Федоренко Д.Ю. Программирование OPC клиентов на C++ и C# Часть 2. OPC HDA

Подождите немного. Документ загружается.

Программирование OPC

клиентов на C++ и C#

Часть 2. OPC HDA

Изд. 1

Федоренко Денис

Fedorenko.Dennis@gmail.com

www.opcfoundation.com

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДЫСЛОВИЕ................................................................................................................2

РАБОТА СО СПЕЦИФИКАЦИЕЙ OPC HDA....................................................................2

Объектная модель OPC HDA................................................................................................................................. 3

Адресное пространсто OPC HDA........................................................................................................................... 4

Чтение данных из сервера...................................................................................................................................... 5

Синхронное чтение сырых данных из сервера................................................................................................ 5

Синхрононное чтение обработанных данных из сервера............................................................................... 6

Синхронное чтение по заданным временным меткам ................................................................................... 8

Способы задания временных интервалов........................................................................................................ 8

ВЕРСИЯ C++/MFC ...........................................................................................................11

Шаг 0. Подготовка диалога ...................................................................................................................................11

Шаг 2. Просмотр содержимого OPC сервера.......................................................................................................14

Шаг 3.1. Синхронное чтение данных из сервера..................................................................................................18

Шаг 3.2. Синхронное чтение агрегаций OPC HDA сервера.................................................................................29

ВЕРСИЯ C#/.NET.............................................................................................................37

Шаг 0. Подготовка диалога ...................................................................................................................................37

Шаг 2. Просмотр содержимого OPC сервера.......................................................................................................40

Шаг 3.1. Синхронное чтение данных из сервера..................................................................................................43

Шаг 3.2. Синхронное чтение агрегаций OPC HDA сервера.................................................................................53

Если Вам интересую исходники к OPC клиентам, разработанным в данном пособии, можете обратиться по

этому адресу, указав какая версия Вас интересует. Исходники будут предлоставлены, естественно, бесплатно.

ПРЕДЫСЛОВИЕ

В данном пособии не описуются некоторые теоретические основны,

касающиеся OPC и взаимодействия .NET и COM, т.к. они достаточно подробно

описаны в первой части посвященной разработке OPC DA, которую можно

найти, например, здесь

http://www.twirpx.com/file/698087/

РАБОТА СО СПЕЦИФИКАЦИЕЙ OPC HDA

Наровне с данными реального времени, характеризующими текущие

значения технологических величин, технологии унифицированного доступа

требуют и исторические архивные данные.

На сегодняшний день существует множество различных тезнологий

доступа к данным, хранящихся в СУБД, например, OLE DB, ODBC и т.п.

Однако они ориентированы на применение по отношению к реляционной

модели данных общего вида. Использование этих технологий подразумевает

написание SQL запросов, в которых конкретизируется какие данные выбрать и

как их представить, т.е. со стороны клиента предполагается необходимость

программирования в том или ином виде. Кроме того, трансляция SQL запросов

процесс достаточно затратный с точки зрения времени выполнения.

С другой стороны в АСУТП чаще всего исторические данные интересны

лишь в том формате, в котором представляются и данные реального времени,

т.е.

Метка времени, Имя переменной, Тип данных, Значение, Качество.

Таким образом, клиент заранее знает какой вид имеют запрашиваемые

данные и как они будут представлены. Взаимодействие в этом случае должно

заключаться в том, чтоб клиент подключился к серверу и получал

интересующие его данные, манипулируя лишь этими категориями. При этом от

клиента требуется только указать какую переменную считать и за какой

промежуток времени, остальная часть взаимодействия стадартна и не требует

составления и написания запросов.

Именно для создания такого взаимодействия была представлена

спецификация OPC HDA

- Historical Data Access.

В силу того, что спецификация HDA гораздо менее распространена чем

DA, то производители очень часто относятся к ней недобросовестно, реализуя

лишь частично.

Так, например, в таких продуктах как

Человек, который читал достаточно большое количество спецификаций и книг от OPC Foundation

может заметить, что в некоторых местах проскакивает не OPC HDA, а OPC HAD. Это опечатка вызвана

автозаменной MS Word, который автоматически заменяет HDA на HAD. Порой за этим достаточно трудно

уследить, поэтому автор заранее приносит извинения, в случае появления подобных опечаток в этом пособии.

 Архив Continuous Historian в DCS Emerson Deltav

(www.emersonprocess.com)

 Производственный архив GE IP Proficy Historian (http://www.ge-

ip.com/ru)

 Архив в SCADA Siemens WinCC (http://www.automation.siemens.com)

реализован лишь интерфейс синхронного чтения данных и то, в некоторых

случаях, с неполным набором методов.

И если в таких глобальных брендах пренебрегли спецификацией, то, что

уже говорить об остальных…

Единственные производители, которые досконально следуют

спецификации, это те, для кого производство OPC серверов является основным

направлением деятельности, например Matrikon (http://www.matrikon.com/),

Kepware (http://www.kepware.com/) и т.п.

Однако, даже в случае, неполной реализации спецификации HDA

наличие этого интерфейса у архива значительно упрощает работу с ним. А тот

факт, что на сегодняшний день OPC HDA клиенты имеют меньшее

распространение, вероятность того, что в тот или иной момент станет вопрос

его разработки значительно возрастает.

Кроме того, спецификации HDA регламентирует достаточно удобный

инструмент – Агрегации (Aggregate), который, при правильном использовании,

может значительно повысить производительность клиент-серверной

архитектуры, уменьшая количество передаваемых данных за счет выполнения

функций вычисления сервером.

Объектная модель OPC HDA

Как и любая классическая

спецификация OPC, OPC HDA основана на

технологии COM/DCOM от Microsoft. Это означает, что спецификация OPC

HDA также определяет объекты, реализуемые ими интерфейсы и

инкапсулированные в них методы. Далее рассматривается работа со

спецификацией OPC HDA 1.20.

Согласно спецификации поддерживается два типа объектов

 Объект OPCHDA сервера

 Объект OPCHDA браузера

Как и прежде необязательные интерфейсы взяты в квадратные скобки и

выделены курсивом. Напомним, что необязательными являются интерфейсы,

реализация которых в рамках данной спецификации не есть обязательное

требование и является лишь желанием создателя сервера увеличить его

функциональность.

По формулировкам OPC Foundation, к классическим относятся все спецификации до OPC UA

Как видно объекта «Группа», как в спецификации OPC DA, здесь не

существует, следовательно, и взаимодействие происходит несколько по-

другому.

Уже упоминалось, что далеко не все интерфейсы поддерживаются

существующими серверами, поэтому прежде чем приступать к разработке

клиента к конкретному серверу или применять готовый, необходимо

ознакомиться с документацией на реализуемые сервером интерфейсы.

Однако, как показывает опыт, если сервер реализует OPC HDA, то он

гарантировано поддерживает интерфейс синхронного чтения – IOPCSync_Read.

Про асинхронный доступ к данным такого сказать нельзя, его поддержка

реализована крайне редко. Поэтому в рамках данного пособия рассматривается

пока только использование синхронного чтения из сервера.

Рисунок 1. – Объектная модель согласно спецификации OPC HDA

Адресное пространсто OPC HDA

Все то, что было сказано относительно адресного пространства OPC DA

серверов остается в силе и относительно HDA. Поэтому не совсем понятно,

зачем было разрабатывать новый способ его просмотра, отличный от DA.

Видно, у OPC Foundation были свои взгляды на этот вопрос…

В HDA для просмотра адресного пространства предназначен отдельный

объект OPCHDA_Browser, который поддерживает единственный интерфейс

IOPCHDA_Browser, функциональность которого практически полностью

аналогична интерфейсу IOPCBrowseServerAddressSpace, за исключением

названия некоторых методов.

Еще одно отличие заключается в том, что нельзя напрямую запросить у

сервера интерфейс IOPCHDA_Browser, а необходимо вызвать метод

CreateBrowse() интерфейса IOPCHDA_Server, который создаст объект браузера

и вернет интерфейс IOPCHDA_Browser.

Далее рассматриваются только сервера с иерархическим адресным

пространством, т.к. работа с плоским не представляет совершенно никакой

сложности в силу того, что элементы представлены лишь списком, что не

требует разработки дополнительных рекурсивных алгоритмов для корректного

экспорта адресного пространства

Чтение данных из сервера

Согласно спецификации, как и обычно, существует два вида операций

чтения из сервера – синхронное и асинхронное.

Как уже упоминалось, здесь будет рассмотрен только синхронный

вариант четния, который поддерживается всеми серверами.

Напомним, что под синхронным чтением подразумевается такой вид

запроса клиента на получение данных, при котором поток, в котором

произошел запрос, блокируется на ожидании ответа от сервера.

Существует несколько разновидностей синхронного чтения

 чтение сырых данных (ReadRaw)

 чтение обработанных данных – агрегаций (ReadProcessed)

 чтение по заданным временным меткам – (ReadAtTime)

Все разновидности чтения происходят совершенно идентично за

исключением вызываемого метода, который производит чтение и передаваемых

в него параметров.

Синхронное чтение сырых данных из сервера

Схема синхронного чтения данных приведена на рисунке 2.

IOPCHDA_Server::

GetItemHandles()

IOPCHDA_Server

QueryInterface

ItemHandles

IOPCHDA_SyncRead

IOPCHDA_Sync_Re

ad::ReadRaw()

ItemHandles

Рисунок 2. – Схема синхронномго чтения сырых данных из OPC HDA

сервера

Вначале вызывается метод IOPCHDA_GetItemHanldes() в который

передаются идентификаторы интересующих клиента элементов. Метод, в свою

очередь, возвращает их описатели (Item Handles). Затем запрашивает интерфейс

IOPCHDA_SyncRead у сервера и вызывает его метод ReadRaw(), куда передает

полученные ранее описатели элементов, а также временные рамки, в которых

необходимо произвести чтение.

Синхрононное чтение обработанных данных из сервера

Порой анализ большого количества данных необходим лишь для того,

чтобы определить какой-то один или несколько показателей, например, средние

значения за период времени, минимум/максимум на промежутке. В этом случае

нерационально считывать большой массив данных из сервера и

обрабатыватывать их на стороне клиента. Лучше переложить расчеты на

сервер, который вернет уже их результат. Тем самым уменьшится поток

данных между клиентом и сервером, что, само собой, повысит

производительность.

OPC HDA вводит понятие агрегации (Aggregate), каждая из которых

означает какие-либо действия над данными в сервере. Ответственность за

реализацию агрегации ложится на сервер, т.е. обязательной поддержки какого-

то списка агрегаций каждым сервером не существует. Поэтому какие-то

производители реализует поддержку множества агрегаций, а какие-то же

ограничиваются одной-двумя.

Каждая агрегация, кроме идентификатора, определяется тремя

параметрами:

1. Начальное время

2. Конечное время

3. Интервал (Промежуток) выборки

Например, необходимо посчитать агрегацию Минимальное значение с

параметрами

Начальное время - 0:00:00 12.05.2010

Конечное время – 00:00:00 13.05.2010

Интервал выборки – 60 мин

OPC HDA сервер сделает выборку значений с начального времени по

конечное, затем найдет минимальные значения за каждый час (60 мин) и вернет

их список клиенту.

Предположим, что сервер архивировал данные по запрашиваемому

элементу с периодом в одну секунду. Тогда, используя операцию «сырого»

(необработанного) чтения данных, для получения такого результата, клиенту

необходимо было запросить значения элемента за сутки, а это 24*60*60 =

86 400 вещественных значений, затем найти в этом массиве 24 минимальных

значений за каждый час.

В случае же использования агрегаций сервер сделает все вычисления сам

и вернет лишь 24 значения.

Список доступных сервером агрегаций можно получить, вызвав метод

GetAggregates() интерфейса IOPCHDA_Server.

Схема синхронного чтения приведена на рисунке. Первым шагом

необходимо получить список агрегаций, предоставляемых сервером. Затем

получить описатели интересующих элементов и запросить интерфейс

IOPCHDA_SyncRead. И, наконец, вызвать метод IOPCHDA::ReadProcessed().

IOPCHDA_Server::

GetAggregates()

IOPCHDA_Server

QueryInterface

ItemHandles

IOPCHDA_SyncRead

IOPCHDA_Sync_Read::

ReadProcessed()

ItemHandles

IOPCHDA_Server::

GetItemHandles()

AggregateID

Рисунок 3. - Синхрононное чтение обработанных данных из сервера

Синхронное чтение по заданным временным меткам

Этот способ чтения предназначен для случаев, когда необходимо знать

значение переменной процесса в заданные моменты времени. Такая

необходимость может возникнуть при анализе взаимосвязи между

переменными или связи переменных с тем или иным событием.

Этот метод отличается от чтения сырых данных лишь тем, что в качестве

входных значений здесь используются не временной отрезок, а конкретные

значения временных меток.

Т.к. этот метод с точки зрения программирования полностью идентичен

чтению сырых данных, то в примерах не приводится.

Способы задания временных интервалов

Для задания временных рамок, в которых происходит чтение, используется

структура

typedef struct {

BOOL bString;

[string] LPWSTR szTime;

FILETIME ftTime;

} OPCHDA_TIME;

которая предоставляет два вида представления времени

1. Абсолютное время

2. Относительное время

Способ задания выбирается путем присвоения значений TRUE/FALSE

переменной-члену структуры OPCHDA_TIME.bString.

Если значение bString равно FALSE, то используется абсолютный способ

задания. В этом случае необходимо явно задать дату/время начала выборки и

дату/время конца выборки в формате _FILETIME. Для этого способа задачи

используется переменная член OPCHDA_TIME.ftTime.

Абсолютное задание времени, чаще всего, используется в случае, если

пользователь имеет намерения и возможность явно задавать дату/время начала

и конца выборки, т.е. для единичных выборок. В случае, если необходимо

систематически автоматически производить выборки

за заранее заданные

временные промежутки, то лучше использовать относительный формат

времени.

Для этого необходимо значение OPCHDA_TIME.bString установить в

TRUE, в этом случае время задается строковой переменной

OPCHDA_TIME.szTime. Для указания времени используются ключевые слова и

смещения, приведенные в Таблице. Ключевые слова указывают момент,

относительно которого необходимо вести отсчет, а смещения указывают

смещение относительно него.

Ключевые слова

(Начало отсчета)

Описание

NOW Текущий момент

SECOND Текущая секунда

MINUTE Текущая минута

HOUR Текущий час

DAY Текущий день

WEEK Текущая неделя

MOUNTH Текущий месяц

YEAR Текущий год

Смещение Описание

S Смещение в секунду

M Смещение в минуту

H Смещение в час

D Смещение в день

W Смещение в неделю

Например, печать отчетов за смену и т.п.

MO Смещение в месяц

Y Смещение в год

Например, если необходимо считать данные с 7:15 утра текущего дня по

текущий момент, то необходимо задать время как

Начальный момент DAY – 1D+7H15M

Конечный момент NOW