OPC工具箱作OPC客戶端的應(yīng)用研究

1、 OPC工具箱作OPC客戶端的應(yīng)用研究鄒紹云武漢理工大學(xué)湖北武漢430063e-mail: HYPERLINK mailto:Z Z摘要本文分析了OPC工具箱的工作原理，并利用OPC工具箱實現(xiàn)對OPC服務(wù)器包含項的值的讀寫操作。關(guān)鍵字：MATLABOPC服務(wù)器OPC工具箱AbstractThispaperanalyzestheworkingprincipleofOPCToolbox,andachievesreadingfromorwritingtoOPCserver.KeyWords:MATLABOPCServerOPCToolbox緒論OPC工具箱擴展了MATLAB工具箱仿真功能，使MATL

2、AB能夠和OPC服務(wù)器相互交換數(shù)據(jù)。OPC工具箱可以從符合OPC基金會數(shù)據(jù)存取標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備中讀、寫、記錄OPC數(shù)據(jù)，如分布式控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及可編程邏輯控制器（PLC）。OPC工具箱使MATLAB和仿真器（Simulink）相應(yīng)OPC服務(wù)器或工具箱初始化事件，如關(guān)機、服務(wù)器錯誤或項值改變?；瘜W(xué)、制藥、發(fā)電及其它連續(xù)制造工業(yè)的工程師應(yīng)用OPC工具箱輸入設(shè)備數(shù)據(jù)到MATLAB里進行分析、可視化、仿真和快速原形算法。OPC工具箱使仿真模型能方便地應(yīng)用于在線監(jiān)控軟件和控制器測試軟件。本次仿真采用KEPWare.KEPServerEx.V4作為OPC服務(wù)器，模擬從編程邏輯控制器（P

3、LC）讀取和寫入數(shù)據(jù)，并通過返回的數(shù)據(jù)繪出圖形。1OPC通訊技術(shù)簡介OPC（用于過程控制的OLE）規(guī)范是由OPC基金會建立的硬件和軟件接口標(biāo)準(zhǔn),它基于現(xiàn)有的OLE、組件對象模型COM（ComponentObjectModel）和分布式組件對象模型DCOM（DistributedCOM）技術(shù)，已得到越來越多的硬件和軟件制造商的承認和支持，成為事實上的國際標(biāo)準(zhǔn)。1OPC通訊技術(shù)免去了硬件生產(chǎn)廠家為各種應(yīng)用軟件編寫單獨的驅(qū)動程序的重復(fù)勞動，使各種軟、硬件組成的復(fù)雜系統(tǒng)能夠可靠地交換數(shù)據(jù)并穩(wěn)定地運行。OPC采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。OPC通訊包含三類對象：服務(wù)器（Server）、組（Group）和數(shù)據(jù)項

4、（Item），其層次模型如圖1所示。圖1OPC對象層次模型2OPC工具箱的基本工作原理（1）搜索可用的opc服務(wù)器為了建立與OPC服務(wù)器的連接，首先要知道OPC服務(wù)器的ID及其所在的主機名。1）在本地計算機上查詢所有可用的OPC服務(wù)器。hostInfo=opcserverinfo（localhost）得到結(jié)果如下：hostInfo=Host:localhostServerID:1x4cellServerDescription:1x4cellOPCSpecification:DA2DA2DA2DA2ObjectConstructor:1x4cell其中，Host:localhost表明搜索到的O

5、PC服務(wù)器在本地計算機上；ServerID:1x4cell表明在本地計算機上搜索到四個OPC服務(wù)器。四個OPC服務(wù)器所遵循的OPC規(guī)范都是DA2.0。ObjectConstruetor是指四個OPC服務(wù)器的制造商。2）驗證返回的OPC詳細信息：將OPC服務(wù)器ID信息賦值給allSevers數(shù)組allServers=hostInfo.ServerID執(zhí)行結(jié)果如下：allServers=Matrikon.OPC.TI5.1KEPware.KEPServerEx.V4Takebishi.Melsec.1OPC.SimaticHMI.HmiRTm.1本次仿真所用的OPC服務(wù)器是KEPware.KEPS

6、erverEx.V4。創(chuàng)建一個OPC數(shù)據(jù)訪問客戶端對象獲得主機名稱和OPC服務(wù)器ID后與OPC服務(wù)器進行連接，需要創(chuàng)建一個與服務(wù)器相對應(yīng)的opcda(OPC數(shù)據(jù)訪問)對象，其代碼如下：da=opcda(localhost,KEPware.KEPServerEx.V4)這樣就建立了一個與KEPware.KEPServerEx.V4對應(yīng)的OPC數(shù)據(jù)訪問對象。da=SummaryofOPCDataAccessClientObject:localhost/KEPware.KEPServerEx.V4ServerParametersHost:localhostServerID:KEPware.KEPSe

7、rverEx.V4Status:disconnectedTimeout:10seconds從上面執(zhí)彳丁結(jié)果可以看到Status:disconnected，也就是還沒有與OPC服務(wù)器建立連接。建立MATLAB與指定OPC服務(wù)器之間的連接連接服務(wù)器connect(da)顯示客戶端信息，確認客戶端已經(jīng)建立了連接da執(zhí)丁結(jié)果如下：SummaryofOPCDataAccessClientObject:localhost/KEPware.KEPServerEx.V4ServerParametersHost:localhostServerID:KEPware.KEPServerEx.V4Status:con

8、nectedTimeout:10secondsObjectParametersGroup:0-by-1dagroupobjectEventLog:0of1000events從執(zhí)彳丁結(jié)果Status:connected可以看出，OPC客戶端，也就是matlab與服務(wù)器建立了連接。瀏覽服務(wù)器的命名空間1)依據(jù)KEPware.KEPServerEx.V4服務(wù)器中已經(jīng)存在的項，通過部分匹配查找出所有需要的OPC項。KepItems=serveritems(da,*Channel_1.Device_1.Tag*)執(zhí)丁結(jié)果如下：KepItems=Channel_1.Device_1.Tag_1Channe

9、l_1.Device_1.Tag_2Channel_1.Device_1.Tag_3執(zhí)行結(jié)果顯示了所有包含Channel_1.Device_1.Tag字符串的OPC變量。2)將需要的OPC項名存儲到數(shù)組itmIDs中itmIDs=Channel_1.Device_1.Tag1,Channel_1.Device_1.Tag2,Channel_1.Device_1.Tag3;本次仿真的三個項模擬PLC的模擬量，是整型數(shù)據(jù)。創(chuàng)建一個OPC數(shù)據(jù)訪問組對象grp=addgroup(da,Group1)將項添加到組對象中創(chuàng)建組后才能夠添加項，下面將步驟四中定義的項(itmIDs)全部添加到創(chuàng)建的組對象(g

10、rp)中。itmCollection=additem(grp,itmIDs)執(zhí)行后itmCollection數(shù)組中存放著Group1中所有項的集合。配置OPC工具箱的屬性用SET命令配置OPC工具箱的屬性，用GET命令取回其屬性。下面的代碼是在兩分鐘內(nèi)，每隔0.2秒登入一次數(shù)據(jù)，numRecords是登入數(shù)據(jù)的次數(shù)。logDuration=2*60;logRate=0.2;numRecords=ceil(logDuration./logRate)配置組對象屬性，使其能獲取所有的數(shù)據(jù)。set(grp,UpdateRate,logRate,RecordsToAcquire,numRecords);

11、從OPC服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)調(diào)用START函數(shù)獲取數(shù)據(jù)。為了在程序繼續(xù)往下執(zhí)行前得到所有的數(shù)據(jù)，調(diào)用WAIT函數(shù)。start(grp)wait(grp)上面語句執(zhí)行后，數(shù)據(jù)都登入到了內(nèi)存里面，需要從OPC工具箱引擎里取回。因為讀取上來的數(shù)據(jù)是時間序列數(shù)據(jù)，需要將讀取上來的數(shù)據(jù)存儲到各個獨立的數(shù)組中。logIDs,logVal,logQual,logTime,logEvtTime=getdata(grp,double);查看工作區(qū)間中各個數(shù)據(jù)的大小whoslog*(9)繪制數(shù)據(jù)圖形下列代碼將數(shù)據(jù)圖形繪制在一條坐標(biāo)軸上，數(shù)據(jù)格式標(biāo)記(DATETICK)函數(shù)將X軸標(biāo)記轉(zhuǎn)換成格式化數(shù)據(jù)字符串。plot(l

12、ogTime,logVal);axistightdatetick(x,keeplimits)legend(logIDs)圖1模擬量數(shù)據(jù)繪制結(jié)果上圖注釋框控標(biāo)出紅線是Tag1的數(shù)據(jù)值變化曲線，綠線是Tag2的數(shù)據(jù)值變化曲線，藍線是Tag3的數(shù)據(jù)值變化曲線。通過上圖尚不能判斷所得數(shù)據(jù)的品質(zhì)，所以通過下面的一段代碼將品質(zhì)不好的數(shù)據(jù)點用紅色標(biāo)出，品質(zhì)不確定的數(shù)據(jù)用橙色標(biāo)出。holdonisBadQual=strncmp(logQual,Bad,3);isRepeatQual=strncmp(logQual,Repeat,6);fork=1:size(logQual,2)badInd=isBadQual

13、(:,k);plot(logTime(badInd,k),logVal(badInd,k),ro,.MarkerFaceColor,r,MarkerEdgeColor,k)repInd=isRepeatQual(:,k);plot(logTime(repInd,k),logVal(repInd,k),ro,.MarkerFaceColor,0.80.50,MarkerEdgeColor,k)endholdoff圖2數(shù)據(jù)品質(zhì)標(biāo)志結(jié)果由于所有的數(shù)據(jù)品質(zhì)良好，所以沒有顯示標(biāo)識紅點或橙色點。(10)清除結(jié)束OPC工具箱對象后必須將其從OPC工具箱引擎中刪除，并自動刪除組對象和項對象。disconnec

14、t(da)delete(da)清除組對象isvalid(grp)從工作區(qū)間清除項的集合cleardagrpitmCollection以上分析的是MATLAB從OPC服務(wù)器讀取某個組中所有項的字段值，并用圖形顯示ItemID、Value、Quality、TimeStamp的全過程，及其使用的底層代碼的分析。其M文件代碼見附錄1。3.OPC工具箱的數(shù)據(jù)交換同步讀寫用OPC工具箱的同步讀寫操作與OPC服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。與OPC服務(wù)器建立連接并建立相關(guān)對象da=opcda(localhost,KEPware.KEPServerEx.V4);connect(da);grp=addgroup(da,Grou

15、p1);itmIDs=Channel_1.Device_1.Tag_1,.Channel_1.Device_1.Tag_2,.Channel_1.Device_1.Tag_3;itmCollection=additem(grp,itmIDs);執(zhí)行同步讀操作默認讀操作從OPC服務(wù)器的高速緩存中獲取數(shù)據(jù)。1)讀一個值r=read(itmCollection(1)執(zhí)行結(jié)果如下：r=ItemID:Channel_1.Device_1.Tag_1Value:1004Quality:Good:Non-specificTimeStamp:2010611184539.4680Error:2)讀全部值r=re

16、ad(itmCollection)執(zhí)行結(jié)果如下：r=3x1structarraywithfields:ItemIDValueQualityTimeStampError查看項的具體數(shù)值r(1).Value執(zhí)行結(jié)果為：ans=3305當(dāng)OPC服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)上或不在本地上時，從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)將花費更多的時間。從設(shè)備被讀取數(shù)據(jù)時，要將數(shù)據(jù)源指定為device。r=read(itm1,device)執(zhí)行同步寫操作1)給一個項賦值0write(itmCollection(1),0)再將數(shù)據(jù)讀取回來r=read(itmCollection(1)執(zhí)行結(jié)果：r=ItemID:Channel_1.Device_1.T

17、ag_1Value:6Quality:Good:Non-specificTimeStamp:201061184933.4060Error:從執(zhí)行結(jié)果可以看到其Value值由3350這樣的大數(shù)值變成了6,這是因為這個項的值是自動線性增長，當(dāng)寫入值0再讀回來的間隙增長到6了，但是仍可判斷出寫操作是成功執(zhí)行了的。2)給多個項賦值write(itmCollection,0,0,0)清除disconnect(da)delete(da)cleardagrpitmCollection3.2從OPC服務(wù)器采集數(shù)據(jù)創(chuàng)建OPC工具箱對象層次結(jié)構(gòu)da=opcda(localhost,KEPware.KEPServe

18、rEx.V4);connect(da);itmIDs=Channel_1.Device_1.Tag_1,.Channel_1.Device_1.Tag_2,.Channel_1.Device_1.Tag_3;grp=addgroup(da,Group1);itmCollection=additem(grp,itmIDs)；配置數(shù)據(jù)采集持續(xù)時間Set(grp,UpdateRate,0.2);Set(grp,RecordsToAcquire,40);配置數(shù)據(jù)采集目標(biāo)數(shù)據(jù)被采集到磁盤和內(nèi)存。磁盤文件名是LoggingExample.olf,如果該文件名已存在，那么該文件原有的數(shù)據(jù)會被OPC工具箱引擎

19、采集上來的數(shù)據(jù)覆蓋。set(grp,LoggingMode,disk&memory);set(grp,LogFileName,LoggingExample.olf);set(grp,LogToDiskMode,overwrite);開始采集數(shù)據(jù)啟動組對象，等待兩秒鐘，并顯示最后獲取的數(shù)據(jù)值。start(grp)pause(2)sPeek=peekdata(grp,1)顯示項的ID和值disp(sPeek.Items.ItemID;sPeek.Items.Value);等待數(shù)據(jù)采集完成后，才繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼。wait(grp,inf)獲取數(shù)據(jù)logIDs,logVal,logQual,logT

20、ime,logEvtTime=getdata(grp,double);whoslog*;清除disconnect(da)delete(da)cleardagrpitmCollection4OPC工具箱的事件查看事件創(chuàng)建OPC工具箱對象層次結(jié)構(gòu)da=opcda(localhost,KEPware.KEPServerEx.V4);connect(da);itmIDs=Channel_1.Device_1.Tag_1,.Channel_1.Device_1.Tag_2,.Channel_1.Device_1.Tag_3;grp=addgroup(da,Group1);itmCollection=ad

21、ditem(grp,itmIDs)；開始數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)采集數(shù)設(shè)定為10條，并開始采集grp.RecordsToAcquire=10;start(grp)等待數(shù)據(jù)采集完畢wait(grp)查看事件日志在組對象采集數(shù)據(jù)時產(chǎn)生了兩個事件：開始和停止。客戶端的時間日志屬性值是一行二列的事件型數(shù)組。events=da.EventLog列出記錄在事件日志中的事件類型events.Type使用事件結(jié)構(gòu)中的字段獲取特定事件的信息。下面代碼顯示了停止事件的信息。stopdata=events(2).Data用停止時間減去開始時間，得到采集數(shù)據(jù)用掉的時間。loggingDuration=datenum(event

22、s(2).Data.LocalEventTime)-.datenum(events(1).Data.LocalEventTime);loggingSeconds=loggingDuration*24*60*60清除disconnect(da)delete(da)cleardagrpitmCollection使用默認回傳創(chuàng)建OPC工具箱對象層次結(jié)構(gòu)da=opcda(localhost,KEPware.KEPServerEx.V4);connect(da);itmIDs=Channel_1.Device_1.Tag_1,.Channel_1.Device_1.Tag_2,.Channel_1.De

23、vice_1.Tag_3;grp=addgroup(da,Group1);itmCollection=additem(grp,itmIDs)；配置數(shù)據(jù)采集參數(shù)grp.RecordsToAcquire=20;grp.UpdateRate=0.5;配置回傳用默認數(shù)據(jù)回傳顯示在數(shù)據(jù)采集過程中的開始、數(shù)據(jù)獲取、停止事件。grp.StartFcn=opccallback;grp.StopFcn=opccallback;grp.RecordsAcquiredFcn=opccallback;grp.RecordsAcquiredFcnCount=5;開始數(shù)據(jù)采集start(grp)執(zhí)行結(jié)果：OPCStart

24、eventoccurredatlocaltime15:35:47GroupGroup1:0recordsacquired.等待數(shù)據(jù)采集完畢wait(grp)清除disconnect(da)delete(da)cleardagrpitmCollection4.3使用自定義回傳使用自定義回傳，用display_opcdata函數(shù)將獲取的數(shù)據(jù)實時繪制在圖形窗口中。創(chuàng)建OPC工具箱對象層次結(jié)構(gòu)da=opcda(localhost,KEPware.KEPServerEx.V4);connect(da);itmIDs=Channel_1.Device_1.Tag_1,.Channel_1.Device_1

25、.Tag_2,.Channel_1.Device_1.Tag_3;grp=addgroup(da,Group1);itmCollection=additem(grp,itmIDs)；設(shè)置相關(guān)參數(shù)值設(shè)置數(shù)據(jù)更新速率為0.2秒，要獲取的數(shù)據(jù)為200條,每5秒鐘執(zhí)行一次回傳。set(grp,UpdateRate,0.5);set(grp,RecordsToAcquire,200);set(grp,RecordsAcquiredFcnCount,5);set(grp,RecordsAcquiredFcn,display_opcdata);獲取數(shù)據(jù)start(grp)wait(grp)執(zhí)行結(jié)果為動態(tài)繪制

26、變量曲線的圖形窗口，下圖是執(zhí)行結(jié)束時的圖片。圖3自定義數(shù)據(jù)回傳結(jié)束時數(shù)據(jù)圖（4）清除disconnect（da）delete（da）cleardagrpitmCollection5.使用OPC工具箱模塊讀寫數(shù)據(jù)在MATLAB的Simulink工具箱中，已經(jīng)有OPC配置模塊、OPC讀取數(shù)據(jù)模塊、OPC寫入數(shù)據(jù)模塊。OPCWrite模塊將輸入信號寫入到OPC服務(wù)器中，OPCRead模塊將數(shù)據(jù)從OPC服務(wù)器中讀取上來，并在Scope中顯示。另外，數(shù)據(jù)品質(zhì)顯示在Display模塊中，如果數(shù)值為192就說明數(shù)據(jù)品質(zhì)好。只要建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ途涂梢酝瓿蓪PC服務(wù)器中數(shù)據(jù)的讀寫操作，并可以利用其他仿真工具完成

27、復(fù)雜的控制。本次仿真采用KEPWare.KEPServerEx.V4作為OPC服務(wù)器，模擬從編程邏輯控制器（PLC）讀取和寫入數(shù)據(jù)，并通過返回的數(shù)據(jù)繪出圖形。首先設(shè)置“OPC配置模塊參數(shù)”選擇OPC服務(wù)器KEPWare.KEPServerEx.V4。OPCConfigReal-TimeOPCConfiguration圖4OPC服務(wù)器配置（1）數(shù)字量寫與讀使用KEPWare.KEPServerEx.V4中的數(shù)字量Channel_1.Device_1.K0.0作為數(shù)字量變量。首先利用“OPC寫模塊”將數(shù)值在0、1間變換的方波信號寫入OPC服務(wù)器中并賦值給Channel_l.Device_l.K0.

28、0,然后再將該變量的值從OPC服務(wù)器重讀取出來，如圖5所示。Cisplsyl圖5數(shù)字量寫與讀運行圖5所示模型后會得到圖6所示結(jié)果。圖6顯示，OPC服務(wù)器中的變量值隨著方波信號改變了，并且寫進去1后，變量值變?yōu)?1。其中，0值表示False，-1表示True。（2）短整型數(shù)據(jù)寫與讀首先在OPC服務(wù)器中建立一個Short型變量Channel_l.Device_l.TagK2。然后將一個整型常量20寫入給該項，再將該項的值讀取出來。圖7短整型數(shù)據(jù)寫與讀圖8短整型數(shù)據(jù)讀取結(jié)果運行后，可以從圖8中看到該整型變量的值已經(jīng)變成了20。浮點型數(shù)據(jù)寫與讀首先在OPC服務(wù)器中建立一個浮點型變量Channel_l.

29、Device_l.TagK4Float。然后將一個正弦信號寫入到該項，再將該項的值讀取上來，并將原正弦信號與采集上來的數(shù)據(jù)同時輸出給Scope3。Ch3nne.K4Fl2-3tQTScDpeB152|OPCRead2Display圖9浮點型數(shù)據(jù)寫與讀圖10浮點型數(shù)據(jù)讀取結(jié)果運行后，黃色光滑連續(xù)曲線是原正弦信號，紫色不光滑曲線是讀取上來的數(shù)值。從圖中可以看到，紫色曲線滯后黃色曲線一個固定的相位差，說明讀取上來的是先前寫下去的某個值。參考文獻胡劍行,陳沖,基于OPC技術(shù)的MATLAB實時過程控制系統(tǒng)J.福州大學(xué)學(xué)報,2008-9,36:36張昆,段其昌，張從力MATLAB與PLC之間的通訊技術(shù)J.自動化技術(shù)與應(yīng)用,2005,24(12):54-55郭發(fā)軍，鄒麗，王艷娟基于OPCActiveX組件MATLAB作為客戶端應(yīng)用研究J.科技資訊,2006:52劉志鴻，楊傳穎利用OPC+Toolbox在Matlab中實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的獲取J.附錄%在本地計算機上查詢所欲可用的OPC服務(wù)器hostInfo=opcserverinfo(localhost);%將OPC服務(wù)器ID