objServer = Nothingl End If lEnd Sub42開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l讀OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)lSub AsyncRead()l Dim lErrors() As Longl If objTestGrp Is Nothing Thenl Exit Subl End I

18、f43開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l If objTestGrp.OPCItems.Count 0 Thenl 非同期讀取l lTransID_Rd = lTransID_Rd + 1l objTestGrp.AsyncRead 8, lServerHandles, _l lErrors, lTransID_Rd, lCancelID_Rdl End IflEnd Sub44開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l數(shù)據(jù)變化處理lPrivate Sub objTestGrp_DataChange( _l ByVal TransactionID As Long, ByVal NumItems As Long, _l

19、 ClientHandles() As Long, ItemValues() As Variant, _l Qualities() As Long, TimeStamps() As Date)l Dim strBuf As Stringl Dim nWidth As Integerl Dim nHeight As Integerl Dim nDrawHeight As Integerl Dim sglScale As Singlel Dim I As Integerl Dim index As Integer45開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l 棒圖的表示l For I = 1 To NumItem

20、sl 數(shù)據(jù)的格式化l strBuf = Format(ItemValues(I), #.000)l 得到客戶標(biāo)識符l index = ClientHandles(I)l 表示數(shù)據(jù)字符串l lbBar(index).Caption = strBuf46開發(fā)OPC應(yīng)用程序的步驟l 計算棒的寬和高l nWidth = picBar(index).ScaleWidthl nHeight = picBar(index).ScaleHeightl sglScale = ItemValues(I) / 100l nDrawHeight = CInt(nHeight * sglScale)l 清除現(xiàn)棒圖l picBar(index).Clsl 繪制棒圖l picBar(index).Line (0, nHeight - nDrawHeight)-(nWidth, nHeight), RGB(255, 0, 0), BFl NextlEnd Sub47OPC應(yīng)用程序演示48課程設(shè)計-軟件設(shè)計l目標(biāo)：掌握常用開發(fā)軟件(VB)讀取數(shù)據(jù)采集卡中數(shù)據(jù)的方法和程序?qū)崿F(xiàn)，了