基于OPC的組態(tài)王與Simulink數(shù)據(jù)交換仿真設(shè)計(jì)

馮 兼,孟亞男

(吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

OPC(OLE for Process Control)由世界上一些著名的軟硬件公司聯(lián)合建立，主要用于實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)數(shù)據(jù)間的實(shí)時(shí)交換，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域.目前，國(guó)內(nèi)主流的監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)全面支持OPC相關(guān)服務(wù)，而且MATLAB軟件自7.0版本也集成了OPC工具箱，為數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和處理提供了便利.因此，學(xué)者們關(guān)于OPC技術(shù)的研究與應(yīng)用更加廣泛，借助數(shù)據(jù)采集卡，利用OPC接口技術(shù)建立串口通信，與監(jiān)控組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)智能算法在設(shè)備上的應(yīng)用[1-2].本文在同一臺(tái)電腦建立OPC服務(wù)器和客戶端，較為詳細(xì)的介紹了建立過(guò)程，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真結(jié)果可以看出，利用OPC技術(shù)完成了不同平臺(tái)間數(shù)據(jù)的交換，效果良好.

1 OPC通信的建立

自MATLAB/Simulink 7.0版本開(kāi)始，OPC Toolbox開(kāi)始封裝在軟件中，只要遵循通用規(guī)則，就可以進(jìn)行使用.OPC是一套標(biāo)準(zhǔn)的OLE/DCOM接口協(xié)議，其規(guī)范由OPC客戶端(OPC Client)和OPC服務(wù)器(OPC Server)兩個(gè)部分組成.仿真環(huán)境的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，MATLAB/Simulink為OPC客戶端，控制程序在MATLAB中實(shí)現(xiàn)，組態(tài)王為OPC服務(wù)器，在組態(tài)王中進(jìn)行畫(huà)面的監(jiān)控，利用OPC技術(shù)可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[3].

圖1 OPC數(shù)據(jù)交換基本框圖

1.1 組態(tài)王OPC服務(wù)配置

本文使用的組態(tài)王為7.5 sP3版本，不同版本的組態(tài)王在配置時(shí)可能會(huì)有一些差異，但一般影響不大.在組態(tài)王設(shè)備中選擇OPC服務(wù)器，在“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)名”中填寫(xiě)“\loaclhost”，選中右側(cè)“KingView.View.1”，其他按照默認(rèn)配置即可，設(shè)置完成的OPC服務(wù)器畫(huà)面如圖2所示[4].

圖2 組態(tài)王OPC服務(wù)器參數(shù)配置圖

服務(wù)器配置完成后，在數(shù)據(jù)詞典中添加變量.組態(tài)王新建的OPC變量類型為I/O型，變量名需全英文，以便MATLAB/Simulink中引用；“連接設(shè)備”需要選擇已經(jīng)建立完成的OPC服務(wù)器，再按照實(shí)際要求選擇變量的其他屬性即可，如圖3所示.

圖3 變量參數(shù)設(shè)置

1.2 MATLAB/Simulink環(huán)境下OPC服務(wù)配置

MATLAB首次使用OPC服務(wù)時(shí)，需要進(jìn)行安裝與注冊(cè).一般在MATLAB根目錄下，toolboxopc子文件夾中帶有“.msi”O(jiān)PC控件，安裝成功后就可以使用OPC組件.MATLAB/Simulink自帶的OPC工具箱主要由OPC Configuration、OPC Read、OPC Write 3個(gè)模塊構(gòu)成，配置好OPC服務(wù)器，就可以用讀、寫(xiě)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換.在OPC Configuration模塊中，需要對(duì)KingView.View.1服務(wù)器進(jìn)行連接，服務(wù)器連接成功后可能看不到變量，但不影響變量的調(diào)用與連接；OPC Read 和OPC Write模塊功能類似，用來(lái)從服務(wù)器中進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，但在添加變量時(shí)，格式必須遵循“組態(tài)王變量名.Value”[5].

2 模型建立與數(shù)據(jù)交換仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 系統(tǒng)仿真模型的搭建

以雙容水箱的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為仿真背景，雙容水箱的模型一般可等效為二階加純滯后結(jié)構(gòu)，且二階系統(tǒng)具有一定的普遍性[6].獲取數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)工具，再經(jīng)過(guò)整理，得到的被控對(duì)象模型函數(shù)如式(1)所示.

(1)

獲得被控模型后，需要在Simulink環(huán)境下，完成系統(tǒng)模型的搭建，如圖4所示[7].本文以傳統(tǒng)PID控制方案為例，經(jīng)調(diào)試，設(shè)定Kp=0.7，Ki=0.25，Kd=5；“OPC Read”連接變量為“Y.Value”，對(duì)應(yīng)組態(tài)王數(shù)據(jù)變量的Y，用于給定值的輸入；“OPC Write”連接變量為“X.Value”，對(duì)應(yīng)組態(tài)王數(shù)據(jù)變量的X，用于實(shí)際值的輸出與顯示；其他參數(shù)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置即可[8].

圖4 Simulink仿真連接圖

2.2 數(shù)據(jù)交換仿真結(jié)果

OPC通信技術(shù)的關(guān)鍵在于服務(wù)器與客戶端的創(chuàng)建，在完成整體仿真系統(tǒng)搭建之后，就能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的仿真實(shí)驗(yàn).打開(kāi)模型文件，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行組態(tài)王控制界面，同時(shí)調(diào)用組態(tài)王OPC服務(wù)器，開(kāi)始仿真測(cè)試.組態(tài)王仿真結(jié)果如圖5所示，Simulink仿真結(jié)果如圖6所示.

圖5 組態(tài)王實(shí)時(shí)曲線

時(shí)間/s圖6 Simulink仿真結(jié)果圖

仿真時(shí)間設(shè)定為200 s，從仿真結(jié)果可以看出曲線基本相同，但還存在著差異.當(dāng)給定值設(shè)置為2時(shí)，圖5中虛線為系統(tǒng)輸入，實(shí)線為系統(tǒng)輸出，曲線首次達(dá)到設(shè)定值所需時(shí)間約為27.3 s，調(diào)節(jié)時(shí)間約為57.2 s；圖6中輸出曲線首次達(dá)到設(shè)定值所需時(shí)間約為24.13 s，調(diào)節(jié)時(shí)間約為55.31 s.當(dāng)曲線基本趨于穩(wěn)定后，在組態(tài)王界面中改變輸入值為1，待曲線再次達(dá)到穩(wěn)定后，改變輸入值為3，從仿真曲線圖5中可以看出，系統(tǒng)約有2 s的滯后時(shí)間.

3 結(jié) 論

通過(guò)OPC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換，本文較為詳細(xì)地?cái)⑹隽朔?wù)器和客戶端的搭建過(guò)程，建立了MATLAB與組態(tài)王通信，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證.經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，在數(shù)據(jù)交換的過(guò)程中雖然存在一定的滯后問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不能同步進(jìn)行，但實(shí)現(xiàn)了不同平臺(tái)之間數(shù)據(jù)的交換，便于對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理，效果比較理想.