基于OPC的工控系統報表自動生成的實現

廣西柳州鋼鐵股份有限公司焦化廠 李朝光

1 引言

目前國內外常見的PLC、DCS系統其在線監控軟件都存在一個普遍性的缺陷，即監控功能強大而報表生成功能弱小，無法滿足各類工業企業在報表方面的特殊要求，比如，各種結構復雜的表頭、表體，數據查詢、統計、備份、打印、交接班記事、正點或非正點時間記錄等要求，因此必須開發專門的報表系統軟件解決這一問題。另一方面，面對不同廠家、不同軟硬件結構的PLC、DCS系統，由于相互之間互不兼容，也需要找到一種普遍適用的報表解決方案。針對這些問題，本文以西門子PLC系統的在線報表開發為例，介紹一種采用VB+ACCESS數據庫+EXCEL電子表格為平臺進行在線自動報表開發的OPC客戶端解決方案。

OPC客戶端軟件的開發所應用的核心技術就是OPC技術（O：OLE，對象鏈接和嵌入；P：process，過程；C：control，控制），OPC意為“在過程控制領域的對象鏈接和嵌入技術”，它是一個用于解決不同結構的工控系統之間進行數據交換的、世界通用的工業技術標準，也是開發通用型報表系統的必要條件。

2 系統開發

作為OPC客戶端，本系統的運行需要OPC服務器在后臺的支持，而OPC服務器實際上是一種軟件，它既可以獨立存在也可以是與監控軟件集成在一起。西門子PLC系統提供的OPC服務器就是以組件形式集成在其上位機監控軟件WinCC（WINDOWS CONTROL CENTER，視窗控制中心）中，并隨著WinCC的安裝、運行而自動安裝、運行，因此系統開發時不需要對OPC服務器做任何操作，只需與OPC服務器建立通訊連接即可，以下為系統開發的關鍵技術。

2.1 程序設計

2.1.1 工作流程設計

本系統主要的任務就是周期性地從OPC服務器中讀取所需的在線工藝參數，并定期存入后臺數據庫及報表模板中完成自動采集、自動生成報表的工作，因此系統的流程設計如圖1所示。

圖1 “自動報表系統”工作流程圖

2.1.2 定義OPC對象及相關變量

在VB編程中，為了定義OPC對象首先必須在所建工程中引用OPC控件，具體操作是在打開工程進入VB編程窗口后，通過“工程”→“引用”菜單將西門子提供的Siemens OPC DAAutomation 2.0控件加入即可。OPC控件引用之后即可定義與OPC客戶端相關的各種OPC對象全局變量，包括OPC服務器對象OPCServer、OPC組對象OPCGroup、客戶端句柄數組clienth()、服務器端句柄數組serverh()、錯誤句柄數組errors()、標簽數組itemids()、標簽值數組values()這幾個關鍵的全局變量，其中，標簽值數組values()必須設為變體型Variant數據類型。

該部分關鍵的程序代碼：

? 定義OPC服務器對象：Dim WithEvents myopcserver As OPCServer；

學生通過平臺提出問題，教師不能每時每刻在線回答，否則工作量太大，因此互動可能會有延遲性，這也需要網教平臺在這方面能更智能化，教師把各種可能出現的問題盡可能多的先設計好，這樣平臺就可以像機器人一樣智能回答學生提出的問題。

? 定義OPC組對象：Dim WithEvents myopcgroup As OPCGroup；

? 定義客戶端句柄數組：Dim clienth() As Long；

? 定義服務器端句柄數組：Dim serverh() As Long；

? 定義錯誤句柄數組：Dim errors() As Long；

? 定義標簽數組：Dim itemids() As String；

? 定義標簽值數組：Dim values()。

2.1.3 建立與OPC服務器的連接

在相關對象與全局變量定義之后即可建立與OPC服務器的通訊連接，這一步的關鍵是必須首先獲得所連接OPC服務器的“程序ID（progid）”及OPC服務器所在計算機的“節點名稱（Node）”，這些信息可從PLC系統生產廠家的OPC服務器的技術說明中獲得。對西門子而言，其OPC服務器的程序ID為“OPCServer.WinCC”，而OPC服務器的節點名稱其實就是運行OPC服務器軟件所在的計算機名稱，建立連接時如果客戶端運行所在的計算機就是服務器，那么節點名稱可以省略。

該部分關鍵的程序代碼：

? 定義OPC服務器的程序ID：progid = "OPCServer.WinCC"；

? 生成新的OPC對象：Set myopcserver = New OPCServer；

? 建立與OPC服務器的連接：myopcserver.Connect progid。

執行連接指令之后，連接過程是否成功需要進行狀態判斷，可利用OPC服務器的運行狀態（ServerState）屬性來進行判斷，如果ServerState值等于“1”則表示OPC正在運行并且連接成功，其它值則表示連接失敗，需要再次進行連接操作直到成功為止，否則后續工作將無法進行。

2.1.4 建立OPC組及OPC標簽變量

一旦與OPC服務器連接成功，即可建立OPC組對象并由組對象生成標簽變量，該部分的關鍵代碼：

? 建立OPC組對象：Set myopcgroup = myopcserver.OPCGroups.Add("ABC")；

? 給標簽數組及客戶端句柄數組賦值：clienth(i) =i（i為順序編號）；itemids(i) =“xxx”（xxx為具體的標簽名）；

? 建立OPC標簽變量：myopcgroup.OPCItems.AddItems m， itemids， clienth， serverh， errors （m為標簽變量個數）。

該指令為一次性成批建立OPC變量的指令，執行之后，所有的標簽變量是否全部建立成功需要逐一進行判斷，判斷的依據是執行該指令后生成的錯誤句柄即errors()數組的返回值，若成功建立第i個變量則errors(i)的值為零，否則為非零。在建立標簽指令執行之后需要對每一個變量進行判斷，確保所有變量都建立成功，如發現存在失敗，須終止程序運行并進行排查，直到全部成功為止方可進行后續工作。

2.1.5 讀取OPC變量值，存入數據庫及電子表格

當所有的OPC變量都建立成功之后便可開始OPC變量的訪問工作，根據需要本系統采用定時訪問方式，每隔一分鐘采集一次變量數據，一份保存于ACCESS數據庫中用于歷史數據的查詢，另一份則根據當前時間是否處于報表規定的記錄時間而確定是否直接寫入EXCEL電子表格中，生成這一報表記錄時間點的數據。為此，須事先設計好對應的ACCESS數據庫結構及EXCEL電子表格模板，為數據保存和報表記錄做好準備。數據保存之后，系統將進入下一個工作循環中。

2.2 界面設計

本系統的界面設計以簡潔、友好、易學易用并能滿足生產需要為原則，按功能的劃分把界面設計為如圖2所示的單窗口、多頁面樣式。

圖2 “自動報表系統”操作界面

界面上共有三個選項卡如圖2所示：“報表查詢”用于打開、查詢任意日期的在線報表和報表數據歷史記錄，只要選擇好“日期”和“報表”兩項內容，點擊“打開報表”按鈕即可打開相應日期的EXCEL格式報表，點擊“生成報表”按鈕即可重新生成對應日期的報表；“超標記錄”用于查詢任意時間段的所有被監控參數的超標情況，可查詢到超標參數的工序名稱、參數名稱、參數位號、超標開始時間、開始值、結束時間、結束值、總超標時間及在超標期間出現的最大值、最小值、最大正偏差、最大負偏差信息，選擇好“日期”和“工序”后點擊“確定”按鈕即可，點擊“導出EXCEL”按鈕則可將查詢結果導出到EXCEL電子表格文件中，供其他應用；“報警記錄”用于對參數超標狀態實時發出警示，僅有一個“刷新”按鈕，用于強制執行超標狀態的窗口更新操作。

2.3 系統的啟動與關閉

本報表系統是一個獨立于工控系統之外的客戶端軟件，它的啟動與關閉的時機和方式問題也是需要考慮的重要問題，最佳的啟停方式應該是與OPC服務器的啟停實現同步。因此，有兩種解決方法：第一種是通過設置監控軟件啟動時的附加任務來實現，如西門子的WinCC即可通過此方式實現；第二種是對那些無附加啟動任務功能的監控軟件而言，可通過設置操作系統的自動啟動任務實現報表系統的自動啟動。對于關閉的問題則相當簡單，只需在OPC服務器關閉時所觸發的“服務器關閉（ServerShutDown）”事件中添加一條程序關閉指令，即可實現與OPC服務器的同步關閉操作。

3 結語

本系統的開發巧妙地利用了OPC技術解決不同工控系統的數據通訊問題和報表的通用性問題，巧妙地利用EXCEL電子表格在報表制作方面的強大功能解決了復雜報表的需求問題，使系統具有通用性和靈活性。

[1] 蘇昆哲, 深入淺出西門子WinCC V6[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社,2004, 162 – 164, 221 – 225.