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歌和片汤
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1 C# 实现 OPC 历史数据存取研究 Research of Accessing the OPC Historical Data by Using C# 文孟飞 [1], 何海江 [2] [3], 阳春华 WEN meng-fei [1], HE hai-jiang [2], YANG chun-hua [3] (1 长沙广播电视大学;2 长沙大学计算机中心;3 中南大学信息科学与工程学院) 摘要 : 在 OPC.NET COM 包装器和 OPC.NET API 的基础上, 用 C# 实现一个实例, 从 OPC 历史数据服务器抽取数据, 对数据聚合运算结果表明, 该技术能应用于工业过程数据仓库, 综合分析自动化系统所产生的历史数据, 取得了满意的效果关键词 :OPC 历史数据 ; 工业过程 ;.NET 中图分类号 :TP312 文献标识码 :A Abstract: One application coded by C# on the basis of OPC.NET COM Wrapper and OPC.NET API is realized,it can be used to extract and aggregate data from the OPC historical data server. The results show its good performance when used in the industrial process data warehouse to analyze synthetically the historical data produced by the automation system. Key Words: OPC historical data; industrial process;.net 1 前言目前工业界面临激烈的全球竞争, 企业为了生存, 需要各种分析和决策去占领和控制市场为提高竞争力, 许多企业使用 DCS SCADA PLC 等自动化设备和软件, 来实现生产过程自动化 [1] 现在大多数这一类工业企业都保存了大量的过程数据, 但由于这些自动化系统属于不同的厂商, 数据往往分散在异构的计算机或控制系统上, 各个自动化系统所拥有的历史数据都只能为本身使用, 不能统一的存储调用和管理, 造成数据资源的极大浪费, 许多问题因无法得到足够的数据进行综合分析而难以得到合理快捷的解决本文遵循 OPC 历史数据规范, 开发了一个历史数据抽取的程序, 为工业过程历史数据分析软件提供基础, 文章分五个部分介绍实现过程 2 OPC 历史数据规范 OPC 历史数据服务器实现两个逻辑意义上的对象, 每个对象包含一个或多个接口 IOPCHDA_Server IOPCHDA_SyncRead 和 IOPCHDA_Browser( 后文简称 HDA 项 ) 是这两个逻辑对象包含的重要接口历史数据客户端软件根据功能要求, 获取对应的接口, 再调用接口, 从服务器获得所需要的数据 3 服务器的枚举和连接 [2] OPC 基金会对会员提供了 OpcRcw 动态链接库 OPC NET COM 包装器和 OPC NET API 1.1 版本, 前两者完成了 COM 编排过程中遇到的包括数据类型转换接口实现参数传递等复杂的技术工作, 后者将 OPC 复杂的规范封装成简单易用的 C# 类本文在此两种技术的基础上, 建立客户端软件, 与 OPC 历史数据服务器交换数据遵照 Visual Studio.NET 的要求, 引用组件 OpcNetApi.dll 和 OpcNetCom.dll, 在程序中使用 using, 加入这些命名空间 [3] 下面的代码用来浏览某台计算机上已安装的历史数据服务器 Opc.IDiscovery m_discovery = new OpcCom.ServerEnumerator(); Opc.Server[] servers = m_discovery.getavailableservers(specification.com_hda_10, host, null);// COM_HDA_10 历史数据 1.0 版本,host 为计算机名,null 表示不需要任何网络安全认证 servers 即为需要连接的 OPC 历史数据服务器的集合找到服务器 xpserver 后, 可建立与该服务器的连接 Opc.Hda.Server xpserver=null;// 定义历史数据服务器 // 将从前文游览到的某一个 OPC 历史数据服务器赋给 xpserver Try{

2 本课题得到国家自然科学基金 ( ) 资助 // 将从前文浏览到的某一个 OPC 历史数据服务器赋给 xpserver try{ xpserver.connect();// 建立连接 catch (Exception f){// 捕获错误, 提高软件的健壮性, 后文的代码都省略这一段 // 错误处理 4 地址空间地址空间由服务器的 IOPCHDA_Browser 接口提供, 客户端由此可查找到服务器中哪些项拥有历史数据与数据存取规范相同,OPC 历史数据服务器提供两种方式的地址空间 : 平直型 (Flat) 层次型(Hierarchical) 要在.NET 中激活 COM 对象, 需要通过 RCW( 运行库可调用包装 ) 在托管的.NET 代码和未托管的 COM 代码之间生成一个代理 [4], 手工编排 COM 中的接口定义语言 IOPCHDA_Browser 接口的编排方法如下 [Guid("1F1217B1-DEE0-11d2-A5E )"],// 接口 IOPCHDA_Browser 的 GUID InterfaceType( ComInterfaceType.InterfaceIsIUnknown )] internal interface IOPCHDA_Browser{ void GetEnum([in]int dwbrowsetype, [out]intptr ppienumstring ); void ChangeBrowsePosition([in]int dwbrowsedirection, [in, MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)]string szstring ); void GetItemID ([in, MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)]string sznode, [out]intptr pszitemid); void GetBranchPosition ( [out]intptr pszbranchpos ); 用 IOPCHDA_Browser 中的方法递归调用, 可搜索地址空间 5 HDA 项的历史数据 OPC NET 组件使用两种方法读 HDA 项的数据, 一是通过 Trend, 一是直接操作 HDA 项先介绍 Trend 方法,Trend 是 HDA 项的集合, 相当于数据存取规范中的组 Group 客户端创建 Trend 后, 再将 HDA 项加入其中, 对 Trend 进行 ReadRaw( 读原始数据 ) ReadProcessed( 读聚合数据 ) 等操作, 则 Trend 内所有 HDA 项的相应操作完成如下方法可创建一个 Trend Trend trend = new Trend(m_server); // 在服务器 m_server 中创建 Trend trend.name = " 分配台 "; //Trend 名不进行聚合运算, 修改此值后, 可对其实行各种聚合运算 trend.aggregateid = AggregateID.NOAGGREGATE; trend.starttime = new Time(new DateTime(2002,10,12,15,43,08,0));// 起始时间 trend.endtime = new Time(new DateTime(2002,11,12,15,44,28,0)); // 终止时间 trend.maxvalues = 0;// 一次最多读值个数,0 表示读时间段内所有数据 trend.includebounds = false;// 不包括边界 m_server.trends.add(trend); // 将 trend 添加到服务器 m_server 中在名为分配台的 Trend 中增加三个 HDA 项 Item[] items = new Item[3]; //Item 为 HDA 项的类, 创建一个数组 for( int i=0;i<3;i++ ) { items[i] = new Item(); items[i].itemname = m_stritemname[i]; //m_stritemname 在地址空间内找到的 HDA 项名

3 items[i].itempath = null;// 该 HDA 项没有路径 items[i].clienthandle = Guid.NewGuid().ToString(); // 生成客户端句柄 IdentifiedResult[] results= m_server.createitems(items);// 在 m_server 创建 HDA 项 if (results!= null){ // 创建成功 foreach (IdentifiedResult item in results){ if (item.resultid.succeeded()){ trend.items.add(new Item(item)); //*** 将 HDA 项加入到 trend 中完成前述工作后, 一条语句 m_results = trend.readraw() 即可完成读操作, 并将结果存放在类型为 ItemValueCollection[] 的数组 m_results 中下面的代码在视图中显示第一个 HDA 项的结果 ItemValueCollection i_r_s = m_results[0]; foreach (ItemValue ivalue in i_r_s) { string strtime = Opc.Convert.ToString(iValue.Timestamp);// 时间戳 string strvalue = Opc.Convert.ToString(iValue.Value); // 值 string strquality = Opc.Convert.ToString(iValue.Quality); // 原始的数据品质 // 将枚举型的历史数据品质转换为字符串 string strhdaquality = Opc.Convert.ToString(iValue.HistorianQuality); 第二种方法直接操作 HDA 项则不涉及到 Trend 的操作先在历史数据服务器中创建 HDA 项, 成功后再将这些 HDA 项放到一个 Item 数组中具体代码除两个变化外与 Trend 操作第二段相同, 增加两个变量 Item[] m_readitems =null; j=0; 将用 * 标记的一句替换为 m_readitems[j++] = new Item(item); 读操作变为 : Opc.Hda.Time start = new Time(new DateTime(2002,10,12,15,43,08,0)); // 起始时间 Opc.Hda.Time end = new Time(new DateTime(2002,10,12,15,44,28,0)); // 终止时间 m_results = m_server.readraw(start,end,0,false,m_readitems); // 读所有数据, 不包括边界值历史数据服务器在 2002 年 10 月 12 日 15 时 43 分 0 秒到 15 时 45 分 0 秒之间有 43:03 43:08 43:13 43:18 43:23 44:23 44:28 44:58 这些时间的历史数据前文代码中的 MaxValues 和 IncludeBounds 为 0 和 true 时, 则返回的数据包括 43:08 43:13 44:23 44:28;IncludeBounds 为 false 时, 左边界值 43:08 返回, 右边界值 44:28 则没有 ;MaxValues 和 IncludeBounds 为 3 和 true 时, 则返回的数据只有三个 43:08 43:13 43:18 6 平均值和记数同样, 组件使用 Trend 和直接操作两种方法读 HDA 项的聚合值, 包括求平均值总和方差插值等, 文章以求平均值和记数为例 Trend 方法和前文相同, 创建 Trend 后, 再将 HDA 项加入其中, 对 Trend 进行聚合运算下面的代码直接操作 HDA 项, 不用到 Trend, 求平均值 Opc.Hda.Time start = new Time(new DateTime(2002,10,27,15,43,08,0)); // 起始时间 Opc.Hda.Time end = new Time(new DateTime(2002,10,27,15,43,27,0)); // 终止时间 foreach(item item in m_readitems) item.aggregateid = AggregateID.AVERAGE;// 求平均值,COUNT 为记数 m_results = m_server.readprocessed(start,end,5,m_readitems);// 时间间隔为 5 秒返回的结果 m_results 使用前述方法显示历史数据服务器的某一 HDA 项在 2002 年 10 月 27 日 15 时 43 分 08 秒到 15 时 43 分 27 秒之间有表一所示的数据, 表中及后文省略时间

4 戳中的日期表一已有的历史数据 ( ) 原始数历史数原始数历史数时间戳值时间戳值据品质据品质据品质据品质 15:43: good Raw 15:43: good Raw 15:43: bad Raw 15:43: good Raw 15:43: good Raw 15:43: good Raw 15:43: good Raw 15:43:23 起没有数据求平均值的聚合运算将原始数据品质为 good 的数据求和, 再除以数据个数, 返回结果的时间戳为每一个时间段的起始前述的执行结果返回四个值,15:43:08 到 15:43:12 这 5 秒钟 ( 时间间隔 ) 内有两个值,15:43:11 的值不参与计算, 因为其原始数据品质为 bad, 则平均值为 4.8, 时间戳为 15:43:08;15:43:13 到 15:43:17 这 5 秒钟内有三个值, 平均值 =( )/3=4.7; 15:43:18 到 15:43:22 这 5 秒钟内有两个值, 平均值 =( )/2=4.6;15:43:23 到 15:43:27 内没有数据最终显示表二所示的结果 : 表二平均值表三原始数据历史数据原始数据历史数据时间戳值时间戳值品质品质品质品质 15:43: good Calculated 15:43:08 1 good Calculated 15:43: good Calculated 15:43:16 3 good Calculated 15:43: good Calculated 15:43:24 2 good Calculated 15:43:23 bad NoData 15:43:32 0 good Calculated 记数是统计时间段内原始数据品质为 good 的数据个数, 将代码中的 AggregateID. AVERAGE 改为 AggregateID. COUNT 时, 则表二变成表三 7 结束语实例在 Windows XP 专业版,.NET 框架 1.1,Visual Studio.NET 2003 下调试通过, 在实际应用中运行良好工业过程的数据抽取是一个十分复杂的过程, 遇到不提供 OPC 历史数据服务器的自动化系统, 则要求厂商提供文件或数据库表的格式, 即算得到格式, 工作量比文章介绍的方法大得多本文作者创新点是实现了在.net 环境下使用 OPC 规范获取历史数据, 为工业过程历史数据分析软件提供基础参考文献 [1] 日本横河公司电子文档.1B30_09.pdf [2] OPC Foundation OPC Historical Data Access Specification V1.20 [EB] [3] 何海江.C# 程序与基于 COM 的 OPC 数据存取服务器交换数据研究 [J]. 微计算机信息,2004,20(10): [4] Microsoft MSDN 2003 作者简介 : 文孟飞, 男,1975 年生, 硕士, 讲师, 主要研究方向为计算机应用技术智能系统自动控制. wmfdcf@126.com.. 何海江, 男,1970 年生, 硕士, 副教授, 主要研究方向为数据仓库组件技术. 阳春华, 女,1965 年生, 博士, 教授, 博士生导师, 主要研究领域为复杂过程建模与优化控制智能自动控制系统与装置以及实时系统容错调度技术 Author Brief introduction :Wen, Meng-fei (1975-), male, M.A. in computer applied technology, docent. taking on research on computer applied technology, intelligence-system, wmfdcf@126.com. He, Hai-jiang (1970-), male, adjunct professor, taking on research on

5 data-godown, joint-technology.yang, Chun-hua (1965-), female, PHD tutor, taking on research on modeling and optimized controlling of complicated process, intelligent autocontrol system and installation, and real-time attemper technology of systematic fault tolerance. (1 长沙广播电视大学长沙 ;2 长沙大学计算机中心长沙 ; 3 中南大学信息科学与工程学院长沙 ) 文孟飞 [1], 何海江 [2] [3], 阳春华 (1 Shangsha Radio & TV Unversity, Changsha, ; 2 Computer Teaching Center, Changsha University, Changsha, ; 3 College of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha, ) WEN meng-fei [1], HE hai-jiang [2], YANG chun-hua [3] 通信地址 :( 长沙市浏正街 126 号长沙广播电视大学理工部 ) 文孟飞

27 :OPC 45 [4] (Automation Interface Standard), (Costom Interface Standard), OPC 2,,, VB Delphi OPC, OPC C++, OPC OPC OPC, [1] 1 OPC 1.1 OPC OPC(OLE f

27 :OPC 45 [4] (Automation Interface Standard), (Costom Interface Standard), OPC 2,,, VB Delphi OPC, OPC C++, OPC OPC OPC, [1] 1 OPC 1.1 OPC OPC(OLE f 27 1 Vol.27 No.1 CEMENTED CARBIDE 2010 2 Feb.2010!"!!!!"!!!!"!" doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2010.01.011 OPC 1 1 2 1 (1., 412008; 2., 518052), OPC, WinCC VB,,, OPC ; ;VB ;WinCC Application of OPC Technology