鍋爐自動抄表系統(tǒng)實現(xiàn)
—— 一種用WinCC實現(xiàn)自定義報表的方法

煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司 王前厚

張家港市繁昌機械有限公司 王炳輝

1 概述

在小型取暖鍋爐運行中，許多重要運行參數(shù)需要定期記錄，在手工年代，需要工人定期讀表并記錄在表格上，而在自動控制實現(xiàn)之后，則需要用報表來實現(xiàn)，其中包含的內(nèi)容有：每一個小時整點記錄的數(shù)據(jù)列表，每個工作日，每個班組內(nèi)對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，統(tǒng)計方法有平均值及累加值，即為日報表或班報表。

例如，有業(yè)主要求的理想的報表結(jié)構(gòu)如表1中所示。

表1 鍋爐運行班報表

除了日報表，另外還有月報表，就是可以查詢?nèi)我粋€月的運行情況，其中包含這個月中每一天的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，以及最終對整個月所有數(shù)據(jù)做的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，同理如表2所示。

這種應用需求的報表，無法用WinCC或其它組態(tài)軟件簡單地用組態(tài)的方式實現(xiàn)，因而必須或多或少地進行一些編程，通過腳本，控制訪問數(shù)據(jù)庫，得到查詢結(jié)果。在WinCC應用中，常把此類報表稱做為自定義報表。

西門子論壇 http://www.ad.siemens.com.cn/club/bbs/ 曾于2009年5月至7月間，組織了大型的專題討論，針對此類自定義報表進行了一個全面的探討，眾多網(wǎng)友提供了各種各樣的要求和素材，定時抄表類型的報表是其中的一個大類型，好多報表應用都與此或相同或相關(guān)。

這次專題討論，作者作為版區(qū)版主在其中承擔了牽線引導的職責，引領(lǐng)網(wǎng)友從提供素材開始，面對對象，整理思路，積極發(fā)表看法。而西門子官方的工程師，則在此次討論過程中及討論結(jié)束后分別整理了技術(shù)報告，并制作了簡單示范程序，兩篇最重要的文獻就是《A0296 使用用戶歸檔實現(xiàn)報表簡介》和《A0300 WinCC數(shù)據(jù)報表實現(xiàn)方法介紹》，配套的例子程序則是叫做ForTest.mcp。這兩篇技術(shù)文獻還主要是從原理方面進行的分析，例子程序也著重強調(diào)了實現(xiàn)的原理，而對實際應用過程中的細節(jié)，則沒有側(cè)重考慮。

表2 鍋爐運行月報表

本文是在A0296基礎(chǔ)上完善而來的，因而是對A0296的補充，本文實現(xiàn)的過程，也同樣有配套例子實現(xiàn)，但與A0296已有極大的不同，表現(xiàn)在：

（1）A0296強調(diào)的是西門子產(chǎn)品的使用方法，本例則著重強調(diào)報表實現(xiàn)技術(shù)路線和細節(jié)，強調(diào)在報表實現(xiàn)過程中的細節(jié)。特別是包含報表系統(tǒng)實現(xiàn)的WinCC項目的可移植性，強調(diào)用戶對例子演示操作的首次體驗。

（2）A0296著重強調(diào)的是報表的打印環(huán)節(jié)，與作者持觀點不同。作者認為，報表最重要的方面不是打印，而是查詢。就是說，最終需要實現(xiàn)的是隨時隨地均可調(diào)用查詢功能，并分析查詢結(jié)果。引導用戶養(yǎng)成低碳環(huán)保的操作習慣，一般操作只進行查詢，不需要落實到紙面上。而如果確實需要打印時，則在查詢完成之后繼續(xù)操作打印功能，將結(jié)果輸出到打印機。

2 實現(xiàn)原理

報表的實現(xiàn)，最重要的是要有一條清晰的數(shù)據(jù)走向路線圖，并要盡量依托數(shù)據(jù)庫的思路來實現(xiàn)，在其基礎(chǔ)上，將整個報表路線分割成相對獨立的幾個單元，一方面，將每一個單元的具體細節(jié)實現(xiàn)之后，串聯(lián)起來，就可以構(gòu)成整個報表的實現(xiàn)過程。另一方面，每一個獨立的單元如果有備選的技術(shù)方法實現(xiàn)，則只需將相應部分替換，可以輕松地實現(xiàn)升級，而不影響整個路線全局。

建立在數(shù)據(jù)庫視角的自定義報表實現(xiàn)路線需要的步驟分別為：

（1）數(shù)據(jù)存儲：報表所需數(shù)據(jù)素材存儲到數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)查詢：前臺用戶通過操作界面接口設定查詢條件，后臺程序生成查詢所需SQL語句，并對數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行查詢操作。

（3）查詢結(jié)果顯示：選擇合適的表格控件將步驟2查詢得到的結(jié)果顯示在運行畫面上。

（4）打印報表或報表導出：將查詢結(jié)果輸出到打印機或?qū)С龅睫k公文件格式。如果步驟3選擇的控件能夠直接支持打印機和導出，則由表格控件實現(xiàn)，否則從步驟2的查詢結(jié)果直接輸出實現(xiàn)。

3 技術(shù)方法選擇的原則

在明確了報表實現(xiàn)的原理之后，下一步就是選擇每一個節(jié)點上可行的技術(shù)方法，最后拼接成一整條可行的技術(shù)路線。不過在確定技術(shù)路線之前，有幾個細節(jié)的原則問題需要確定，選擇技術(shù)路線時應以不違背這些原則為標準，如果原則有所違背，則要么更換技術(shù)點，要么通過給這個技術(shù)方法打補丁的方法繞過缺陷。

? 運行：只要WinCC項目有報表要求，報表功能應盡量無縫嵌入在WinCC項目內(nèi)，除非大規(guī)模運行的項目，有上層MES系統(tǒng)支持，報表是由MES來實現(xiàn)的。

無縫嵌入WinCC項目的好處在于操作者在操作時不必來回切換運行程序。尤其對組態(tài)軟件來說，如果被切換出去，則原本的全屏方式及對計算機運行權(quán)限管理都成為難題。

? 安裝：當一個項目被移植到另外一臺新電腦時，除了WinCC軟件本身的安裝要求外，應盡量少的附加安裝軟件，尤其是盡量減少對付費軟件的需求。否則會導致維護人員極度反感。

? 配置：在項目移植過程中或系統(tǒng)崩潰后的重新恢復過程中，報表功能應盡量避免要求手工的設置操作。如要求手工建立一個數(shù)據(jù)庫表或一個ODBC接口等。這些操作一方面對維護人員水平的要求提高了，另一方面也導致系統(tǒng)的健壯性難以保證。

4 本文的技術(shù)路線

在綜合考慮報表實現(xiàn)的路線，遵循上述的原則，結(jié)合本案例的實際要求及WinCC的實際功能，本文提出了實現(xiàn)的解決方法，仍舊按照實現(xiàn)原理中的四個步驟分別描述如下：

（1）數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲使用用戶歸檔（以下均簡稱UA）實現(xiàn)，如A0296中所描述，使用UA歸檔的ID和JOB配合來實現(xiàn)。由于UA這段功能實在太重要了，是本文的精華所在，所以仍需著重描述一下。

UA中的每一個歸檔都可以建立4個控制變量，分別叫做ID，JOB，F(xiàn)ield，Value。按照WinCC的幫助系統(tǒng)的描述，JOB=6時，為讀作業(yè)。讀作業(yè)是WinCC站在UA的視角內(nèi)描述問題，從UA的角度，當JOB=6時，把運行的實時變量的值讀取并保存在數(shù)據(jù)庫相應的位置，位置按照ID的設定。而我們站在外部的角度觀察這個操作，其實就是我們通常所說的寫數(shù)據(jù)庫的操作。而相應的JOB=7時則為讀取數(shù)據(jù)庫的值到Tag變量中。案例要求的每小時整點時記錄數(shù)據(jù)，則只需每判斷到整點到來時運行ID=-1，JOB=6即完成一條數(shù)據(jù)記錄行為。

首先是在UA中建立名字為Boiler的歸檔，然后編制腳本判斷在整點時產(chǎn)生一次增加新條目的操作，及ID=-1，JOB=6。具體可以實現(xiàn)的方法很多，如在全局腳本中通過Hour變量的變化觸發(fā)，也可以在1S的循環(huán)周期的腳本中讀取當前時間，當判斷時間為整點時記錄。或者在PLC中編程以實現(xiàn)可控制的觸發(fā)。最簡單的，可以參考A0296中描述的實現(xiàn)。這些方法都差別不大。

需要注意的細節(jié)：

? 歸檔中的日期和時間域可以在建立之后重新修改格式為日期/時間格式，便于在查詢時條件匹配。如果以文本方式記錄的日期時間變量，在查詢時是以字符方式比較的，有可能出錯。

? 日期和時間是分成兩個變量域分別存儲，但也可以用一個變量來存儲，各有利弊。

? 如果選擇用一個變量來存儲時間，可以直接使用UA表本身帶的最后修改選項，自動建立一個LastAccess的域，保存了數(shù)據(jù)寫入時的時間值。同樣與通過WinCC變量來保存相比，各有利弊。

? 最后一個域，班次（Turn），是用來記錄班次信息，唯有將班次信息正確完整記錄，才有可能做出成功的班報表。實時運行班次的確定，需要根據(jù)運行現(xiàn)場業(yè)主的倒班原則來確定，可以用編程實現(xiàn)倒班表的切換。但最簡單的方法是通過WinCC用戶管理來實現(xiàn)，相應的班組接班時登入各自的班組用戶名，報表系統(tǒng)中自然得到正確的班組名稱。

? 關(guān)于WinCC啟動時會觸發(fā)一次腳本并產(chǎn)生一個未在整點的數(shù)據(jù)記錄的問題，可以通過腳本中增加判斷來繞過一次寫操作，但從實際設備運行的角度，如果由于電腦設備的原因，導致長時間的停機，必然導致數(shù)據(jù)記錄的缺失，那么在系統(tǒng)恢復之時，如果能夠盡快地補錄一次數(shù)據(jù)，相比之下，時間是否在整點則相對不那么重要了。

（2）數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢的核心是面向數(shù)據(jù)的SQL查詢語言。包括：查詢條件輸入，查詢語句生成以及調(diào)用數(shù)據(jù)庫接口進行數(shù)據(jù)查詢的操作。

一個完整的自定義的報表一般至少分為兩個部分，比如班日報表，首先是當前班次的所有數(shù)據(jù)的一個排列列表，然后是對這些數(shù)據(jù)的數(shù)學統(tǒng)計結(jié)果。統(tǒng)計方法可能是平均值或者累加值等，但最后的表現(xiàn)形式都是以表格形式體現(xiàn)的。或許有些特殊的結(jié)果輸出要求為多個表格部分組成，會超過兩部分，但原理上來說，要么是簡單條件查詢的，本文稱為A類查詢，要么就是帶統(tǒng)計的，本文稱為B類查詢。自定義報表最大的難題在于B類查詢。

一個典型的A類SQL查詢的語法如下：

Select ThisDay, F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9

From UA#Boiler

Where ThisDay = '10-9-16' and Turn=，A，

查詢功能提供給用戶的操作界面，主要的目的就是來產(chǎn)生這樣的查詢語法。其中，Select語句之后的為查詢需要顯示的列，一般為固定的內(nèi)容，程序中則為固定的字符串。From語法之后為UA中建立的表的名字，同樣也為固定的。所以最終要的是Where之后的條件的產(chǎn)生。

為方便用戶使用，查詢條件的輸入日期時間部分使用專用時間控件，而班次則使用下拉菜單實現(xiàn)。盡可能避免手工鍵盤輸入，一方面實現(xiàn)輸入直觀快捷，最大程度地提高用戶的操作體驗；另一方面避免了使用過程中容易發(fā)生的格式錯誤，從而在項目交工時也少了專門的培訓環(huán)節(jié)。

本文選擇的報表顯示形式為UA控件本身，通過將其工具欄和狀態(tài)欄禁用之后其表格部分就是一個功能完整的Grid控件的主體。而且非常幸運的是，控件本身有一個Filter屬性，即用來設定過濾所顯示的數(shù)據(jù)條件。所以在腳本程序中不必生成完整的SQL查詢語句，而只需要生成where之后的條件部分即可。

具體的實現(xiàn)，控件的Filter屬性綁定一個文本型的tag，查詢腳本中將拼接起來的過濾條件類似 ThisDay = '10-9-16' and Turn=，A， 的字符傳送給tag即可。

B類查詢，對上述的9個變量，F(xiàn)1-F7求平均值，F(xiàn)8，F(xiàn)9求累加值的統(tǒng)計結(jié)果，SQL語句如下：

Select ThisDay，AVG(F1) As F1，AVG(F2) As F2，AVG(F3)As F3，AVG(F4) As F4，AVG(F5) As F5，AVG(F6) As F6，AVG(F7) As F7，SUM(F8) As F8，SUM(F9) AS F9

FROM UA#Boiler

Where ThisDay = '10-9-16' and Turn =，A，

Group BY ThisDay

由于條件部分與A查詢完全相同，所以用戶接口部分使用同一接口，字符串拼接，得到如上的SQL語句。

由于UA控件未提供數(shù)據(jù)分析的功能，B查詢的實現(xiàn)相對麻煩些，需要幾個步驟：

? UA中建立一個空的表S，用于存放查詢結(jié)果

? 通過ADO或者ODBC ADO直接對SQL數(shù)據(jù)庫進行查詢，得到統(tǒng)計結(jié)果的RecordSet。

? 刪除S表中的原有數(shù)據(jù)。可以通過S表的控制變量，ID=-6，JOB=8來實現(xiàn)。多行數(shù)據(jù)則循環(huán)實現(xiàn)。

? 仍舊通過S表的控制變量，遍歷RecordSet的結(jié)果，通過ID=-1，JOB=6的方式新增數(shù)據(jù)記錄，寫入到UA表中。

? 畫面增加第2個UA控件，指定到S表，不再指定過濾條件。

核心代碼如下：

Dim Adodc1

Set Adodc1 = ScreenItems("Adodc1")

Adodc1.ConnectionString="DSN=" & HMIRuntime.Tags("@DatasourceNameRT").Read

Adodc1.RecordSource=SQL

Adodc1.Refresh

HMIRuntime.Trace vbCrLf & SQL

Dim taglist

taglist="ThisDay_Gr,F1_AVG,F2_AVG,F3_AVG,F4_AVG,"

taglist=taglist & "F5_AVG,F6_AVG,F7_AVG,F8_SUM,F9_SUM"

Dim TagName

TagName=Split(taglist,",",-1,1)

Dim i, Temp1

If Adodc1.Recordset.recordcount<>0 Then

For i=0 To UBound(TagName)

HMIRuntime.Trace vbCrLf & TagName(i) & "="& Adodc1.Recordset.Fields(i)

HMIRuntime.Tags(TagName(i)).Write Adodc1.Recordset.Fields(i)

Next

HMIRuntime.Tags("@UA_S_ID").Write -1

HMIRuntime.Tags("@UA_S_Job").Write 6

Else

HMIRuntime.Trace vbCrLf & "no data found!!!!"

End If

圖1 實際運行后的效果圖

月報表的準確描述是月度日報表，與前面的班日報表形式上類似，都是分成兩部分的查詢內(nèi)容，但內(nèi)容上有所區(qū)別。第一部分的查詢內(nèi)容也為統(tǒng)計后的結(jié)果，即A類查詢。本例中，在查詢部分一需要將某一個月內(nèi)所有的工作日的數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，并將結(jié)果按日期羅列起來，而查詢部分二中的內(nèi)容則是以這個月份為對象的整體統(tǒng)計計算。

月報表查詢一的SQL查詢語法為：

Select ThisDay，AVG(F1) As F1，AVG(F2) As F2，AVG(F3) As F3，AVG(F4)As F4，AVG(F5) As F5，AVG(F6) As F6，AVG(F7) As F7，SUM(F8) As F8，SUM(F9) AS F9

From UA#Boiler

Where CONVERT(varchar(10), ThisDay, 120) like '2010-09%'

Group By ThisDay

查詢的主體部分與日報表中的查詢二相似，也都同為B類查詢，但Where后的語法則相差很大。這是因為ThisDay列中保存的是日期數(shù)據(jù)，而查詢條件則是年月，即需要將數(shù)據(jù)中年月條件符合的數(shù)據(jù)挑選出來。返回結(jié)果為每日一條數(shù)據(jù)，計算的是當日的統(tǒng)計值。

這里使用轉(zhuǎn)換方法，把日期數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換為YYYY-MM-DD格式的字符串，然后通過字符串比較的like語法來實現(xiàn)。

查詢二的月統(tǒng)計數(shù)據(jù)的SQL語法：

Select CONVERT(varchar(7)，ThisDay，120)，AVG(F1) As F1，AVG(F2) As F2，AVG(F3) As F3，AVG(F4) As F4，AVG(F5)As F5，AVG(F6) As F6，AVG(F7) As F7，SUM(F8) As F8，SUM(F9) AS F9

FROM UA#Boiler

WHERE CONVERT(varchar(10), ThisDay,120) like '2010-09%'

GROUP BY CONVERT(varchar(7)，ThisDay，120)

這里的WHERE條件與查詢一相同，但Group語法又有所不同，因為需要將整個月的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一統(tǒng)計為一個結(jié)果。所以通過轉(zhuǎn)換方式，把日期數(shù)據(jù)YYYY-MM-DD的前7個字符輸出，得到了YYYY-MM的年+月格式。然后既要在統(tǒng)計結(jié)果中顯示這個年月值，還需要用此作為Group的分組依據(jù)。

（3）查詢結(jié)果顯示

查詢結(jié)果顯示在WinCC運行畫面上，前文已經(jīng)透露過，本文主要的方法即使用UA控件，通過禁用工具欄、狀態(tài)欄并將屬性設置為只讀，則成為一個簡單表格控件的模式，可以用來顯示查詢結(jié)果。

其中查詢班日報表部分，直接使用源記錄數(shù)據(jù)的歸檔，通過Filter屬性設置過濾條件，而日報表的查詢統(tǒng)計則通過單獨建立的UA中的歸檔來實現(xiàn)。

而月報表的兩部分查詢則都是使用和班日報表的統(tǒng)計查詢部分一樣的手法，通過建立一個空表，在查詢到結(jié)果時填入數(shù)據(jù)到歸檔中，則畫面的表格中自動充滿數(shù)據(jù)。

（4）打印報表

圖2 打印效果圖

客戶在查詢運行數(shù)據(jù)后，如需打印，則隨時可將查詢的結(jié)果打印出來。由于本文使用的UA控件直接支持打印功能，因而可以直接調(diào)用系統(tǒng)的打印模板實現(xiàn)。唯一差別的是，我們的報表里面包含2個表格 ，因而需在布局中設計2個“用戶歸檔 DLL運行系統(tǒng)表格”，即可實現(xiàn)完整打印功能，如圖2所示。

5 結(jié)論

? 在WinCC中使用UA配合做報表，可以實現(xiàn)較為完善的功能。

? 本文在數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)查詢、顯示、打印輸出各方面都充分利用UA內(nèi)置提供功能，取得較好的效果。

? 用UA來實現(xiàn)報表，優(yōu)點是需要較少的程序腳本，尤其是數(shù)據(jù)庫操作代碼。UA控件對數(shù)據(jù)格式的自動適應與處理，也簡化了程序的工作量。

? 此技術(shù)方法的缺點在于查詢時的效率較低，特別是一個月報表查詢，需要先將UA表內(nèi)的數(shù)據(jù)逐行清空，然后再將查詢結(jié)果逐行寫入。由于使用ID和JOB控制變量來實現(xiàn)讀寫操作，需要等待確認前步驟操作完成之后方可繼續(xù)腳本，導致程序運行周期較長。同時程序也不是特別健壯。

? 自定義報表除本文所論及方向和思路之外，還有大量的細節(jié)工作要做并且很難用文字來描述。為此作者同時還專門制作了詳盡的WinCC例程，并發(fā)布在網(wǎng)絡上，地址為：http://goo.gl/Mze1

? 例程中除使用UA控件實現(xiàn)之外，還演示了另外兩種直接支持ADO方法的表格控件的實現(xiàn)方法。