Smart OPCDA控制LED燈

1. 說明

  範例採用OPC通訊協議，控制駁接在Arduino上的LED燈。OPC是標準的工業通訊界面，根據微軟的OLE、COM、DCOM標準制定，它解決的是工業設備互通性的問題，讓設備資料的存取不再受限於硬體製造商。OPC依據用途可分成OPC服務端（Server）與OPC使用者端（Client）兩部分。OPC Server與HMI/SCADA軟體進行通訊，協議OPC DA(資料存取)，通過COM/DCOM技術達成工業自動化數據獲取的架構，OPC Server提供了許多的方法，Client端通過這些方法可以獲取與OPC Server相連的硬體的數據資訊，而不需要去了解硬體的數據獲取方式。開發者可以通過編寫一套程式碼來實現操作不同的硬體。

  範例中的LED燈正極（長腳）連線電阻再連線到Ethernet W5100擴充套件板的D8針腳，LED燈負極（短腳）連線到擴充套件板的GND針腳。

  通過範例學習，可以掌握 OPCDA的配置方式，並結合Arduino開發板進行LED燈的控制功能。

2. 零件連線圖

3. 使用零件

序	零件名稱	數量
1	Arduino UNO R3 開發板	1
2	Arduino Ethernet W5100 網路擴充套件板	1
3	USB數據線	1
4	麵包板	1
5	杜邦線	2
6	LED燈	1
7	220歐姆電阻	1
8	網線	1

4. Arduino流程圖

5. Arduino程式

  使用Arduino IDE 編譯並上傳以下Arduino程式。

// 採用 SoftwareTools4Makers/OPC  鏈接庫
// https://github.com/SoftwareTools4Makers/OPC
#include <OPC.h>
#include <Bridge.h>
#include <Ethernet.h>
#include <SPI.h>
 
OPCEthernet aOPCEthernet;                             // 宣告 OPC 對像
int ledPin = 8;                                       //定義LED PIN為8
 
// 設定網路IP地址,其中的IP地址需要根據實際的網路狀況進行修改 (網路擴充卡 MAC 可自行修改 +1 避免衝突)
byte mac[] = { 0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0xAD, 0x8D };
IPAddress ip(192, 168, 0, 166);                    //設定設備IP地址
IPAddress gateway(192,168,0,1);                    //設定設備的子網掩碼
IPAddress dns_server(192,168,0,1);                //設定DNS伺服器
IPAddress subnet(255,255,255,0);                    //設定子網掩碼
 
const int listen_port = 80;                          // 設定 OPC Server 讀取埠 listen port
 
// 當訊息變動時自動運行之副程式
bool callback(const char *itemID, const opcOperation opcOP, const bool value){
  static bool ledValue = false;
  if (opcOP == opc_opwrite) {                        // 判斷是否使用寫入指令          
    ledValue = value;
    if (ledValue)                                    // False=關閉LED燈  True=打開LED燈
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
    else
      digitalWrite(ledPin, LOW);
  } 
  else 
    // 傳回數據
    return ledValue;  
}
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);                            // 設定腳位 PIN 8為輸出模式
  aOPCEthernet.setup(listen_port,mac,ip);             // 啟動OPC
  aOPCEthernet.addItem("led",opc_readwrite, opc_bool, callback);   // 在 OPC中加入 Item
}
 
void loop() {
  aOPCEthernet.processOPCCommands();                  // 運行 OPC程式命令
}

6. 設計明細

  設計模版前需要配置OPCDAServer伺服器。

• 到https://opcfoundation.org/developer-tools/samples-and-tools-classic/core-components/ (opens new window)下載OPC核心元件（下載可能需要註冊帳號），根據操作系統型別選擇安裝（檔名中包含OPC Core Components Redistributable的msi檔案，雙擊即可）。

• 到https://www.st4makers.com/download/arduino-opc-server/ (opens new window)下載Arduino OPC Server。解壓執行檔案，注意執行檔案的目錄不能包含中文，否則可能會出現執行失敗的情況。

• 運行ArduinoOPCServer.exe，切換至Configuration選項卡，點選Arduino Ethernet新增一個設定，在其中修改對應的Arduino設備的IP地址及埠號。點選Save Configuration。

• 點選程式目錄中新產生的register.bat進行註冊，若在註冊完畢后需要取消註冊的，點選unregister.bat。程式運行時需要保持註冊的狀態。

• 開啟Smart智慧控制平臺，分別加入下插圖之控制元件。或者通過點選功能表欄[檔案]-[打開專案]選擇範例專案檔案來打開該範例。

  

  ①：TImage元件，控制元件名稱為Image1。

  ②：TOPCDAServer元件，控制元件名稱為OPCDAServer1。

  ③：TImage元件，控制元件名稱為Image2。Image2控制元件顯示在Image3上面。

  ④：TImage元件，控制元件名稱為Image3。Image3控制元件顯示在Image2下面。

  ⑤：TImage元件，控制元件名稱為Image4。

  ⑥：TImage元件，控制元件名稱為Image5。

• Main窗體屬性設定

  • Caption：主窗體標題，設定為OPCDA控制LED燈。
  • ClientHeight：窗體客戶區高度=411。
  • ClientWidth：窗體客戶區寬度=720。

• ①Image1屬性設定

  • Height：設定圖片高度=411。
  • Width：設定圖片寬度=720。
  • Picture：設定圖片(背景圖片)   點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ②OPCDAServer1屬性設定

  • 雙擊OPCDAServer1，打開OPC Inspector對話方塊。

  

  • 選擇Server-Select，打開Select OPC Server對話方塊。

  

  • 點選右側的Find按鈕，列表中會出現可選的OPC伺服器，選擇該伺服器，點選[ok]。

  

  • 回到OPC Inspector界面，選擇Server-Connect，連線成功。接下來在該界面下新建Groups與Items。選擇Groups-Add，填寫組名稱，點選OK儲存。

  

  • 選擇Items-Add，在Select OPC Item對話方塊中選擇專案，此處的專案是在Arduino程式中進行定義的。選擇對應選項，點選Open按鈕。

  

  • 至此 OPCDAServer1配置完畢。

• ③Image2屬性設定

  • Height：設定圖片高度=50。
  • Width：設定圖片寬度=50。
  • Visible：設定圖片可見=True。
  • Picture：設定圖片(滅燈)。   點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ④Image3屬性設定

  • Height：設定圖片高度=50。
  • Width：設定圖片寬度=50。
  • Picture：設定圖片(亮燈)。   點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ⑤Image4屬性設定

  • Height：設定圖片高度=50。
  • Width：設定圖片寬度=50。
  • Visible：設定圖片可見=True。
  • Picture：設定圖片(開關開)。   點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ⑥Image5屬性設定

  • Height：設定圖片高度=50。
  • Width：設定圖片寬度=50。
  • Visible：設定圖片可見=False。
  • Picture：設定圖片(開關關)。   點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

7. 程式設計

7.1. 程式初始設定

  程式啟動時，啟動OPCDAServer。

constructor TMyHandler.Create(AOwner: TComponent);
var
  s :String;
begin
  FThis :=TBaseForm(AOwner);
  FThis.OPCDAServer1.Active := True;//打開OPCClient
end;

7.2. 事件設定

• ⑤Image4-OnClick事件 Image4是開關打開狀態的影象，點選該影象，執行關燈的操作，Image4隱藏，顯示被遮蓋的Image5影象（開關關閉狀態）。同時Image3(燈亮狀態影象)也會隱藏。連線Arduino開發板的LED發光二極管如處於點亮狀態則會被熄滅。

procedure TMyHandler.Image4Click;
//Image4的OnClick事件，用於關燈的操作
var
  v: Variant;
begin
    //關燈
    v := False;
    FThis.OPCDAServer1.OPCGroups[0].OPCItems[0].WriteSync(v,-1,-1);
    FThis.Image3.Visible := False; 
    FThis.Image4.Visible := False;    
end;

• ⑥Image5-OnClick事件

Image5是開關關閉狀態的影象，點選該影象，執行開燈的操作，Image4顯示並遮蓋Image5影象，同時Image3顯示並遮蓋Image2影象。連線Arduino開發板的LED燈如處於熄滅狀態則會被點亮。

procedure TMyHandler.Image5Click;
//Image5的OnClick事件，用於開燈的操作
var
  v: Variant;
begin
    //開燈
    v := True;
    FThis.OPCDAServer1.OPCGroups[0].OPCItems[0].WriteSync(v,-1,-1);
    FThis.Image3.Visible := True;
    FThis.Image4.Visible := True; 
end;

8. 運行結果

  通過工具欄儲存，將程式儲存為 sdb 專案檔案。

  使用滑鼠點選工具欄運行（Run），測試運行結果。點選右側的開關影象，開關打開，上方的燈泡切換為亮燈的狀態，同時連線Arduino開發板的LED發光二極管處於點亮的狀態；在亮燈狀態下，點選右側的開關影象，開關關閉，上方的燈泡切換為燈滅的狀態，同時連線Arduino開發板的LED發光二極管處於關閉的狀態。