運用VC#編程通過OPC方式實現PC機與西門子PLC通訊--同步篇

1、 OPC服務介紹

　　西門子提供的最新軟件：Simatic Net PC-Software CD 2005為各種組態軟件的開發提供了一個統一的平臺，它建立的PC站既為一些組態軟件，如：WinCC、Protol等提供了與PLC的通訊平臺，也提供了一套編程接口，可使用高級語言編程通過Simatic Net訪問PLC數據。本文討論的主要就是這個編程接口,最新版的Simatic NET支持五種編程方式：

<1>、ActiveX控件

　　提供了一系列數據訪問控件，以便于向VB6這種語言使用控件的方式與PLC通訊。

<2>、OPC自動化

為VB6、Dephi等語言運用OLE 自動化的方式進行編程。

<3>、OPC用戶接口

　　這是專門為VC++提供的一種高效編程方式，其靈活程度與執行效率比前面的兩種方式均要高得多。

<4>、針對微軟的.NET平臺的OPC用戶接口

　　這也是一種非常靈活的編程接口，不過它針對的是.NET平臺，其提供了大量的.NET類庫，以便于像VC#、VB.NET等高級語言編程。本文將詳細的介紹該接口。

<5>、OPL XML接口

　　顧名思義，主要是針對XML編程的。

　　對于<2>、<3>、<4>編程方式，他們各自又可以分為同步訪問方式和異步訪問方式。按西門子的文檔解釋：同步通訊指的是當一個客戶在訪問服務器時，其他客戶的訪問必須等待，直到服務器處理完該客戶的請求，才能繼續進行下一個服務，異步訪問與之正好相反，本文主要講的是同步編程篇，異步篇以后再提供。

2、 配置OPC服務器

　　要進行編程，必須先配置服務器。本文以Prfibus DP網絡為例，介紹PC站的配置。其內容主要來自西門子文檔。

需要的軟件：

Step7 V5.3
Simatic Net PC-Software CD 2005

需要的硬件：

　　至少為CP5611或以上級別，筆記本可以為CP5511,帶DP口的S7-300 PLC(若使用Simatic NET的仿真功能可以不需要這些硬件，后面會介紹到)

　　<1>、組態一個S7站，配置Profibus DP網絡，其DP地址設為3，并下載到PLC,然后把網線由MPI口轉到DP口。S7站的配置這里就不介紹了。

　　<2>、在 Step7 V5.3中建立一個新工程，插入一個PC站，并把該PC站的名字改成與你的計算機名字相同。打開該PC站的硬件組態界面。插入OPC服務器和連接卡CP5611(或者CP5511),他們在PC槽中處的位置可以任意，
　　注：在插入CP5611時，應該選擇與組態S7站一樣的Profibus網絡，并將網絡地址設為2，一定不要與PLC的地址沖突。

　　然后點擊下面工具條標為紅色的按鈕：
　　選中”OPC Server”，然后插入一個新的連接，
　　在彈出的對話框中選擇連接類型為S7 Connection,
　　在OK后，然后在新對話框的紅色標志位置輸入3，表示PLC的地址,
　　并選擇Address Details…,設置CPU的槽號為2，
　　OK后，然后編譯并保存。

　　<3>、然后建立OPC服務器，有兩種方式，本文介紹較簡單的一種。

　　打開，Simatic Net中的Station Configurator，一般安裝后，他會自動啟動，并點擊Import Station…按鈕，找到你剛才在Step 7中建立PC站時創建的

　　XDBs文件夾下的XDB文件，然后導入成功。

　　<4>、可以使用Simatic Net中的OPC Scout，并選擇Simatic NET服務，然后在它下面創建組，然后在組下創建變量，這樣可以監控PLC數據，VC#編程不需要使用該程序，但熟悉使用OPC Scout有利于了解Simatic Net中的編程結構。

　　說明：打開Simatic Net中的Configuration Console，選中S7進行如下的配置后，可以不需要PLC、CP5611等并可以模擬，
　　上面的所有步驟，均可在Configuration Console下，PC Station的根樹下，選擇相應的幫助文檔得到。
3、 OPC編程

<1>、西門子的變量結構如下：

----------------------服務器------------------------------
/ OPC.SimaticNet OPCServer.Wincc .... (一系列類型的服務器）
/ Group1 Group2 Group3 ...(把更新時間一致的變量統一為一個組)
/ Item1 Item2 ... (變量：I、Q、M、DB等，指向網絡中某個PC站OPC Server服務的某個連接）
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
　　第一層是不同種類的服務器，如：OPC.SimaticNET類型，OPC.SimaticNET.DP類型，OPCServer.WinCC等一系列類型，這里選擇OPC.SimaticNET類型。

第二層是Group,一個服務器下可以有多個組，可以把組理解為掃描周期相同的一系列變量的集合。在開發組態界面時，可以把一個界面中的所有變量統一到一個組中。

第三層是Item，項是指向網絡中某個PC站OPC Server服務的某個連接的一系列變量，如：I、Q、M、DB等

<2>、項的命名

　　項即Item,在S7連接中針對的直接是PLC中的變量，因此它的命名很重要：

　　格式： :[]
其中的protocolID表示連接類型，在上面的組態PC站時可以選擇，這里應該與它一致，類型有9種，最常用的為S7，即S7連接，其他類型請參看文檔。

　　Connectionname：顧名思義，即在上面的組態PC站時產生的連接名，如果使用仿真功能，連接名為DEMO Variablename:變量名有一系列規則，這里舉例說明，讀者也可以使用OPC Scout創建變量，學習程序是如何生成變量名的。

S7:[DEMO]MB1 ：表示連接類型為S7,連接名為DEMO（這里為仿真），變量為MB1
S7:[DEMO]QB0,3: 表示為從QB0開始的三個連續變量。
S7:[DEMO]DB10,X4.6 ：表示DB10的DBX4.6。

<3>、添加引用

　　在VC#開發環境中添加對OpcRcw.Da庫的引用引用，該庫屬于.NET庫，不屬于COM庫，西門子雖然編寫了類庫，以提供對.NET平臺的支持，但這些類庫仍然難于編程，

　　里面包含了大量的在托管和非托管區傳輸數據，因此我們需要在它的基礎上再開發一個類庫，以簡化以后的編程，首先在類的開頭使用命名空間：
using System.Runtime.InteropServices;
using OpcRcw.Da;
using System.Collections;

<4>、編程

1、 在類的開頭部分生名變量

private string serverType="";
private IOPCServer pIOPCServer; // OPC server接口
private Object pobjGroup1; // Pointer to group object
private int nSvrGroupID; // server group handle for the added group
private System.Collections.Hashtable groupsID=new Hashtable(11); //用于記錄組名和組ID號
private System.Collections.Hashtable hitemsID=new Hashtable(17); //用于記錄項名和項ID號
private Guid iidRequiredInterface;
private int hClientGroup = 0; //客戶組號
private int hClientItem=0; //Item號
2、 創建服務器，編寫Open()方法
/// 創建一個OPC Server接口
///
/// 返回錯誤信息
/// 若為true，創建成功，否則創建失敗
public bool Open(out string error)
{
error="";bool success=true;
Type svrComponenttyp ;
//獲取 OPC Server COM 接口
iidRequiredInterface = typeof(IOPCItemMgt).GUID;
svrComponenttyp = System.Type.GetTypeFromProgID(serverType);
try
{
//創建接口
pIOPCServer =(IOPCServer)System.Activator.CreateInstance(svrComponenttyp);
error="";
}
catch (System.Exception err) //捕捉失敗信息
{
error="錯誤信息:"+err.Message;success=false;
}
Return true;
}

3、 在服務器上添加用于添加Group的函數
/// 添加組
/// 組名
/// /創建時，組是否被激活
/// //組的刷新頻率，以ms為單位
/// 返回錯誤信息
/// 若為true，添加成功，否則添加失敗
public bool AddGroup(string groupName,int bActive,int updateRate,out string error)
{
error="";
int dwLCID = 0x407; //本地語言為英語
int pRevUpdateRate;
float deadband = 0;
// 處理非托管COM內存
GCHandle hDeadband;
IntPtr pTimeBias = IntPtr.Zero;
hDeadband = GCHandle.Alloc(deadband,GCHandleType.Pinned);
try
{
pIOPCServer.AddGroup(groupName, //組名
bActive, //創建時，組是否被激活
updateRate, //組的刷新頻率，以ms為單位
hClientGroup, //客戶號
pTimeBias, //這里不使用
(IntPtr)hDeadband,
dwLCID, //本地語言
out nSvrGroupID, //移去組時，用到的組ID號
out pRevUpdateRate, //返回組中的變量改變時的最短通知時間間隔
ref iidRequiredInterface,
out pobjGroup1); //指向要求的接口
hClientGroup=hClientGroup+1;
int groupID=nSvrGroupID;
groupsID.Add(groupName,groupID);
}
catch (System.Exception err) //捕捉失敗信息
{
error="錯誤信息:"+err.Message;
}
finally
{
if (hDeadband.IsAllocated) hDeadband.Free();
}
if(error=="")
return true;
else
return false;
}

4、 向指定的組中添加變量的函數
/// 添加多個項到組
///
/// 指定組名
/// 指定項名
/// 由函數返回的服務器確定的項ID號
/// 無錯誤，返回true，否則返回false
public bool AddItems(string groupName,string[] itemsName,int[] itemsID)
{
bool success=true;
OPCITEMDEF[] ItemDefArray=new OPCITEMDEF[itemsName.Length];
for(int i=0;i<ITEMSNAME.LENGTH;I++)
{
hClientItem=hClientItem+1;
ItemDefArray[i].szAccessPath = ""; // 可選的通道路徑，對于Simatiic Net不需要。
ItemDefArray[i].szItemID = itemsName[i]; // ItemID, see above
ItemDefArray[i].bActive = 1; // item is active
ItemDefArray[i].hClient = hClientItem; // client handle
ItemDefArray[i].dwBlobSize = 0; // blob size
ItemDefArray[i].pBlob = IntPtr.Zero; // pointer to blob
ItemDefArray[i].vtRequestedDataType = 2; //Word數據類型
}
//初始化輸出參數
IntPtr pResults = IntPtr.Zero;
IntPtr pErrors = IntPtr.Zero;
try
{
// 添加項到組
((IOPCItemMgt)GetGroupByName(groupName)).AddItems(itemsName.Length,ItemDefArray,out pResults,out pErrors);
// Unmarshal to get the server handles out fom the m_pItemResult
// after checking the errors
int[] errors = new int[itemsName.Length];
Marshal.Copy(pErrors, errors, 0,itemsName.Length);
IntPtr pos = pResults;
for(int i=0;i
{
if (errors[i] == 0)
{
OPCITEMRESULT result = (OPCITEMRESULT)Marshal.PtrToStructure(pos, typeof(OPCITEMRESULT));
itemsID[i] = result.hServer;
this.hitemsID.Add(itemsName[i],result.hServer);
pos = new IntPtr(pos.ToInt32() + Marshal.SizeOf(typeof(OPCITEMRESULT)));

}
else
{
success=false;
break;
}
}
}
catch (System.Exception err) // catch for error in adding items.
{
success=false;
}
finally
{
// 釋放非托管內存
if(pResults != IntPtr.Zero)
{
Marshal.FreeCoTaskMem(pResults);
pResults = IntPtr.Zero;
}
if(pErrors != IntPtr.Zero)
{
Marshal.FreeCoTaskMem(pErrors);
pErrors = IntPtr.Zero;
}
}
return success;
}

　　說明：使用該函數時，在類的開頭，應該先聲明整數數據，以用于保存由本函數返回的服務器對每一項分配的Item ID號：

5、 向指定組中指定的一系列項變量寫入數據的公開方法
///
/// 一次性寫入多個值
///
/// 指定組名
/// 由服務器給每個項分配的標志號
/// 一系列值
/// 無錯誤，返回true，否則返回false
public bool Write(string groupName,int[] itemID,object[] values)
{
bool success=true;
IntPtr pErrors = IntPtr.Zero;

if(GetGroupByName(groupName) != null)
{
try
{ //同步寫入
((IOPCSyncIO)GetGroupByName(groupName)).Write(itemID.Length,itemID,values,out pErrors);
int[] errors = new int[itemID.Length];
Marshal.Copy(pErrors, errors, 0,itemID.Length);
for(int i=0;i
{
if (errors[i] != 0)
{
pErrors = IntPtr.Zero;
success=false;
}
}
}
catch(System.Exception error)
{
success=false;
}
}
return success;
}
注：參數int[] itemID應該是與AddItems函數中的int[] itemsID參數相對應。

6、 編寫獲取變量值的函數
/// 一次性讀取多個數據
/// 指定組名
/// >由服務器給每個項分配的標志號
/// 返回的值
/// 無錯誤，返回true，否則返回false
public bool Read(string groupName,int[] itemID,object[] result)
{
bool success=true;
//指向非托管內存
//指向非托管內存
IntPtr pItemValues = IntPtr.Zero;
IntPtr pErrors = IntPtr.Zero;
if(GetGroupByName(groupName)!=null)
{
try
{ //同步讀取
((IOPCSyncIO)GetGroupByName(groupName)).Read(OPCDATASOURCE.OPC_DS_DEVICE,itemID.Length,itemID,out pItemValues,out pErrors);
int[] errors = new int[itemID.Length];
Marshal.Copy(pErrors, errors, 0,itemID.Length);
OPCITEMSTATE[] pItemState=new OPCITEMSTATE[itemID.Length];
IntPtr pos = pItemValues;
for(int i=0;i
{
if (errors[i] == 0)
{
//從非托管區封送數據到托管區
pItemState[i] = (OPCITEMSTATE)Marshal.PtrToStructure(pos,typeof(OPCITEMSTATE));
pos = new IntPtr(pos.ToInt32() + Marshal.SizeOf(typeof(OPCITEMSTATE)));
result[i]=pItemState[i].vDataValue;
}
}
}
catch(System.Exception error)
{
return false;
}
}
return success;
}
　　注：同Write()函數一樣，參數int[] itemID應該是與AddItems函數中的int[] itemsID參數相對應。

　　通過給類編寫上面的幾個最重要的函數，我們已經可以讀寫PLC數據了，下面給出例子。

　　創建一個C#工程，添加對上面開發的類庫的引用，并在窗體類的開頭，聲名：

int[] nt=new int[2];int[] nt1=new int[2];
S7Connection.SynServer server;
其中的SynServer即為上面開發的類。

<1>、創建服務器接口

在程序初始化處，添加：
server =new S7Connection.SynServer(S7Connection.ServerType.OPC_SimaticNET);

<2>、打開連接
string err;
server.Open(out err);

<3>、添加組

server.AddGroup("maiker",1,350,out err);
server.AddGroup("maiker1",1,350,out err);

<4>、添加項（即變量），同樣在程序的初始化中，將一系列項添加到他們各自得組。

string[] m1={"S7:[DEMO]MB1","S7:[DEMO]MW3"};
string[] m2={"S7:[DEMO]MB6","S7:[DEMO]MW8"};
server.AddItems("maiker",m1,nt);
server.AddItems("maiker1",m2,nt1);

<5>、讀寫數據,這里以寫數據為例：

obj[0]=this.textBox2.Text;
obj[1]=this.textBox3.Text;
if(radioButton1.Checked)
{
server.Write("maiker",nt,obj);
}
else if(radioButton2.Checked)
{
server.Write("maiker1",nt1,obj);
}

　　至此并完成了數據的通訊，如何，只要你把類庫開發完善，在它的基礎上再開發，會異常簡單，本人已開發了完善的類庫，上面的類庫只是把最重要的部分講解出來，我曾經在網上求助過很多次這方面的知識，無人應答。唉！太不容易了，等待Simatic NET軟件花費了我一個月的時間，然后讀幾百頁的英文文檔，到開發程序，并測試花費了我一個星期的空閑時間，寫這篇文章，又花費了我一個晚上的時間，不過我還是愿意把這些摸索出來的東西發給大家。