Projet Industriel Interne. Connexion entre un automate et une base de données

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1 Projet Industriel Interne Connexion entre un automate et une base de données Ronan Martin Enseignant : Jean-Paul CHEMLA Promotion 2008

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3 Table des matières Introduction Rappels et concepts L'architecture CIM : Computer Integrated Manufacturing Le protocole OPC Les bases de données L'architecture logicielle Définition du projet Analyse de l'existant Contraintes et objectifs Choix des bibliothèques Conception du logiciel Hiérarchisation du projet Analyse de l'interface utilisateur Architecture des données Gestion des enregistrements Utilisation du logiciel Exécution du fichier binaire Connexion à une base de données et à un serveur OPC Déclaration des variables Ajout d'un écouteur Les utilitaires...25 Conclusion...27 Annexes Syntaxe et structure du langage JAVA Les règles de bases Structure d une classe Les structures de contrôles Gestion des erreurs Les modificateurs d'accès La documentation Les bibliothèques Principal abréviations utilisées... 32

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5 Introduction Les systèmes automatisés se sont largement imposés dans l'industrie depuis les années 70 car ils constituent une manière autonome de créer de la valeur ajoutée, tout en respectant les conditions de productivité, d'adaptabilité et de sécurité. Du fait de leur nombre et de leur complexité, ces systèmes de production automatisés doivent communiquer entre eux et comporter des interfaces hommes machine. Nous nous proposons dans ce projet de récupérer les informations de terrain, issues de la production et d'enregistrer les données nécessaires dans une base de données. Elles pourront être ensuite traitées en fonction des besoins : émettre des statistiques ou tout simplement connaître l'état de l'automate. Dans un premier temps, il est utile de rappeler le contexte et le fonctionnement d'un système de supervision. Nous allons ensuite voir les offres similaires déjà présentes sur le marché, ainsi que les contraintes et objectifs que nous nous imposons. Après avoir effectué les choix technologiques nécessaires, nous allons nous concentrer sur la conception du logiciel puis détailler son fonctionnement. Remarque : les acronymes et abréviations se trouvent en annexe 2. 1

6 1. Rappels et concepts Une multitude de notions sont nécessaires pour aborder ce sujet transverse. Un rappel des technologies existantes et de leurs particularitées est nécessaire pour aborder sereinement ce projet L'architecture CIM : Computer Integrated Manufacturing On considère généralement décomposée en trois niveaux : Niveau 0 Capteurs et actionneurs Sécurité Logique câblée Niveau 1 Postes de travail ou machines automatisées Automate Niveau 2 Ligne de production Supervision d'un ensemble de poste Niveau 3 Gestion de production, ordonnancement Planification On peut considérer que notre projet se trouve au niveau 3 de cette architecture, en effet stocker les informations de l'automate revient à surveiller les éléments clés de la production pour ensuite les traiter et les analyser. Les données stockées sont représentatives de la productivité et de la bonne marche du SAP. Automate schneider Détaillons à présent le fonctionnement de chaque niveau : Niveau 0 L'automate comporte des entrées et sorties Tout Ou Rien fonctionnant sur 24 Volts. Les capteurs et actionneurs adoptent généralement une logique booléenne, cela est du au langage de programmation séquentielle des automates appelé Grafcet. Niveau 1 L'automate effectue des actions préprogrammé en mémoire. En fonction des informations récupérées par les capteurs, le programme de l'automate réagit et alimente les actionneurs nécessaires. Les ports d'entrée sont désignés par une variable de la forme %ix.y, où x est le numéro du port et y le numéro d'entrée. Les actionneurs sont désignés par les variables %qx.y. En fonctionnement, il est souvent nécessaire d'accéder à des emplacements mémoires. Il en existe différents types : Mémoire booléenne (sur 1 bit) définit par %mx avec x numéro de la variable Mémoire mot (sur 8 bit) définit par %mwx 2

7 Mémoire double mot (sur 16 bit) définit par %dwx Mémoire Mémoire système : réservé au système de l'automate Niveau 2 Les automates doivent être capables de coordonner plusieurs tâches simultanément. Pour cela une communication est établie entre eux. Idéalement, ces communications passent par un bus de terrain : les automates discutent entre eux à l'aide d'un protocole qui leur est propre et qui diffère en fonction des constructeurs. Dans notre cas, nous allons utiliser un automate Siemens basé sur un protocole XWAY, FIPWAY ou UnitelWay. Les réseaux d'entreprises sont généralement composés d'ordinateurs personnels et de serveurs, la structure de ces réseaux locaux est similaire de celle d'internet. Elle se base sur un protocole appelé TCP/IP. L'ajout d'un module supplémentaire à l'automate permet de se connecter directement au réseau global de l'entreprise. Il s'agit en fait du protocole XWAY encapsulé dans une couche de communication TCP. N'importe quel ordinateur du réseau est capable de rentrer en communication avec le réseau de terrain XWAY, à condition que ce dernier possède les drivers et logiciels adéquats (XIP). À partir de ce moment on peut commencer à faire de la supervision. Une interface IHM conviviale peut être mise en place, avec à la clé la gestion du parc automatisé de production. Capteurs / Actionneurs / pupitre Module TCP/IP Protocole de terrain Réseau ethernet Supervision??????? Dans notre cas, un seul ordinateur possède les drivers compatibles donnant accès aux informations de l'automate. Une étape supplémentaire est nécessaire pour effectuer de la supervision à grande échelle : il ne suffit pas de transporter le protocole de terrain sur un réseau global car ceux-ci sont incompatibles s'ils sont de constructeurs différents. Niveau 3 Pour standardiser les flux entre appareils communicants, un protocole commun est mis en place en Ce protocole porte le nom d'opc pour Object Linking and Embedding - for 3

8 Process Control. Pour unifier la communication, il faut installer un serveur OPC sur le poste en relation avec les automates Le protocole OPC a) Contexte et historique Nous avons vu précédemment que la standardisation des appareils communicants est un impératif pour aborder un SAP complexe. Mais le protocole OPC a su évoluer et il comporte de nombreux avantages, il permet de : Pérenniser les installations, Donner une indépendance à l'utilisateur et aux éditeurs de logiciel, Éviter la prolifération de protocoles communicants, Accéder aux données depuis n'importe quel point du réseau. La fondation OPC (www.opcfoundation.org) fait régulièrement évoluer ce protocole. Elle regroupe 220 industriels. La spécification comporte : La spécification "OPC Data Access (DA) a " La spécification "OPC Alarm & Event (AE) a " La spécification "OPC Standart Access to historical data (HDA) " La spécification "OPC Batch 1.0" Il faut bien prendre en considération qu'il s'agit d'un protocole universel, les automates sont avant tout concernés par l'opc Data Access. La création d'un tel support de communication demande beaucoup de travail. OPC est une association et malgré le prix de la cotisation de 1200$, elle ne pouvait pas se permettre de développer elle-même une couche logicielle de cette ampleur. A cette époque, une architecture proche et déjà très mature existait : la couche de communication MS Windows (Partage de fichier, travail collaboratif,...). Microsoft propose donc à la fondation de baser le protocole OPC sur la couche COM/DCOM déjà existante et présente sur tous les PC Windows. La société de Bill Gate ne demande aucune compensation, ce qui peut paraître étonnant. Mais avec le temps, on comprend mieux le coup commercial : MS s'assure ainsi de la fidélité de tous les industriels. Le monde de l'automation est alors lié à Microsoft, et tous les logiciels en rapport sont forcément développés sur une plate forme Windows. Depuis quelques années, de nouveaux formats de données sont apparues et OPC cherche une nouvelle voie pour se défaire de la couche COM/DCOM. De nouvelles spécifications sont à l'étude et les premiers logiciels comportant la spécification «OPC XML» viennent de sortir. b) Structure d'un serveur OPC Un serveur s'exécute en tâche de fond (un daemon) sur un PC serveur, dès qu'un client se connecte au serveur, il s'active automatiquement. Il est un relais et ses tâches sont de : Collecter et/ou traiter des données, Assurer la correspondance des données OPC, Répondre aux requêtes des clients, 4

9 Assurer la notification des messages, S'enregistrer dans la base de registre. Nous allons à présent aborder la spécification OPC-DA 1.0 et 2.0. Le client déclare des objets au serveur OPC. Il peut s'agir d'un groupe, d'un item ou d'un callback (cf. Schéma cidessous). Les lectures et écritures peuvent s'effectuer en mode synchrone ou asynchrone. Un serveur OPC est capable de créer, supprimer et énumérer un groupe. Les groupes contiennent des items, qui correspondent aux données dans le serveur. L appellation attribuée aux items est alors propre à chaque type de serveur OPC. Les items sont identifiés sur leur "nom". Le serveur doit donc utiliser une technique pour contrôler la correspondance des noms d items et les données sources qu il fournit. Les items se trouvent dans les groupes OPC. Ils sont caractérisés par des attributs et des propriétés parmi lesquels : Le nom La valeur La qualité Le timestamp c) Les services OPC Structure de données OPC L ensemble des spécifications éditées par la fondation OPC peuvent être implémentées dès aujourd hui. Il est techniquement possible de réaliser des clients et des serveurs supportant les spécifications, OPC-DA, OPCA&E, OPC-HDA et OPC Batch. Mais ce n est pas le cas et il existe une multitude de cas de figure, il est rare que les éditeurs de superviseur soit «FULL OPC» et les principaux fabricants d automatismes travaillent d arrache pied pour fournir des serveurs pour les autres spécifications. Seule la spécification OPC-DA est utilisée d'une manière standard Les bases de données Le stockage et la récupération d informations sont des problèmes récurrents en informatique, avant l apparition des bases de données, chacun créait son propre modèle pour le stockage des données. Il en résultait une incompatibilité systématique entre différents logiciels et un sérieux manque de pérennité de l information. Les bases de données sont arrivées dans les années 80 pour palier à ces problèmes. a) Description d'une BD Pour appréhender correctement la suite du document, il est nécessaire de connaître le vocabulaire relatif au système de gestion de base de données (SGBD). Une base de données possède des tables. Ces tables se construisent avec : 5

10 Un nom de la table Une liste des champs de la table Une clé primaire Chaque table possède des champs, définis par : Un nom Un type de donnée, éventuellement la taille (nombre de caractères) Une valeur par défaut Des contraintes de validité (ex : 0 pour les chiffres) Il existe aussi des contraintes d intégrité entre champs de différentes tables. b) Le langage SQL Le SQL, (Structured Query Language) est un langage informatique destiné à stocker, à manipuler et à retrouver des données enregistrées dans des bases de données relationnelles. Ce langage est normalisé et quasiment tous les types de base de données le prennent en compte. Interroger la base Syntaxe générale : SELECT «nom de colonne» FROM «nom de table» WHERE «conditions» Exemple : Lister les machines de niveau 1 SELECT NOM FROM STD_MACHINES WHERE NIVEAU= 1 Remarques : Les opérateurs sont insensibles à la casse, Les chaînes de caractères sont mis entre guillemets et les chiffres sans, On peut créer une condition plus complexe avec les opérateurs AND et OR, Les parenthèses peuvent nous aider à exprimer des conditions complexes, * permet de sélectionner tous les champs : SELECT * FROM «nom de table», La commande ORDER «nom de colonne» BY ASC ou DESC permet de trier, La commande LIKE permet de faire une reconnaissance de caractère. Mettre à jours la base Insérer des données : INSERT INTO «nom de table» («colonne 1», «colonne 2»,...) VALUES («valeur 1», «valeur 2»,...) Supprimer des données : DELETE FROM «nom de table» WHERE «conditions» Mettre à jour une valeur : UPDATE «nom de table» SET «colonne 1» = [nouvelle valeur] WHERE {condition} Pour plus d information : 6

11 1.4. L'architecture logicielle a) Le système d'exploitation Chaque ordinateur possède des caractéristiques différentes, le rôle du système d'exploitation (OS) est d'uniformiser ces caractéristiques en posant un socle appelé plateforme. Des applications spécifiques viennent s'appuyer sur cette plateforme pour s'exécuter indépendamment des caractéristiques matérielles. b) Qu'est ce qu'un langage? Un micro processeur possède un jeu d instruction, ces instructions gèrent la mémoire, le flux de données et les opérations basiques. Afficher le moindre caractère sur un écran demande plusieurs heures de programmation. Pour améliorer la communication homme machine, des langages de programmation ont été créés. Ce langage est ensuite interprété ou compilé pour qu il soit compréhensible par la machine. Pour chaque langage différent, il y a un compilateur différent. Pour développer des applications complexes rapidement, des bibliothèques (ou API) sont fournies avec le langage. On évite ainsi de tout reprogrammer à chaque fois. Code source JAVA Code source C++, Pascal, VB Compilateurs ByteCode Java JVM spécifique à l'os Langage compilé OS Bibliothèque système Instructions Processeur-Mémoire Légende : Fichier binaire Code compréhensible par l'homme Matériel Prenons à présent le cas particulier du Java : développé pour les applications scientifiques et 7

12 pour l'internet, il a la spécificité d être multiplateforme. Après compilation, le langage n est pas directement compréhensible par un processeur x86 ou mac. Une machine virtuelle (JVM) vient faire la jonction entre le langage compilé (le ByteCode) et les instructions processeurs. Un récapitulatif de la syntaxe et structure du langage Java est mis en annexe 1. En quoi cela nous intéresse? Le choix de la bibliothèque de communication OPC et du langage de programmation conditionne la suite du projet et nous donnera ces caractéristiques. De plus, il est indispensable de connaître les architectures disponibles lorsque l'on voudra faire un choix. 8

13 2. Définition du projet 2.1. Analyse de l'existant a) Description du besoin Le besoin existe sur un marché en pleine croissance. Et cela en particulier avec la généralisation de logiciels de GPAO, car l'automation est déjà présente depuis longtemps dans l'industrie, mais afin de traquer les dépenses inutiles et de connaître les points faibles de l'entreprise, elles n'hésitent plus à réaliser des statistiques. La plupart des facteurs et indices clés de l'entreprise se calculent à l'aide de la GPAO, mais de nombreuses informations relatives au fonctionnement de la chaîne automatisé sont nécessaires pour améliorer la productivité. b) Les offres présentent sur le marché Les logiciels de supervision peuvent donner des informations à un instant donné, mais ils ne possèdent généralement pas de connexion vers la base de données de la GPAO. Il existe seulement deux offres sur le marché, toutes sur plateforme Windows : Le développeur allemand Softing propose une suite logiciel OPC, dont un module appelé «Opc to database» permet de faire la jonction entre l'automation et les bases de données. Un développeur francais RESOluCom propose quant à lui un logiciel indépendant permettant de faire un pont d'accès. Il appelle cette solution «Routeur OPC». Les licences de ces logiciels se vendent entre 400 et 500. Pour les entreprises voulant un produit correspondant parfaitement à leurs besoins, une bibliothèque toute faite est disponible sur Open Automation Software. Il est possible de l'acquérir pour une modique somme allant de US $ 795 à US $ Il n'existe pas d'offre gratuite pour ce type de logiciel, même basé sur un code propriétaire. Il est possible de trouver une multitude de petits programmes de supervision en Visual Basic, Delphi ou C ++, mais aucun d'entre eux n'est abouti et propose une fonction de SGBD. c) Les bibliothèques OPC Les spécifications OPC sont payantes, pour les obtenir il faut être membre de la fondation OPC et payer la cotisation. Néanmoins une bibliothèque est disponible sur internet : OPCDAAuto.dll. Elle ne traite que l'opc-da. Un fichier dll est compilé, il est donc exclu de récupérer la structure du protocole OPC à partir de celle-ci. Les principaux projets disponibles utilisent cette bibliothèque, quelque soit le langage de programmation (C, Delphi, VB, Java,...) Une vue d'ensemble des projets existants est disponible sur et ceci langage par langage. Les projets non payants sont peu nombreux, et certains d'entre eux sont difficilement abordables. 9

14 2.2. Contraintes et objectifs a) Flexibilité Pour trouver son utilité dans le monde de l'industrie, ce logiciel ne doit pas se borner à un type de configuration Automate Base de données très spécifique. Ce type de connexion peut répondre à des problèmes divers et variés, le fonctionnement et l'interface doivent être pensés en amont de manière à ne pas brider les possibilités d'exploitations. Nous pourrions imaginer des applications simples comme la copie de la mémoire de l'automate dans la base de données, mais cette application ne répondrait pas forcément à l'attente du plus grand nombre. Pour répondre à ces exigences, nous allons effectuer une analyse UML et tenter de subvenir au besoin par le biais de menus simples et peu nombreux. L'interface sera la plus intuitive possible. b) Portabilité Il serait imaginable que le logiciel fonctionne sur toutes les plates-formes imaginables. Mais dans la pratique, il est très rare de voir des logiciels fonctionnant sous environnement Unix. Les quelques projets de la sorte sont payants et propriétaires. Cependant, un projet récent a particulièrement retenu mon attention. Nommé «OpenScada», il vise à créer un logiciel de supervision à grande échelle. Il a la particularité d'être gratuit, open source et de fonctionner sur divers systèmes d'exploitation. c) Evolutivité L'écriture d'un logiciel est longue et fastidieuse. Si quelqu'un vient à réaliser un logiciel avec un but et objectif très similaire à ce projet, il serait souhaitable qu'il puisse s'appuyer sur mon code source. Ainsi, le projet initial peut évoluer et de nombreuses heures de programmation sont épargnées. Cette logique est appelée logiciel libre : je laisse n'importe qui accéder à mon code source mais en échange il devra également laisser son code libre de droit Choix des bibliothèques a) Communication OPC Pour répondre aux exigences citées précédemment, une solution 100% Open source et multiplateforme serait parfaite. Seul le projet OpenScada répond à toutes ces contraintes. Bien que très jeune et possédant une base encore fébrile, il suscite intérêt et espoir dans la communauté. Site Web : Cette bibliothèque est en Java et la couche COM/DCOM propre à Windows est entièrement réécrite par le biais d'un autre projet appelé «j-interop», disponible à l'adresse suivante : La version 0.2 est sortie courant 2007, le projet évolue très vite et de nouvelles versions sont à prévoir dans le courant de l'année. Le principal défaut de cette bibliothèque est son manque de clarté. Développer rapidement par une société allemande, elle manque cruellement d'explications et de commentaires. De plus, ces fondements sont très proches de la couche de communication, ce qui rend encore plus incompréhensible certains mécanismes. b) Écriture XML Il existe de multiples bibliothèques permettant de traiter des fichiers XML basé sur la 10

15 normalisation du consortium W3C : DOM et SAX sont les plus connues. Bien souvent ces bibliothèques répondent à des besoins exigeants et très spécifiques. Pour simplifier cela, il existe une bibliothèque appelée «JDOM» : c) Journaux systèmes et notification d'évènements La majorité des applications sont lancées sans console et les erreurs sont indiquées à l'utilisateur sous forme de message. Dans notre cas, il est important de suivre à tout instant le bon déroulement des tâches. De plus, dans le cas où il y aurait une erreur, l'apparition d'une boîte de dialogue masquerait l'activité du processus. Dans le cas d'une mauvaise configuration, des erreurs à répétition peuvent se produire et faire apparaître une série de boîtes de dialogue. Ce genre de notification serait un handicap pour l'utilisateur. J'ai donc choisi de passer par un «logger». Les alertes, erreurs et notification passent par le même système. Ce dernier est ensuite capable de trier les divers messages. La bibliothèque permettant ce type de dispositif est appelée «Log4j». Développé par la communauté Apache, elle est utilisée dans tous les projets complexes où ayant un traitement de l'information conséquent. d) Apparence La bibliothèque des objets graphiques par défaut n'offrent pas un design très évolué. Pour améliorer l'apparence du logiciel, une bibliothèque de «LookAndFeel» nommée «Substance» va être utilisée. Site Web : https://substance.dev.java.net/ Au total, quatre Mega octets de bibliothèque sont nécessaires, alors que le programme en lui même ne pèse que 500Ko. Ce logiciel se base uniquement sur des technologies déjà existantes. C'est le croisement de celles-ci qui en fait toute son originalité. 11

16 3. Conception du logiciel Nous allons à présent parcourir les principales fonctionnalités du programme par le biais de diagramme UML. En fonction de la partie abordée, les attributs et opérations des classes sont réduites au minimum Hiérarchisation du projet Pour des raisons de clarté, le projet est divisé en sous partie appelé «package». Par convention le répertoire de premier niveau doit être la catégorie du projet : com pour commercial org pour les organisations et associations gnu pour du code libre Le code produit sera ouvert et ce projet ne dépend d'aucune organisation, nous nous plaçons dans la catégorie «gnu». Ensuite il faut indiquer le nom du projet : «opctodb» dans notre cas. C'est dans ce package que se trouve la porte d'entrée du programme et la création de la fenêtre principale. Le package «opc» contient les modules de traitements que nous verrons par la suite, Le package «dialog.bean» contient les éléments communs aux boîtes de dialogue tels que les listes contenant des items ou la zone de saisie d'instructions SQL. Le package «save» contient les algorithmes d'enregistrement des données. «img» est utilisé pour les ressources (icônes, images,...). Les ressources sont contenues dans l'arborescence du projet et elles seront intégrées dans l'exécutable Analyse de l'interface utilisateur Nous ne verrons pas la manière de créer l'interface utilisateur mais seulement les interactions qu'il existe entre les fenêtres. Nous aborderons également la disposition et hiérarchisation des ressources et de l'information. On peut différencier deux types d'interface utilisateur : Les boîtes de dialogues : Une fois visible, elles bloquent l'accessibilité au reste du programme, c'est la modalité. Les fenêtres internes : Elles s'ouvrent sur le bureau OpcToDB, elles sont indépendantes entre elles. La fenêtre principale est représentée par la classe «StartGUI». Cette fenêtre comporte une barre de menu composée de JMenuItem mis en attribut. Lorsque l'utilisateur clique sur une de ces étiquettes, il déclenche une action qui ouvre une fenêtre ou une boîte de dialogue (ActionPerformed). La classe «StartGUI» possède en attributs deux objets regroupant l'ensemble des informations nécessaires : «ConnectionInformations» encapsulant toutes les connexions SQL et OPC. Un vecteur contenant des objets de type «MyOpcItem» est déclaré en attribut dans la classe 12

17 «StartGUI». Ce vecteur regroupe tous les objets déclarés sur le serveur. Analysons à présent quelques actions de la classe «StartGUI» : Création d'une fenêtre interne : Déclaration des variables. Dans un premier temps, nous vérifions la présence d'une connexion OPC et nous instancions une nouvelle fenêtre de type «DéclarationVariables». Le constructeur de la classe reçoit en paramètre les informations utiles de la classe «StartGUI». Ces informations ne sont pas recopiées en mémoire, nous donnons en paramètre un pointeur de l'objet. L'objet instancié est ensuite ajoutée sur le bureau de l'application et activé. private void jmenudeclarationactionperformed() { if (infosconnections.getopcserver() == null) { _log.error("attention : pas de connexion OPC"); } DeclarationVariables v = new DeclarationVariables(infosConnections, opcitems); jdesktoppane1.add(v); jdesktoppane1.getdesktopmanager().activateframe(v); } Ouverture d'une boîte de dialogue : Connexion SQL et OPC Les deux méthodes suivantes sont équivalentes mais ne sont pas écrite de la même façon. 13

18 private void ConnecterSQLActionPerformed() { new ConnectionSQL(this).showAndGetInformations(infosConnections); } private void ConnecterOPCActionPerformed() { ConnectionOPC opc = new ConnectionOPC(this); opc.showandgetconnection(infosconnections); } 3.3. Architecture des données a) Définition de l'objet «MyOpcItem» Nous ne pouvons pas utiliser l'objet item tel qu'il est définit par convention sur le serveur OPC car notre variable à bien plus d'informations et de propriétés. Notre nouvel objet contient : Ses paramètres d'identification Sa dernière valeur connue L'item déclaré sur le serveur L'item est d'abord instancié par trois paramètres saisies par l'utilisateur. La méthode createitem(group group) inscrit la variable dans le serveur. C'est à ce moment qu'il peut se produire une erreur. Au niveau du serveur, tous les items sont créés dans le même groupe. Les items déclarés sont stockés dans un vecteur. Lors de la création d'une liste graphique, le vecteur est directement affiché. Étant donné que la méthode tostring() est redéfinie dans les opérations, ce n'est pas l'adresse mémoire qui est affichée mais le nom déclaré de celui-ci. Pour permettre d'insérer l'heure et date comme n'importe quel item, un descendant de l'objet «MyOpcItem» est créé, celui-ci redéfini la plupart des méthodes de son parent. Ainsi, le programme ne fait pas la différence entre ces deux types de variable. 14

19 b) Notification d'une variable surveillée Le cs ur du programme se résume en quelques fichiers et peu de lignes de programmation. Pour en comprendre son fonctionnement, il est important de comparer le diagramme UML avec le code source de la classe «DataCallBackProcessor», littéralement «Processeur du retours des données». Ce contrôle de la validité des données dans le temps fait partie intégrante des spécifications OPC. Cette fonction existe également sur les SGBD les plus complexes (MS SQL Server Pro et Oracle), elles permettent de contrôler la validité des données au cours d'un traitement. La classe mère est définie abstraite à cause de la méthode changed(item item, ItemState state) qui nécessite d'être redéfinie en fonction du type de DataCallBack. Les méthodes communes de traitement et d'exécution des requêtes SQL sont contenues dans la classe mère. Lors d'un changement d'état d'une variable dans le serveur OPC, la méthode changed est appelée et en fonction de la valeur reçue, la méthode executesql() est exécutée. Celle-ci à pour fonction de préparer la requête, en remplaçant les points d'interrogation par la valeur courante de la variable définit dans le vecteur variables. L'ordre des variables dans le vecteur est d'une importance capitale, c'est ce qui détermine la représentation de chaque «?». Dans ce type de formulation SQL, les variables sont indépendantes de l'instruction. Cette méthode est bien connue des programmeurs et est appelée «PreparedStatement». Les fonctions permettant de compléter la phrase sont déjà présentes dans les bibliothèques de la plateforme Java. 15

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21 /** * Extrait du fichier DataCallBackProcessor.java, l'interface implémenté * est native à la bibliothèque OpenScada.org. */ public abstract class DataCallBackProcessor implements DataCallback { Vector<MyOpcItem> variables; String sql=""; ConnectionInformations conn=null; private static Logger _log = Logger.getLogger(DataCallBackProcessor.class); /** * Méthode abstraite, redéfinie en fonction du type de donnée à surveiller * Cette méthode est appelé automatiquement lors qu'un évènement se produit item itemstate */ public abstract void changed(item item, ItemState itemstate); protected void executesql() throws SQLException{ PreparedStatement pstmt= conn.getsqlconnection().preparestatement(sql); _log.debug("préparation de la requête"); int i = 1; for (MyOpcItem useditem : variables) { try{ setparameter(useditem,pstmt,i); } catch (SQLException ex) { _log.error("erreur lors de l'ajout du paramètre",ex); } catch (JIException ex) { _log.error("erreur reconnaissance du type",ex); } i++; } pstmt.execute(); _log.debug("requête de MAJ exécuté"); } /** * Remarque : un preparedstatement demande que le? soit clairement distinct. * <br> On se contente ici de faire JVariant.getObjet() et pstmt.setobject(). Il faut s'assurer * que la colonne de la base soit compatible avec l'information recue. item L'item à mettre en paramètre pstmt preparedstatement index!! Commence à 1 org.jinterop.dcom.common.jiexception java.sql.sqlexception */ protected void setparameter(myopcitem item, PreparedStatement pstmt,int index) throws JIException, SQLException{ JIVariant var = item.getvalue(); int type = var.gettype(); pstmt.setobject(index,var.getobject()); if(type==jivariant.vt_array)_log.warn("tableau en entrée!!"); } 17

22 3.4. Gestion des enregistrements L'enregistrement s'effectue en format XML, Extensible Markup Language. La structure d'un document XML est définissable et validée par un schéma. Cette syntaxe est reconnaissable par son usage des chevrons (< >) et s'applique à de plus en plus de contenus. Ce type de document peut être représentés par un arbre. Chaque branche est appelée un élément et elle peut contenir des attributs. Voici la structure type d'un document enregistrer par OpcToDB : <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <OPCtoDB> <connections> <sqlconnection> <drivers>[nom DRIVERS]</drivers> <host>[adresse base de données]</host> <user>[nom utilisateur]</user> <password>[mot de passe]</password> </sqlconnection> <opc> <host>[adresse serveur OPC]</host> <domain /> <-- Si nécessaire --> <user>[nom login Windows]</user> <password>[]mdp Windows</password> <clsid>[numéro Clsid]</clsId> <progid /> </opc> </connections> <variables> <item name="[nom logiciel]" automate=[nom automate] variable="[nom variable]"> <datacallback sql=[instruction a exécuter] <-- Si nécessaire --> class="[nom de la classe]" mode="[dépend de la classe]"> <item>%mw1</item>... </datacallback> </item>... </variables> </OPCtoDB> Le diagramme UML suivant se focalise sur l'enregistrement des données et permet de comprendre les démarches effectuées, de l'action utilisateur à l'inscription sur le disque dur. 18

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24 La racine de l'arbre est générée par la classe «SaveFilter», celle-ci contient les fonctions nécessaires pour atteindre les sous parties de l'arbre XML : SaveItem et SaveConnection. Ces derniers ont une visibilité réduite. L'interface graphique doit obligatoirement passer par la classe SaveFilter. Ainsi pour enregistrer un fichier, l'utilisateur choisi l'emplacement par le biais d'une boîte de dialogue et les instructions sont les suivantes : save.clearall(); save.enregistrerconnections(infosconnections); save.enregistreritems(opcitems); save.enregistrersous(chooser.getselectedfile().tostring()); Et voici la fonction pour ouvrir un fichier, muni de sa documentation : /** * Ouvre le fichier xml de l'emplacement considéré emplacement #jmenuenregistreractionperformed(actionevent) java.io.ioexception Erreur de lecture org.jdom.jdomexception Fichier XML non valide java.sql.sqlexception Erreur base de données */ private void ouvrirfichier(string emplacement) throws IOException, JDOMException, SQLException { save = new SaveFilter(); save.ouvrir(emplacement); infosconnections = save.ouvrirconnections(); opcitems = save.ouvriritems(infosconnections); } Nous ne faisons ici jamais référence directement aux classes analysant le fichier XML. Celles-ci sont relativement complexes et sont composées de multiple structures de contrôle. Il est important de noter qu'il n'y a que deux objets à restaurer : infosconnections et opcitems. Cette partie explique le fonctionnement dans ses grandes lignes. Si vous êtes désireux de comprendre tous les fonctionnements et les subtilités de ce projet, il vous faudra vous en reporter au code source et à la javadoc. 20

25 4. Utilisation du logiciel 4.1. Exécution du fichier binaire Pour exécuter le logiciel, une plateforme Java 5 ou supérieure est indispensable. Si ce n'est pas le cas, la dernière version est disponible sur Dans la plupart des cas, un double clique sur le fichier OpctoDB2.jar suffit pour démarrer le programme. Si cela ne marche pas, faite un clique droit puis «Ouvrir avec...», puis sélectionner «Java Platform Binary Runtime». Pour démarrer à partir d'une ligne de commande (Système Unix ou Windows avec les variables d'environnement correctement configurées) : java -jar [Nom du fichier à exécuter] Il est possible d'y ajouter des paramètres : -nolaf : Pas de skin, utilise le LookAndFeel de java par défaut (plus léger), -laf [ClassPath] : Indique le chemin du skin à charger, -load [Chemin du fichier xml] : Charge automatiquement un fichier de configuration. Démarrage avec options en console sous Windows 4.2. Connexion à une base de données et à un serveur OPC Nous allons voir dans cette partie comment configurer le programme pour qu'il puisse communiquer avec le serveur OPC et la base de données. Nous n'allons pas détailler l'installation de ces derniers, pour cela reportez vous à la documentation fournie par le prestataire. a) La connexion JDBC (Java Data Base Connectivity) La boîte de dialogue permettant de se connecter sur une base de données se trouve dans Fichier Se connecter à une base SQL. Le logiciel propose par défaut trois drivers différents pour se connecter à une base de données. MySQL PostgreeSQL ODBC Boite de dialogue : Connexion SQL 21

26 Les drivers ODBC forment un pont entre le JDBC et les objets ODBC propre à l'os. En fonction de la plateforme d'exécution, les possibilités sont différentes. Sous Windows, il est possible de se connecter sur des bases Access et Excel. Par exemple pour se connecter à un fichier mdb, l'url sera la suivante : jdbc:odbc:driver={microsoft Access Driver (*.mdb)};dbq=[chemin du fichier.mdb] Pour les pilotes MySQL et PostgreeSQL, la syntaxe est la suivante : jdbc:mysql://[adresse machine]:[port]/[nom de la base] b) Connexion à un serveur OPC Pour se connecter au serveur OPC d'une machine, il faut pouvoir accéder au service réseau Windows (SAMBA). Pour cela, le nom utilisateur et mot de passe d'une session Windows existante sur la machine doivent être renseignés. Si l'identificateur du serveur OPC (ClsId) est connu, il est possible de se connecter directement, sinon une reconnaissance automatique des serveurs disponibles peut être lancé : cliquer sur «suivant» en s'assurant d'avoir laissé le champs Clsid vide. Boite de dialogue : Connexion OPC Remarque : Le serveur doit accepter la norme OPC-DA 1.0 ou Déclaration des variables a) Préparation au niveau de l'automate Il n'est pas possible d'accéder directement une variable d'entrée ou d'influencer sur une valeur de sortie directement à partir d'un serveur OPC. Pour pallier à ce problème, nous allons recopier les valeurs d'entrées dans des emplacements mémoires de l'automate. Cette étape peut être un inconvénient si on souhaite recopier toutes les valeurs des capteurs en mémoire, mais elle permet aussi d'obtenir une grande flexibilité. A partir de PL7Pro, sélectionner le ladder «Supervision» comme ci-dessous : 22 PL7Pro : Navigateur Application

27 Nous allons à présent recopier deux valeurs d'entrées et créer un compteur. Cette exemple est seulement à but didactique car il faut généralement filtrer les valeurs entrantes (ex : front montant) ou préparer des valeurs en fonction du grafcet. PL7Pro : Ladder supervision b) Déclaration sur le serveur OPC Une fois les connections initialisées, il reste à déclarer les variables sur le serveur OPC. Ouvrez la fenêtre «Déclaration des variables accessible depuis le menu «Affichage». Elle contient l'ensemble des items déclarés sur le serveur OPC. Il est possible d'importer les variables système ou pré déclaré du serveur en cliquant sur le bouton «Importer». Nous allons commencer par créer une nouvelle variable, pour cela cliquer sur le bouton en bas à gauche de la fenêtre. Vous obtenez alors la fenêtre de saisie suivante : Boite de dialogue : Déclaration d'un item Déclarez un nom explicite qui sera propre à OpcToDB, puis sélectionner un des automates déclarés sur le serveur et vérifiez qu'il soit sous tension. L'adresse mémoire doit exister sur l'automate pour qu'elle puisse être enregistrer par le serveur. Le nombre et les types d'adresses mémoires sont fournies avec la documentation du constructeur. 23

28 Remarques : Deux variables peuvent avoir le même nom ou comporter la même adresse. Cependant, il est déconseiller de mettre deux fois le même nom de variable. Ce serait une source d'erreur pour le logiciel et l'utilisateur. L'item spécial «Heure et date courante» ne peut pas être édité. Il ne correspond à aucune déclaration au niveau du serveur OPC. Après quelques déclarations, vous obtiendrez la fenêtre suivante : Fenêtre "Déclaration des variables" Pour éditer ou modifier un item déjà créé, il suffit de le sélectionner (en bleu) et faire un clique droit Editer Ajout d'un écouteur Dans la fenêtre «Déclaration des variables», en double cliquant sur un item il est possible de lui rajouter un écouteur. En fonction de la nature de l'item, les options proposées sont différentes. Pour une variable booléenne : Boite de dialogue : Ajout d'un écouteur ou DataCallBack La liste supérieure droite affiche les variables déclarées au préalable. 24

29 La liste inférieure droite affiche les variables qui seront utilisées La zone de texte permet de définir l'instruction SQL associé à l'item. Chaque point d'interrogation représente une des variables de la liste inférieure. Faites attention d'espacer les virgules des points d'interrogations pour que l'instruction soit correcte. De plus, n'oubliez pas de prendre en compte l'ordre des items. Un double clique sur une variable permet de l'ajouter ou de la supprimer. Remarques : Les «?» doivent être clairement distinct pour qu'ils puissent être par la suite correctement identifiés lors de l'exécution de la requête. Lorsqu'un écouteur est déclaré sur le serveur OPC, il faut s'assurer que l'automate soit en mode «RUN». Attention aux types de données : le type de l'item et le type de donnée de la base doivent être compatible. L'item spécial «Heure et date courante» peut être mis en paramètre d'une colonne de la base de type DATE, DATETIME, TIME ou INT(année seulement) en fonction de ce que l'on veut enregistrer Les utilitaires a) Visualisation des journaux Les erreurs ne sont pas forcément affichées à l'utilisateur par le biais d'une boite de dialogue. Pour connaître exactement l'état du logiciel et les traitements en cours, il faut regarder dans le visionneur de journaux. Tous les secondes, un processus indépendant chargé de vérifier la présence de nouveaux messages met à jours la liste. Fenêtre : Journaux du logiciel Les informations sont inscrites dans un fichier appelé «opc-client.log». Si ce fichier n'est pas détruit, les informations des sessions précédentes persistent. 25

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