現(xiàn)場(chǎng)總線--PID控制算法應(yīng)用研究

　　(1) 自動(dòng)化接口

　　OPC基金會(huì)為方便用戶在各種環(huán)境下軟件開(kāi)發(fā)，為數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)范提供兩類接口：自動(dòng)化接口和定制接口?；诙ㄖ平涌诘拈_(kāi)發(fā)，需要用到較深的COM/DCOM知識(shí)，比較晦澀難懂，而運(yùn)用自動(dòng)化接口則有以下優(yōu)點(diǎn)：客戶程序可以很容易地應(yīng)用接口，而無(wú)需了解接口的詳細(xì)內(nèi)部機(jī)理;可以運(yùn)用事件觸發(fā)機(jī)制;可以生成一個(gè)通用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)或控件供所有客戶端應(yīng)用程序使用。

　　(2) 自動(dòng)化接口的通信機(jī)制

　　OPC客戶程序通過(guò)封裝的OPC自動(dòng)化接口動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)訪問(wèn)OPC服務(wù)器，如圖5所示。該動(dòng)態(tài)連接庫(kù)將OPC服務(wù)器的定制接口翻譯成OPC客戶程序希望的自動(dòng)化接口，以供客戶程序調(diào)用。OPC客戶程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是進(jìn)程內(nèi)的通信，而動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和OPC服務(wù)器的通信則基于COM/DCOM，既可以是進(jìn)程內(nèi)或本地的連接，又可以是遠(yuǎn)程連接。封裝的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)解決了定制接口的解釋和二者的通信，從而大大簡(jiǎn)化了OPC客戶程序的開(kāi)發(fā)?！?/p>

　　圖1 OPC客戶程序與服務(wù)器的通迅

　　(3) 自動(dòng)化對(duì)象模型

　　OPC客戶程序的開(kāi)發(fā)關(guān)鍵在于搞清該動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的封裝結(jié)構(gòu)，也即自動(dòng)化接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)可以用圖6所示的自動(dòng)化對(duì)象模型表示。它主要由六類對(duì)象組成：

　　OPCServer:OPC服務(wù)器的一個(gè)實(shí)例。只有創(chuàng)建了OPCServer對(duì)象以后才能獲得OPC服務(wù)器的信息，它包括OPCGroups的搜索以及OPCBrowser對(duì)象的創(chuàng)建;

　　OPCGroups：能夠自動(dòng)搜集到OPCServer范圍內(nèi)客戶端創(chuàng)建的所有的OPCGroup對(duì)象;

　　OPCGroup:OPCGroup對(duì)象的一個(gè)實(shí)例。它包含所有的狀態(tài)信息，并且為OPCGroup中所涉及的OPC- Items提供必要的服務(wù);

　　OPCItems：能夠自動(dòng)搜集到OPCServer范圍內(nèi)客戶端創(chuàng)建的對(duì)應(yīng)相應(yīng)的OPCGroup中的所有的OPCItem對(duì)象;

　　OPCItem：一個(gè)自動(dòng)化對(duì)象，它包含“位號(hào)”的定義，當(dāng)前值，狀態(tài)信息，最后更新時(shí)間;

　　OPCBrowser：瀏覽服務(wù)器中所有“位號(hào)”名稱的對(duì)象。對(duì)于每個(gè)OPCServer只能創(chuàng)建一個(gè)OPCBrowser對(duì)象?！　?/p>

　　圖2 自動(dòng)化對(duì)象模型

　　1.2 實(shí)現(xiàn)PID控制的OPC客戶程序

　　(1) 使用VB開(kāi)發(fā)OPC應(yīng)用程序

　　利用VB開(kāi)發(fā)OPC應(yīng)用程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)OPC自動(dòng)化接口的OPC包裝DLL是必須的，這個(gè)OPC包裝DLL一般應(yīng)該是由OPC服務(wù)器的供應(yīng)商提供的，為OPC客戶程序的軟件開(kāi)發(fā)提供了具有良好接口的工具。本文使用為OPC基金會(huì)的OPC包裝DLL進(jìn)行說(shuō)明。

　　因?yàn)樵谛陆ǖ腣B工程里OPC包裝DLL還沒(méi)有注冊(cè)，必須先用下述方法對(duì)OPC包裝DLL進(jìn)行注冊(cè)：

　　從VB菜單里選擇[工程(P)]-[引用(N)];

　　在[可用的引用(A)]的一覽表示中，選擇對(duì)應(yīng)的OPC包裝DLL的文件名，這里選擇[OPC Automation 2.0];

　　(2) 實(shí)現(xiàn)步驟

　　用VB編寫OPC客戶端程序包含以下步驟：

　　添加服務(wù)器的引用，創(chuàng)建OPC服務(wù)器對(duì)象，并將客戶程序與服務(wù)器相連;

　　創(chuàng)建組集合并添加組對(duì)象;

　　添加OPC項(xiàng)，利用OPCBrowse方法瀏覽整個(gè)服務(wù)器中所有的項(xiàng)，選擇需要的項(xiàng)，將其添加到規(guī)定的組中，并顯示其值和狀態(tài);

　　在主畫面中顯示添加的組和項(xiàng)。

　　(3) 程序設(shè)計(jì)

　　圖3是以VB實(shí)現(xiàn)的具有PID功能的OPC同步客戶程序?！　?/p>

　　圖3 實(shí)現(xiàn)PID控制的OPC客戶程序

　　該單回路控制過(guò)程為自衡非振蕩，具有相互影響的雙容過(guò)程。其數(shù)學(xué)模型可用如下傳遞函數(shù)描述：G(s)=式中， Kp， Tp，τ為過(guò)程的增益、時(shí)間常數(shù)和時(shí)滯。式中的各參數(shù)可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線用圖解法求得。

　　下面給出確定傳遞函數(shù)的參數(shù)的方法：設(shè)圖7中的控制量為q，測(cè)量值為y(∞)，新的穩(wěn)態(tài)值為設(shè)定值，增益K可由輸入輸出的穩(wěn)態(tài)值直接算出，而Tp，τ則可以用作圖法確定。為了能夠隨時(shí)調(diào)用在OPC服務(wù)器上采集的測(cè)量值y并繪制出相應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線，這里把選擇的數(shù)據(jù)存放在指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中(采用SQL2000數(shù)據(jù)庫(kù))。同時(shí)也是為了在進(jìn)行算法的仿真的時(shí)候，既可以從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中取數(shù)據(jù)，也可隨著數(shù)據(jù)的采集，可以不斷刷新數(shù)據(jù)，進(jìn)行算法的優(yōu)化，如圖4所示。　　

　　圖4 SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)中存取OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)

　　2、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)FF現(xiàn)場(chǎng)總線的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，論述OPC技術(shù)，目的是希望通過(guò)VB去開(kāi)發(fā)OPC自動(dòng)化接口的客戶應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)PID控制算法到OPC 客戶應(yīng)用程序的應(yīng)用編程，方便用戶的使用和系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)，同時(shí)研究SQL Server 2000的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，用于歷史數(shù)據(jù)的存取以及算法的仿真。如何實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，可以使用OLE自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)VB與Matlab混合編程，即用VB編寫OPC客戶端程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，而利用Matlab進(jìn)行先進(jìn)控制算法的編寫，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是下一步研究的重點(diǎn)。