C#实现与SIMATIC NET OPC DA通讯

OPC是Object Linking and Embedding（OLE）forProcess Control的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法，采用这项标准后，硬件开发商将取代软件开发商为自己的硬件产品开发统一的OPC接口程序，而软件开发者可免除开发驱动程序的工作，充分发挥自己的特长，把更多的精力投入到其核心产品的开发上。

SimaticNet是西门子全集成自动化系统中的一个重要组成部分，它为完善的工业自动化控制系统的通讯提供部件和网络，同时提供多个OPCServer，为数据的外部访问提供接口，本文主要以OPC.SimaticNET为例说明。

90年代OPC基金会开发了一系列的通讯接口比如 Data Access (DA), Alarm & Events (A&E), Historical Data Access (HDA) and Data eXchange (DX)，统称传统OPC。今天主要使用的OPC DA通讯方式，这个在1995年左右还是很流行的方法，最近几年OPC Foundation又开发了新的 OPC Unified Architecture (UA) 标准，更好的适应了工业4.0。关于传统OPC和OPC UA的区别，后面会单独来说。

许多OPC服务器，包括OPC.SimaticNet，是在COM平台开发的，从而对于基于.NET框架下的C#语言，作为客户端程序语言访问OPCServer，需要解决两个平台间无缝迁移的问题。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，将OPC复杂的规范封状成简单易用的C#类 ，可以比较容易地实现数据访问。

OPC主要包含两种接口：CUSTOM标准接口和OLE自动化标准接口，自定义接口是服务商必须提供的，而自动化接口则是可选的。

自定义接口是一组COM接口，主要用于采用C++语言的应用程序开发；

自动化接口是一组OLE接口，主要用于采用VB，DELPHI，Excel等基于脚本编程语言的应用程序开发。本文是使用C#通过自动化接口来实现的，也是最简单的方式。

首先必须了解的是OPC服务器的对象模型：





程序中涉及到的重要方法和属性比较多，解释下几个容易搞混的：

OPCItem 对象的属性ServerHandle，只读属性，服务器提供给Item的句柄，通过此句柄，Client可以定位到此Item，来对此Item进行后续的操作，比如移动删除；

OPCItem 对象的属性ClientHandle，可读可写属性，客户端分配给Item的句柄，这个句柄可以手动设置，也可由.NET随机选取的，不需要我们来设置，并且每次运行时，这

个句柄都不同，类似于TCP scoket通讯中的Client端分配的端口号。Server端必须指定端口号，Client端随机生成，每次都不一样。

OPCGroup 对象的属性的IsSubscribed，可读可写属性，Group的IsSubscribed为True，此Group才能开始接受服务器的数据属性，此Group才能被订阅。

OPCGroup 对象的事件DataChange (TransactionID As Long, NumItems As Long, ClientHandles() As Long,ItemValues() As Variant, Qualities() As Long, TimeStamps() As Date)需要注意的是NumItems参数是每次事件触发时Group中实际发生数据变化的Item的数量，而不是整个Group里的Items.

OPCGroup 对象的属性UpdateRate，可读可写属性，规定了数据刷新的周期，单位milliseconds.注意的是，不是设定多少ms，实际就是多少，比如给定53ms,OPC server会就近选择50ms.有区间划分的。

源程序如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;

using System.Net;
using OPCAutomation;

namespace OpcClient
{
public partial class OpcClient : Form
{
public OpcClient()
{
InitializeComponent();
}

#region 私有变量
private String strHostIP;
private String strHostName;
private Boolean opc_connected;

private OPCServer LocalServer;
private OPCGroups myGroups;
private OPCGroup myGroup;
private OPCGroup myGroup1;
private OPCItems myItems;
private OPCItems myItems1;
private OPCItem myItem;
int itmHandleClient = 0;        /// 客户端句柄
int itmHandleServer = 0;        /// 服务端句柄
//**wfx
private OPCItem [] myItemArray;
private OPCItem[] myItemArray1;

#endregion

#region 私有方法
/// <summary>
/// 连接OPC服务器
/// </summary>
/// <param name="remoteServerIP">OPCServerIP</param>
/// <param name="remoteServerName">OPCServer名称</param>
private bool ConnectRemoteServer(string remoteServerIP, string remoteServerName)
{
try
{
LocalServer.Connect(remoteServerName, remoteServerIP);

if (LocalServer.ServerState == (int)OPCServerState.OPCRunning)
{
lblState.Text = "已连接到:" + "\r\n" + LocalServer.ServerName + "\r\n";
//显示服务器信息
lblState.Text = lblState.Text + "开始时间:" + "\r\n" + LocalServer.StartTime.ToString() + "\r\n";
lblState.Text = lblState.Text + "版本:" + LocalServer.MajorVersion.ToString() + "." + LocalServer.MinorVersion.ToString() + "." + LocalServer.BuildNumber.ToString();
}
else
{
//这里你可以根据返回的状态来自定义显示信息，请查看自动化接口API文档
lblState.Text = "状态：" + LocalServer.ServerState.ToString() + "\r\n";

}
}
catch (Exception err)
{
MessageBox.Show("连接远程服务器出现错误：" + err.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);
return false;
}
return true;
}

/// <summary>
/// 每当项数据有变化时执行的事件
/// </summary>
/// <param name="TransactionID">处理ID</param>
/// <param name="NumItems">项个数</param>
/// <param name="ClientHandles">项客户端句柄</param>
/// <param name="ItemValues">TAG值</param>
/// <param name="Qualities">品质</param>
/// <param name="TimeStamps">时间戳</param>
void myGroup_DataChange(int TransactionID, int NumItems, ref Array ClientHandles, ref Array ItemValues, ref Array Qualities, ref Array TimeStamps)
{
//为了测试，所以加了控制台的输出，来查看事物ID号
Console.WriteLine("********"+TransactionID.ToString()+NumItems.ToString()+"*********");//第二次进来后为啥变成1了，之前都是4个
//**wfx
/*
for (int i = 1; i <= NumItems; i++)
{
this.txtValue.Text = ItemValues.GetValue(i).ToString();
this.txtQuality.Text = Qualities.GetValue(i).ToString();
this.txtTime.Text = TimeStamps.GetValue(i).ToString();
}
*/
//**wfx
TextBox[] tb = new TextBox[4];
tb[0] = textBox1;
tb[1] = textBox2;
tb[2] = textBox3;
tb[3] = textBox4;
//ClientHandles.GetValue(i);
for (int i = 1; i <= NumItems;i++ )
{
tb[(int)ClientHandles.GetValue(i)-1].Text = ((float)ItemValues.GetValue(i)).ToString("0.00");
}
}

/// <summary>
/// 写入TAG值时执行的事件
/// </summary>
/// <param name="TransactionID"></param>
/// <param name="NumItems"></param>
/// <param name="ClientHandles"></param>
/// <param name="Errors"></param>
void myGroup_AsyncWriteComplete(int TransactionID, int NumItems, ref Array ClientHandles, ref Array Errors)
{
lblState.Text = "";
for (int i = 1; i <= NumItems; i++)
{
lblState.Text += "TransactionID:" + TransactionID.ToString() + "\r\n" + "ClientHandle:" + ClientHandles.GetValue(i).ToString() + "\r\n" + "ErrorValue: " + Errors.GetValue(i).ToString() + "\r\n";
}
}

/// <summary>
/// 创建组
/// </summary>
private bool CreateGroup()
{
try
{
myGroups = LocalServer.OPCGroups;
myGroup = myGroups.Add("OpcDotNetGroup");
myGroup1 = myGroups.Add("OpcDotNetGroup1");
SetDefaultGroupProperty();
myItems = myGroup.OPCItems;
myItems1 = myGroup1.OPCItems;
//**wfx
myItemArray =new OPCItem [16];
myItemArray1 = new OPCItem[16];
//**add items
//DA格式 S7:[S7 connection_1]MX3.1
//S7:[S7 connection_1]DB1,X3.0
//OPC UA格式 S7:S7 connection_1.db5.68,r
//S7:S7 connection_1.db1.20,x7
myItemArray[0] = myItems.AddItem("S7:[S7 connection_1]db5,real68", 1);//Z轴
myItemArray[1] = myItems.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real50", 2);//刮刀
myItemArray[2] = myItems.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real96", 3);//送粉
myItemArray[3] = myItems.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real72", 4);//温度
//**wfx
/*
myItemArray1[4] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]MX3.1", 4);//Z 正
myItemArray1[5] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]MX3.6", 5);//Z 负
*/
myGroup.DataChange += new DIOPCGroupEvent_DataChangeEventHandler(myGroup_DataChange);
myGroup.AsyncWriteComplete += new DIOPCGroupEvent_AsyncWriteCompleteEventHandler(myGroup_AsyncWriteComplete);

}
catch (Exception err)
{
MessageBox.Show("创建组出现错误：" + err.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);
return false;
}
return true;
}

/// <summary>
/// 设置缺省的组属性
/// </summary>
private void SetDefaultGroupProperty()
{
LocalServer.OPCGroups.DefaultGroupIsActive = true ;
LocalServer.OPCGroups.DefaultGroupDeadband = 0 ;
myGroup.UpdateRate = 250 ;
myGroup.IsActive = true ;
myGroup.IsSubscribed = true ;
myGroup1.UpdateRate = 250;
myGroup1.IsActive = true;
myGroup1.IsSubscribed = true;
}

#endregion

#region 窗体事件

//窗体载入时,查询本机安装的OPC Server 列表
private void OpcClient_Load(object sender, EventArgs e)
{

//获取本地计算机IP,计算机名称
IPHostEntry IPHost = Dns.GetHostEntry(Environment.MachineName);
IPHost.HostName.ToString();
if (IPHost.AddressList.Length > 0)
{
strHostIP = IPHost.AddressList[0].ToString();
}
else
{
return;
}
//通过IP来获取计算机名称，可用在局域网内
IPHostEntry ipHostEntry = Dns.GetHostEntry(strHostIP);
strHostName = ipHostEntry.HostName.ToString();

//获取本地计算机上的OPCServerName
try
{
LocalServer = new OPCServer();
object serverList = LocalServer.GetOPCServers(strHostName);

foreach (string turn in (Array)serverList)
{
cmbServer.Items.Add(turn);
}

cmbServer.SelectedIndex = 0;
btnConnect.Enabled = true;
}
catch (Exception err)
{
MessageBox.Show("枚举本地OPC服务器出错：" + err.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);
}

}

//点击"连接"按钮, 动作
private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e)
{
//连接服务器
try
{
if (!ConnectRemoteServer("127.0.0.1", cmbServer.Text))
{
return;
}

opc_connected = true;   //已连接标记

OPCBrowser oPCBrowser = LocalServer.CreateBrowser();
//展开分支
oPCBrowser.ShowBranches();
//展开叶子
oPCBrowser.ShowLeafs(true);
lstItems.Items.Clear();  //清空列表
foreach (object turn in oPCBrowser)
{
lstItems.Items.Add(turn.ToString());
}

if (!CreateGroup())
{
return;
}
}
catch (Exception err)
{
MessageBox.Show("初始化出错：" + err.Message, "提示信息", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);
}

}

/// 选择列表中的某个Item时处理的事情
private void lstItems_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
{
try
{
this.txtName.Text = lstItems.SelectedItem.ToString();
if (itmHandleClient != 0)
{
this.txtValue.Text = "";
this.txtQuality.Text = "";
this.txtTime.Text = "";

Array Errors;
OPCItem bItem = myItems.GetOPCItem(itmHandleServer);
//注：OPC中以1为数组的基数
int[] temp = new int[2] { 0, bItem.ServerHandle };
Array serverHandle = (Array)temp;
//移除上一次选择的项
myItems.Remove(myItems.Count, ref serverHandle, out Errors);
}
itmHandleClient = 1234;
myItem = myItems.AddItem(lstItems.SelectedItem.ToString(), itmHandleClient);
itmHandleServer = myItem.ServerHandle;
Console.WriteLine("*****" + itmHandleServer+"*****");//ServerHandle是随机分配，好比Socket的客户端端口号也是随机分配一样，ClientHandle是用户指定，
}
catch (Exception err)
{
//没有任何权限的项，都是OPC服务器保留的系统项，此处可不做处理。
itmHandleClient = 0;
txtValue.Text = "Error ox";
txtQuality.Text = "Error ox";
txtTime.Text = "Error ox";
MessageBox.Show("此项为系统保留项:" + err.Message, "提示信息");
}
}

//点击"写入"按钮
private void cmdWrite_Click(object sender, EventArgs e)
{
OPCItem bItem = myItems.GetOPCItem(itmHandleServer);
int[] temp = new int[2] { 0, bItem.ServerHandle };
Array serverHandles = (Array)temp;
object[] valueTemp = new object[2] { "", txtNewValue.Text };
Array values = (Array)valueTemp;
Array Errors;
int cancelID;
myGroup.AsyncWrite(1, ref serverHandles, ref values, out Errors, 2009, out cancelID);
//myItem.Write(txtNewValue.Text);//这句也可以写入，但并不触发写入事件
GC.Collect();
}

//点击"断开" 按钮
private void btnDisConn_Click(object sender, EventArgs e)
{
if (!opc_connected)
{
return;
}

if (myGroup != null)
{
myGroup.DataChange -= new DIOPCGroupEvent_DataChangeEventHandler(myGroup_DataChange);
}

if (LocalServer != null)
{
LocalServer.Disconnect();
//LocalServer = null;

}

opc_connected = false;
lstItems.Items.Clear();

//显示信息
lblState.Text = "已经从OPC服务器断开." + "\r\n" ;
//显示服务器信息
lblState.Text = lblState.Text + "断开时间:" + "\r\n" + System.DateTime.Now.ToString() + "\r\n";

}

//关闭窗体时候,清理工作
private void OpcClient_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
{
btnDisConn_Click(new Object(),new EventArgs());
}

#endregion

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
myItemArray1[6] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,x0.3", 6);//刮刀正
myItemArray1[10] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real41", 10);//刮刀速度
myItemArray1[11] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real33", 11);//刮刀位置

int[] temp = new int[4] { 0, myItemArray1[6].ServerHandle, myItemArray1[10].ServerHandle, myItemArray1[11].ServerHandle };
Array serverHandles = (Array)temp;
object[] valueTemp = new object[4] { "", true, textBox6.Text, textBox7.Text };
Array values = (Array)valueTemp;
Array Errors;
int cancelID;
myGroup1.AsyncWrite(3, ref serverHandles, ref values, out Errors, 2009, out cancelID);
//myItem.Write(txtNewValue.Text);//这句也可以写入，但并不触发写入事件

}

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
myItemArray1[7] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,x0.7", 7);//刮刀负
myItemArray1[10] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real41", 10);//刮刀速度
myItemArray1[11] = myItems1.AddItem("S7:[S7 connection_1]db1,real33", 11);//刮刀位置

int[] temp = new int[4] { 0, myItemArray1[7].ServerHandle, myItemArray1[10].ServerHandle, myItemArray1[11].ServerHandle };
Array serverHandles = (Array)temp;
object[] valueTemp = new object[4] { "", true, textBox6.Text, textBox7.Text };
Array values = (Array)valueTemp;
Array Errors;
int cancelID;
myGroup1.AsyncWrite(3, ref serverHandles, ref values, out Errors, 2009, out cancelID);
//myItem.Write(txtNewValue.Text);//这句也可以写入，但并不触发写入事件
}

private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
int[] temp = new int[4] { 0, myItemArray[8].ServerHandle, myItemArray[12].ServerHandle, myItemArray[13].ServerHandle };
Array serverHandles = (Array)temp;
object[] valueTemp = new object[4] { "", true, textBox8.Text, textBox9.Text };
Array values = (Array)valueTemp;
Array Errors;
int cancelID;
myGroup.AsyncWrite(3, ref serverHandles, ref values, out Errors, 2009, out cancelID);
//myItem.Write(txtNewValue.Text);//这句也可以写入，但并不触发写入事件
}

private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
int[] temp = new int[4] { 0, myItemArray[9].ServerHandle, myItemArray[12].ServerHandle, myItemArray[13].ServerHandle };
Array serverHandles = (Array)temp;
object[] valueTemp = new object[4] { "", true, textBox8.Text, textBox9.Text };
Array values = (Array)valueTemp;
Array Errors;
int cancelID;
myGroup.AsyncWrite(3, ref serverHandles, ref values, out Errors, 2009, out cancelID);
//myItem.Write(txtNewValue.Text);//这句也可以写入，但并不触发写入事件
}

}
}

最后，从整体上说下OPC DA的协议规范，OPC DA是在WINDOWS的COM/DOM技术上定义的接口定义，在TCP IP七层模型的最高层应用层，决定了它必须运行在WINDOWS平台，不能够跨平台，灵活性和安全性不如OPC UA，因为OPC DA的会话层和表示层用户是有权利来使用的。对比OPC DA 和OPC UA的协议规范如下：更多不同点，后面会单独再说。