摘要：本文介紹了一種基于組態(tài)王和VB6.0的液位控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程。本方案利用組態(tài)王良好的人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集功能，并結(jié)合VB環(huán)境編程的便利性，采用可靠的OPC接口建立組態(tài)王和VB之間的數(shù)據(jù)通訊。利用組態(tài)王開(kāi)發(fā)服務(wù)器端畫(huà)面，在VB客戶(hù)端環(huán)境中編寫(xiě)控制算法，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的精確控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法使用簡(jiǎn)單可靠，可廣泛應(yīng)用于教學(xué)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建工作。
關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn)；組態(tài)王；VB6.0；OPC接口
0 引言
以PLC、組態(tài)軟件為單元，可以組成從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng)[1]。PLC可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯編程及簡(jiǎn)單的算法編程，但是對(duì)于先進(jìn)控制算法，如模糊控制算法等涉及到矩陣運(yùn)算[2]，由于算法本身的復(fù)雜性，單純依靠PLC編程功能已經(jīng)不能滿足要求；組態(tài)軟件編程語(yǔ)言雖然簡(jiǎn)單，但大多數(shù)是腳本語(yǔ)言，在處理算法方面仍然存在諸多不便。因此，提出將算法寫(xiě)入VB（Visual Basic）程序的思路，借助VB的快速運(yùn)算功能及豐富的函數(shù)庫(kù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)算法編寫(xiě)，求解輸出值通過(guò)可靠的OPC接口反饋給組態(tài)軟件[3]，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的控制。
本文正是基于上述思路，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于組態(tài)王和VB的液位控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)簡(jiǎn)單可靠，本文在VB環(huán)境中編寫(xiě)了傳統(tǒng)的PID控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙容水箱液位的仿真控制。此外，在此平臺(tái)上可以繼續(xù)開(kāi)發(fā)其他高級(jí)算法，避免了聯(lián)機(jī)編程測(cè)試的繁瑣性。
1. 組態(tài)王與VB的OPC通信
1.1 OPC通訊原理
現(xiàn)在常用的組態(tài)王和VB通信的接口有DDE和OPC，但在實(shí)際使用過(guò)程中，廣大用戶(hù)發(fā)現(xiàn)采用DDE在設(shè)備和控制系統(tǒng)之間傳遞實(shí)時(shí)信息并非理想的辦法，因?yàn)樗趥鬏斝阅芎涂煽啃缘确矫娑即嬖谠S多限制，另外DDE不適用于大量數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，并且DDE從來(lái)沒(méi)有為不同計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換提供可靠的機(jī)制；OPC的產(chǎn)生有效的解決了此類(lèi)問(wèn)題[4]。
OPC是用于工業(yè)設(shè)備服務(wù)器的一種標(biāo)準(zhǔn)化接口。OPCServer可以讓設(shè)備與各種支持0PC 的組態(tài)軟件之間進(jìn)行簡(jiǎn)明的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換。在過(guò)去，為了存取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)商都需要編寫(xiě)專(zhuān)用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類(lèi)繁多，且產(chǎn)品的不斷升級(jí)，往往給用戶(hù)和軟件開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)集成商和開(kāi)發(fā)商需要一種具有高效性、可靠性、開(kāi)放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。OPC 以O(shè)LE/COM/DCOM機(jī)制作為應(yīng)用程序級(jí)的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，把開(kāi)發(fā)訪問(wèn)接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶(hù)，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和可互操作性。OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括兩個(gè)組成部分，OPC服務(wù)器部分及 OPC客戶(hù)應(yīng)用部分，其中OPCServer基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。且在傳輸速率和可靠性方面，優(yōu)于DDE接口，因此本文采用OPC接口完成VB與組態(tài)王數(shù)據(jù)通訊。
圖 1 OPC Server基本結(jié)構(gòu)圖
1.2 OPC程序設(shè)計(jì)
為了方便用戶(hù)使用組態(tài)王OPC Server功能，對(duì)組態(tài)王的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，北京亞控為組態(tài)王OPC用戶(hù)提供了kingvewcliend.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，其內(nèi)部包含 StartCliend、ReadTag、WriteTag等豐富庫(kù)函數(shù)。本方案在VB環(huán)境下，通過(guò)此動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)完成和組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，最終將下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)OPC接口實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇M態(tài)王。
具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是，用StartCliend函數(shù)實(shí)現(xiàn)VB工程及組態(tài)王工程的連接，用戶(hù)調(diào)用AddTag函數(shù)將要采集的項(xiàng)目添加到采集的列表中（如圖2所示），用戶(hù)必須進(jìn)行此操作，否則不能進(jìn)行項(xiàng)目的采集。當(dāng)用戶(hù)調(diào)用此函數(shù)后，函數(shù)將返回項(xiàng)目在采集列表中的位置（TagID）和項(xiàng)目的數(shù)據(jù)類(lèi)型（TagDataType），用戶(hù)將根據(jù)返回的信息進(jìn)行采集。用戶(hù)添加完成采集項(xiàng)目列表后，可以通過(guò)調(diào)用Readtag和WriteTag函數(shù)來(lái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行讀寫(xiě)。
圖 2 部分項(xiàng)目列表
向組態(tài)王寫(xiě)數(shù)據(jù)
For i = 1 To TagNo-5 Step 1
If i = 1 Then
Data = YeWei_Xia
End If
………………………………
xuhao = Val(i)
Select Case Typ(xuhao - 1)
Case 11
bVal = Val(Data)
Case 3
lVal = Val(Data)
Case 4
fVal = Val(Data)
Case 8
sVal = Data
Case Else
MsgBox "無(wú)效的數(shù)據(jù)類(lèi)型，不能寫(xiě)數(shù)據(jù)。", 64, "錯(cuò)誤"
Exit Sub
End Select
ret = WriteTag(i, bVal, lVal, fVal, sVal)
Next i
1.3 PID程序設(shè)計(jì)
在VB環(huán)境中編寫(xiě)液位的控制程序，為了確保整個(gè)系統(tǒng)的控制精度，我們?cè)谶@采用串級(jí)控制，將下水箱液位作為主控對(duì)象，上水箱液位作為副控對(duì)象。采用PID控制算法（運(yùn)算規(guī)律如式1），外環(huán)采用PID調(diào)節(jié)器，內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。
2、組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)
北京亞控公司的組態(tài)王有良好的圖形界面，豐富的驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)功能，編程風(fēng)格簡(jiǎn)單、純中文界面，且與其他應(yīng)用程序交換方便。本系統(tǒng)正是利用組態(tài)王強(qiáng)大的組態(tài)功能建立了雙容水箱的服務(wù)器端畫(huà)面，包括主畫(huà)面、PID控制畫(huà)面、歷史趨勢(shì)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面及報(bào)表畫(huà)面等。通過(guò)OPC協(xié)議建立組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典變量與VB客戶(hù)端的連接，實(shí)現(xiàn)VB變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其中主畫(huà)面如圖3所示。
圖3 組態(tài)王主畫(huà)面
3、系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析
在組態(tài)王環(huán)境編輯好組態(tài)畫(huà)面后，通過(guò)OPC協(xié)議建立與VB客戶(hù)端連接。在VB客戶(hù)端制作操作界面如圖4所示。編譯執(zhí)行液位控制程序，并且通過(guò)點(diǎn)擊“連接服務(wù)器”按鈕建立OPC連接，并點(diǎn)擊“添加項(xiàng)目”按鈕建立組態(tài)王數(shù)據(jù)字典與VB變量連接，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)VB客戶(hù)端液位及其他變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖5為組態(tài)王服務(wù)器端監(jiān)測(cè)到的下水箱液位曲線，通過(guò)曲線可以看出，該平臺(tái)數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確率高。
- 4. 結(jié)論
在組態(tài)王環(huán)境編輯好組態(tài)畫(huà)面后，通過(guò)OPC協(xié)議建立與VB客戶(hù)端連接。在VB客戶(hù)端制作操作界面如圖4所示。編譯執(zhí)行液位控制程序，并且通過(guò)點(diǎn)擊“連接服務(wù)器”按鈕建立OPC連接，并點(diǎn)擊“添加項(xiàng)目”按鈕建立組態(tài)王數(shù)據(jù)字典與VB變量連接，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)VB客戶(hù)端液位及其他變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖5為組態(tài)王服務(wù)器端監(jiān)測(cè)到的下水箱液位曲線，通過(guò)曲線可以看出，該平臺(tái)數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確率高。
4、 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于OPC接口搭建的液位控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。采用組態(tài)王建立服務(wù)器端畫(huà)面，在VB客戶(hù)端編寫(xiě)液位PID控制算法，兩者通過(guò)OPC接口建立連接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性好，可廣泛應(yīng)用于教學(xué)場(chǎng)合。除此之外，此種方法也可以有效彌補(bǔ)PLC無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法編程的缺陷，使PLC控制方法更加靈活，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
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