熱電廠DCS系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)通訊的實現(xiàn)方法與過程

【摘 要】本文介紹了在構(gòu)建基于DCS與MATLAB的傳動系統(tǒng)仿真平臺時，數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)方法與過程。詳細(xì)闡述了EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀取，MATLAB對外部數(shù)據(jù)的調(diào)用，以及EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸入。

【關(guān)鍵詞】傳動系統(tǒng)仿真平臺；EDPF-NT系統(tǒng)；MATLAB；數(shù)據(jù)通信

0.引言

目前，分散控制系統(tǒng)（DCS）已廣泛用于石油、化工、電力、冶金等工業(yè)控制領(lǐng)域。在DCS的實際工程應(yīng)用中，通常需要根據(jù)不同的控制對象設(shè)計出具體的控制方案，然后在DCS上通過控制組態(tài)的方式進(jìn)行實現(xiàn)。但是由于實際工程的限制，新設(shè)計出的控制策略與算法很難有機(jī)會在現(xiàn)場進(jìn)行測試。因此，有必要設(shè)計出被控對象的仿真模型供DCS測試時使用。

近年來，出現(xiàn)了MATLAB這種功能強(qiáng)大并在控制領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的軟件，使用它可以很方便地為各種被控對象建立仿真模型。如能將DCS和MATLAB兩者相連，由DCS完成控制運(yùn)算功能，MATLAB提供被控對象的仿真模型。將充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，同時也能為科研人員開發(fā)新的控制策略和算法給予極大的幫助。

本文以傳動系統(tǒng)為例，基于國電智深的EDPF-NT系統(tǒng)和MATLAB傳動系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，在EDPF-NT系統(tǒng)中開發(fā)傳動系統(tǒng)電控模擬器，控制傳動系統(tǒng)的運(yùn)行。使用MATLAB構(gòu)建傳動系統(tǒng)模型，模擬傳動系統(tǒng)的運(yùn)行。該平臺可以方便的模擬傳動系統(tǒng)的換檔過程，為優(yōu)化換擋策略，提高傳動系統(tǒng)的整體性能提供較好的仿真環(huán)境。仿真平臺的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.仿真平臺硬件組成

在構(gòu)建傳動系統(tǒng)仿真平臺時，首先要解決硬件的設(shè)計問題。它主要由EDPF-NT系統(tǒng)的工程師站、DPU卡、COM卡、I/O卡和上位機(jī)組成。工程師站的功能是進(jìn)行組態(tài)及設(shè)計控制方案，而上位機(jī)主要是運(yùn)行傳動系統(tǒng)MATLAB模型和數(shù)據(jù)通信程序。

2.仿真平臺數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)

在進(jìn)行傳動系統(tǒng)仿真平臺構(gòu)建過程中，實現(xiàn)平臺內(nèi)數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的通信是重點研究的內(nèi)容，主要解決EDPF-NT系統(tǒng)與MATLAB的數(shù)據(jù)通信。出于安全性的考慮，EDPF-NT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫只允許讀取而不允許寫入，所以EDPF-NT系統(tǒng)與MATLAB模型的數(shù)據(jù)通信要分三部分實現(xiàn)，首先是在工程師站讀取EDPF-NT系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)并發(fā)送給上位機(jī)，其次是MATLAB模型讀取送至上位機(jī)的EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)，最后是在上位機(jī)中將MATLAB模型運(yùn)行后的數(shù)據(jù)通過COM卡送入EDPF-NT系統(tǒng)。

2.1 EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取

EDPF-NT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以特定的格式存儲于數(shù)據(jù)庫中，不能直接讀寫。國電智深為了方便用戶對于數(shù)據(jù)的使用，提供了可以被VC、VB等軟件調(diào)用的NTClient.dll文件，用戶可以通過NTClient.dll提供的函數(shù)來讀取EDPF-NT系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。本文采用VB開發(fā)了讀取EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時利用Winsock控件將讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)的程序。此程序分為三部分：

（1）聲明NTClient.dll提供的函數(shù)。

（2）讀取EDPF-NT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

（3）發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)。

2.2 MATLAB對EDPF-NT數(shù)據(jù)的調(diào)用

作為當(dāng)前最流行的仿真軟件，MATLAB在控制系統(tǒng)分析與設(shè)計中起著重要作用。但是MATLAB本身不提供底層通信接口，必須使用其它方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信。所以由EDPF-NT系統(tǒng)工程師站送至上位機(jī)的數(shù)據(jù)首先使用VB編寫的程序接收，接下來通過OPC技術(shù)實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的調(diào)用。

在不同的程序間傳遞數(shù)據(jù)時需要選擇合適的通信接口，為此引入工控行業(yè)的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)OPC （OLE for Process Contro1）技術(shù)。OPC技術(shù)試圖按照標(biāo)準(zhǔn)的方法解決不同程序、設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換問題，它采用服務(wù)器/客戶端模式，只要提供了具有統(tǒng)一OPC接口的服務(wù)器，即可按照一致的OPC客戶端接口訪問服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

MATLAB可以作為ActiveX自動化控制器，通過ActiveX自動化控制器技術(shù)，用戶可以在MATLAB中，通過編寫M文件對ActiveX自動化服務(wù)器進(jìn)行各種控制。利用VB開發(fā)使用OPC自動化接口的OPC AxtiveX控件，在OPC AxtiveX控件中添加通信模塊，接收EDPF-NT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)賦給OPC AxtiveX控件的屬性值，通過MATLAB獲取OPC AxtiveX控件中對應(yīng)的屬性值，就可以實現(xiàn)在OPC技術(shù)下MATLAB對EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)的調(diào)用。

首先是建立OPC AxtiveX控件，并在內(nèi)部工作變量的初始化中設(shè)置網(wǎng)絡(luò)。其次在OPC AxtiveX程序中添加網(wǎng)絡(luò)通信代碼，完成對EDPF-NT系統(tǒng)工程師站送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。最后將接收到的數(shù)據(jù)賦給ActiveX控件屬性值，生成OPC AxtiveX控件，并注冊。用于數(shù)據(jù)接收的OPC AxtiveX控件就可以被MATLAB來使用了。

在MATLAB使用一個ActiveX組件前，必須要找到對象的名字，即ProglD，另外還要了解對象用到的方法、屬性和事件。利用這些信息，通過ActiveX客戶支持就可以在MATLAB中應(yīng)用這個對象。

利用actxcontrol函數(shù)來生成一個ActiveX組件，實現(xiàn)MATLAB和OPC之間的通信。

在圖形窗口中生成一個ActiveX組件語法為：

h=actxcontro1（progid[，position[，handle···[，callback{event1 eventhander1；···event2 eventhandler2；}]]]）。

用get、set、invoke、propedit、release和delete等函數(shù)可以操作OPC AxtiveX控件，最終實現(xiàn)MATLAB對EDPF-NT數(shù)據(jù)的調(diào)用。

2.3 EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入實現(xiàn)

在前文提到，出于安全性的考慮，EDPF-NT系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)只允許讀取，不能直接寫入。所以必須使用Modbus協(xié)議通過COM卡將MATLAB模型運(yùn)行后的數(shù)據(jù)送到EDPF-NT系統(tǒng)。在VB中使用Modbus Master通信控件，可以方便的作為Master向Modbus的Slave（COM卡）發(fā)送數(shù)據(jù)。

在向EDPF-NT系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時，需要設(shè)置好相應(yīng)的通信參數(shù)，包括端口、波特率、響應(yīng)超時時間、數(shù)據(jù)位格式（RTU/ASCII）、校驗方式、停止位以及和COM卡相關(guān)的從站地址和發(fā)送數(shù)據(jù)時COM的物理起始地址。

MATLAB模型每次運(yùn)行結(jié)束后，就會自動將數(shù)據(jù)通過Modbus網(wǎng)絡(luò)送到EDPF-NT系統(tǒng)的COM卡，EDPF-NT系統(tǒng)將讀取送至COM卡的數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)通信測試

在軟硬件調(diào)試完成后，以手動換檔為例來測試平臺的數(shù)據(jù)通信是否準(zhǔn)確可靠。首先使平臺處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在EDPF-NT系統(tǒng)開發(fā)的傳動電控模擬器上進(jìn)行控制。

EDPF-NT系統(tǒng)的控制信號可以迅速地發(fā)送給上位機(jī)中的傳動系統(tǒng)模型，控制模型的運(yùn)行，同時上位機(jī)又將模型運(yùn)行后得到的數(shù)據(jù)發(fā)回EDPF-NT系統(tǒng)，并在電控模擬器的界面上顯示。

測試時，在電控模擬器上進(jìn)行操作，從一檔逐次換到四檔。位于上位機(jī)中的傳動系統(tǒng)模型接收換檔控制信號后，按照所給的檔位運(yùn)行，運(yùn)行后得到的傳動系統(tǒng)變速箱輸出轉(zhuǎn)速曲線.通過測試可以看到，仿真平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)通信迅速、準(zhǔn)確、可靠，能夠滿足仿真實驗的要求。

4.結(jié)論

本文針對基于國電智深EDPF-NT系統(tǒng)和MATLAB的傳動系統(tǒng)中不同設(shè)備、軟件間數(shù)據(jù)不能共享的問題，提供了比較完善的解決方法，實現(xiàn)了整個平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)通信，運(yùn)行表明整個系統(tǒng)運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)通信準(zhǔn)確迅速，為傳動系統(tǒng)的研究提供了的幫助。