基于OPC的组态王与Simulink数据交换仿真设计

2021-08-31孟亚男

吉林化工学院学报 2021年7期

冯兼,孟亚男

(吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林 132022)

OPC(OLE for Process Control)由世界上一些著名的软硬件公司联合建立，主要用于实现不同平台数据间的实时交换，被广泛应用于工业控制领域.目前，国内主流的监控组态软件已经全面支持OPC相关服务，而且MATLAB软件自7.0版本也集成了OPC工具箱，为数据的读写和处理提供了便利.因此，学者们关于OPC技术的研究与应用更加广泛，借助数据采集卡，利用OPC接口技术建立串口通信，与监控组态软件进行数据交换，从而实现智能算法在设备上的应用[1-2].本文在同一台电脑建立OPC服务器和客户端，较为详细的介绍了建立过程，并进行了数据交换仿真实验的设计，通过仿真结果可以看出，利用OPC技术完成了不同平台间数据的交换，效果良好.

1 OPC通信的建立

自MATLAB/Simulink 7.0版本开始，OPC Toolbox开始封装在软件中，只要遵循通用规则，就可以进行使用.OPC是一套标准的OLE/DCOM接口协议，其规范由OPC客户端(OPC Client)和OPC服务器(OPC Server)两个部分组成.仿真环境的基本结构如图1所示，MATLAB/Simulink为OPC客户端，控制程序在MATLAB中实现，组态王为OPC服务器，在组态王中进行画面的监控，利用OPC技术可以在同一台计算机上实现数据交换[3].

图1 OPC数据交换基本框图

1.1 组态王OPC服务配置

本文使用的组态王为7.5 sP3版本，不同版本的组态王在配置时可能会有一些差异，但一般影响不大.在组态王设备中选择OPC服务器，在“网络节点名”中填写“\loaclhost”，选中右侧“KingView.View.1”，其他按照默认配置即可，设置完成的OPC服务器画面如图2所示[4].

图2 组态王OPC服务器参数配置图

服务器配置完成后，在数据词典中添加变量.组态王新建的OPC变量类型为I/O型，变量名需全英文，以便MATLAB/Simulink中引用；“连接设备”需要选择已经建立完成的OPC服务器，再按照实际要求选择变量的其他属性即可，如图3所示.

图3 变量参数设置

1.2 MATLAB/Simulink环境下OPC服务配置

MATLAB首次使用OPC服务时，需要进行安装与注册.一般在MATLAB根目录下，toolboxopc子文件夹中带有“.msi”OPC控件，安装成功后就可以使用OPC组件.MATLAB/Simulink自带的OPC工具箱主要由OPC Configuration、OPC Read、OPC Write 3个模块构成，配置好OPC服务器，就可以用读、写模块进行数据的交换.在OPC Configuration模块中，需要对KingView.View.1服务器进行连接，服务器连接成功后可能看不到变量，但不影响变量的调用与连接；OPC Read 和OPC Write模块功能类似，用来从服务器中进行读写数据，但在添加变量时，格式必须遵循“组态王变量名.Value”[5].

2 模型建立与数据交换仿真实验

2.1 系统仿真模型的搭建

以双容水箱的实验设备为仿真背景，双容水箱的模型一般可等效为二阶加纯滞后结构，且二阶系统具有一定的普遍性[6].获取数据后经过系统辨识工具，再经过整理，得到的被控对象模型函数如式(1)所示.

(1)

获得被控模型后，需要在Simulink环境下，完成系统模型的搭建，如图4所示[7].本文以传统PID控制方案为例，经调试，设定Kp=0.7，Ki=0.25，Kd=5；“OPC Read”连接变量为“Y.Value”，对应组态王数据变量的Y，用于给定值的输入；“OPC Write”连接变量为“X.Value”，对应组态王数据变量的X，用于实际值的输出与显示；其他参数根据实际需要进行设置即可[8].

图4 Simulink仿真连接图

2.2 数据交换仿真结果

OPC通信技术的关键在于服务器与客户端的创建，在完成整体仿真系统搭建之后，就能够进行数据交换的仿真实验.打开模型文件，系统自动运行组态王控制界面，同时调用组态王OPC服务器，开始仿真测试.组态王仿真结果如图5所示，Simulink仿真结果如图6所示.

图5 组态王实时曲线

时间/s图6 Simulink仿真结果图

仿真时间设定为200 s，从仿真结果可以看出曲线基本相同，但还存在着差异.当给定值设置为2时，图5中虚线为系统输入，实线为系统输出，曲线首次达到设定值所需时间约为27.3 s，调节时间约为57.2 s；图6中输出曲线首次达到设定值所需时间约为24.13 s，调节时间约为55.31 s.当曲线基本趋于稳定后，在组态王界面中改变输入值为1，待曲线再次达到稳定后，改变输入值为3，从仿真曲线图5中可以看出，系统约有2 s的滞后时间.