OPC技術(shù)下MATLAB與PLC的通訊實現(xiàn)

黃雙成，李志偉

（河南化工職業(yè)學(xué)院 機 械電子系，河南 鄭州 450000）

0 引言

如何檢驗復(fù)雜先進的控制算法，并將其有效地應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場一直是工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)注的熱點問題。PLC＋工控機模式是常見的分布式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是PLC編程語言簡單，無法實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而傳統(tǒng)的PID算法已經(jīng)不能滿足實際控制的需要，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等復(fù)雜算法取代PID算法成為工業(yè)控制的發(fā)展趨勢［1］。

MATLAB工程計算能力強大，程序設(shè)計流程靈活，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法［2］。若將 MATLAB應(yīng)用到PLC控制系統(tǒng)中，將有利于故障診斷和過程控制復(fù)雜算法的設(shè)計與實現(xiàn)。但要實現(xiàn)上述目的，問題節(jié)點在于PLC和MATLAB之間的數(shù)據(jù)交換。本文介紹通過OPC技術(shù)實現(xiàn)MATLAB與PLC之間數(shù)據(jù)交換的方法，并通過一個實際的例子來說明PLC與MATLAB通訊的原理及過程。

1 OPC技術(shù)

OPC是以微軟公司COM和DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)而創(chuàng)建的一種應(yīng)用于自動化領(lǐng)域的軟件接口標(biāo)準，具有傳輸可靠、速度快的特點，已廣泛應(yīng)用在工控行業(yè)的各個領(lǐng)域［3］。

OPC目標(biāo)是在客戶和服務(wù)器之間構(gòu)建一種通訊和數(shù)據(jù)交換的工業(yè)標(biāo)準機制，只要遵循OPC標(biāo)準，客戶和服務(wù)器間就能形成一定規(guī)范的鏈接關(guān)系，OPC服務(wù)器就可為客戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)。通常情況下OPC服務(wù)器主要由服務(wù)器對象（Server）、組對象（Group）和數(shù)據(jù)項對象（Item）3類組成［4］，具體層次關(guān)系如圖1所示。

圖1 OPC服務(wù)器層次關(guān)系圖

2 MATLAB與PLC之間的通訊實現(xiàn)

PLC采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳給工控機，再通過工控機內(nèi)部的OPC協(xié)議分別傳給組態(tài)軟件和MATLAB的工作空間，組態(tài)軟件用來監(jiān)控系統(tǒng)，而MATLAB通過算法取得最優(yōu)數(shù)據(jù)，然后再通過OPC協(xié)議和以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)返回到PLC內(nèi)。數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

打開MATLAB并在指令空間中輸入“opctool”，在OPC工具箱進行OPC的配置，將MATLAB設(shè)為本地服務(wù)器，然后把“Co DeSys.OPC.02”添加為客戶，點擊“connect”，連接之后，在客戶端添加一個組，重命名為“INPUT”，并且在該組中添加一個對象，畫面如圖3所示，可以看到，在PLC配置中設(shè)置的兩個變量都顯示在添加對象的對話框的左邊，選中“INPUT”變量，點擊“add”，則PLC的變量“INPUT”添加到了組“INPUT”中。用同樣的方法添加一個“OUTPUT”組，然后將PLC的變量“OUTPUT”添加到組“OUTPUT”中，這時在PLC的模擬量輸入端給一個5 V的信號，且看到在PLC編程軟件PLC配置中，模擬量輸入有了一個整型值，而在MATLAB的OPC工具箱中，選中“INPUT”變量，也顯示了一個整型值，它的值和PLC配置中模擬量端口顯示的整型值完全相等。

圖2 數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)圖

圖3 在MATLAB的OPC工具箱中添加對象的畫面

接著在MATLAB的Simulink中對這個模擬量輸入實時監(jiān)測，然后將此模擬量再送到模擬量輸出端子。首先在MATLAB的Si mulink工作空間中加入“OPC Configuration”、“OPC Read”、“OPC Write”三個模塊，并做好相應(yīng)的配置?！癘PC Read”模塊中加入變量“INPUT”作為對象，“OPC Write”模塊中加入變量“OUTPUT”作為對象，添加完畢后PLC的兩個變量名顯示在Simulink工作空間的“OPC Read”和“OPC Write”中，說明PLC的兩個變量都已經(jīng)導(dǎo)入到Simulink的工作空間。然后，將“OPC Read”的端子V和“OPC Write”的端子相連，再在中間加入一個“scope”，用來實時顯示從PLC讀過來的數(shù)據(jù)，配置好的Simulink工作空間如圖4所示。設(shè)置完畢后開始仿真，雙擊“scope”，則隨著時間的推移數(shù)據(jù)也在實時顯示，通過調(diào)節(jié)模擬量輸入端的電壓值，可以看到顯示數(shù)據(jù)也在隨著調(diào)節(jié)而實時變化，如圖5所示。

這時PLC硬件配置中在線顯示的數(shù)據(jù)、模擬量輸入端口顯示的數(shù)據(jù)和模擬量輸出端口顯示的數(shù)據(jù)完全相等，與“scope”監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以及opctool中組“INPUT”和組“OUTPUT”中的兩個變量的數(shù)據(jù)也完全相同，由此可得，模擬量輸入的值通過 MATLAB的Simulink中的OPC準確無誤地傳送到了模擬量輸出端口。

圖4 Simulink中OPC配置圖

圖5 Simulink中實時監(jiān)測畫面

3 結(jié)束語

（1）文獻［5］提出用 MATLAB和組態(tài)軟件通過OPC技術(shù)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了PLC與MATLAB之間的數(shù)據(jù)交換，但是要經(jīng)過兩層OPC協(xié)議，而本文提出的MATLAB和PLC直接用OPC協(xié)議進行數(shù)據(jù)之間的通訊，只經(jīng)過一層OPC協(xié)議，實時性強。

（2）本文驗證了模擬量輸入數(shù)據(jù)通過OPC協(xié)議，經(jīng)過MATLAB的Simulink空間傳送到模擬量輸出端子，有了這個基礎(chǔ)，可以在“OPC Read”中添加任何現(xiàn)場的開關(guān)量或模擬量數(shù)據(jù)，而在“OPC Write”中添加需要控制的開關(guān)量或模擬量輸出變量，然后在它們之間加入智能控制算法的工具箱以及控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，就可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確控制。

（3）工業(yè)控制系統(tǒng)一般都是一直在運行的，平時用Simulink做仿真時都是設(shè)定一個仿真時間值，要想使Simulink能夠一直處于工作狀態(tài)，可以將仿真值設(shè)為“inf”，這樣控制系統(tǒng)就可以一直運行，而不用擔(dān)心Simulink仿真時間結(jié)束導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

［1］ 王樹東，畢作文，王紅波.OPC技術(shù)下PLC與 MATLAB相結(jié)合的實時模糊控制系統(tǒng)［J］.電氣自動化，2011，33（5）：11－14.

［2］ 林寶全，陳沖.基于 MATLAB與PLC的實時控制系統(tǒng)［J］.南昌大學(xué)學(xué)報（工科版），2011，33（3）：298－302.

［3］ 柴兆森.基于工業(yè)以太網(wǎng)和OPC技術(shù)的異構(gòu)系統(tǒng)集成研究［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2009：12－15.

［4］ 唐立學(xué)，梁偉平，楊維波.基于OPC的 MATLAB與i FIX數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)的過程控制［J］.電力科學(xué)與工程，2008，24（2）：26－28.

［5］ 徐聯(lián)貴，梁嵐珍，史穎.基于OPC技術(shù)的MATLAB與組態(tài)王通信模塊設(shè)計［J］.工業(yè)控制計算機，2007，20（3）：26－27.