現(xiàn)場總線--PID控制算法應(yīng)用研究

　　(1) 自動化接口

　　OPC基金會為方便用戶在各種環(huán)境下軟件開發(fā)，為數(shù)據(jù)訪問規(guī)范提供兩類接口：自動化接口和定制接口。基于定制接口的開發(fā)，需要用到較深的COM/DCOM知識，比較晦澀難懂，而運用自動化接口則有以下優(yōu)點：客戶程序可以很容易地應(yīng)用接口，而無需了解接口的詳細(xì)內(nèi)部機理;可以運用事件觸發(fā)機制;可以生成一個通用的動態(tài)鏈接庫(DLL)或控件供所有客戶端應(yīng)用程序使用。

　　(2) 自動化接口的通信機制

　　OPC客戶程序通過封裝的OPC自動化接口動態(tài)鏈接庫訪問OPC服務(wù)器，如圖5所示。該動態(tài)連接庫將OPC服務(wù)器的定制接口翻譯成OPC客戶程序希望的自動化接口，以供客戶程序調(diào)用。OPC客戶程序和動態(tài)鏈接庫是進程內(nèi)的通信，而動態(tài)鏈接庫和OPC服務(wù)器的通信則基于COM/DCOM，既可以是進程內(nèi)或本地的連接，又可以是遠(yuǎn)程連接。封裝的動態(tài)鏈接庫解決了定制接口的解釋和二者的通信，從而大大簡化了OPC客戶程序的開發(fā)。　

　　圖1 OPC客戶程序與服務(wù)器的通迅

　　(3) 自動化對象模型

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

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

　　OPCGroups：能夠自動搜集到OPCServer范圍內(nèi)客戶端創(chuàng)建的所有的OPCGroup對象;

　　OPCGroup:OPCGroup對象的一個實例。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：能夠自動搜集到OPCServer范圍內(nèi)客戶端創(chuàng)建的對應(yīng)相應(yīng)的OPCGroup中的所有的OPCItem對象;

　　OPCItem：一個自動化對象，它包含“位號”的定義，當(dāng)前值，狀態(tài)信息，最后更新時間;

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

　　圖2 自動化對象模型

　　1.2 實現(xiàn)PID控制的OPC客戶程序

　　(1) 使用VB開發(fā)OPC應(yīng)用程序

　　利用VB開發(fā)OPC應(yīng)用程序時，實現(xiàn)OPC自動化接口的OPC包裝DLL是必須的，這個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客戶程序的軟件開發(fā)提供了具有良好接口的工具。本文使用為OPC基金會的OPC包裝DLL進行說明。

　　因為在新建的VB工程里OPC包裝DLL還沒有注冊，必須先用下述方法對OPC包裝DLL進行注冊：

　　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，選擇對應(yīng)的OPC包裝DLL的文件名，這里選擇[OPC Automation 2.0];

　　(2) 實現(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象;

　　添加OPC項，利用OPCBrowse方法瀏覽整個服務(wù)器中所有的項，選擇需要的項，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。

　　(3) 程序設(shè)計

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

　　圖3 實現(xiàn)PID控制的OPC客戶程序

　　該單回路控制過程為自衡非振蕩，具有相互影響的雙容過程。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為過程的增益、時間常數(shù)和時滯。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。為了能夠隨時調(diào)用在OPC服務(wù)器上采集的測量值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)庫中(采用SQL2000數(shù)據(jù)庫)。同時也是為了在進行算法的仿真的時候，既可以從歷史數(shù)據(jù)庫中取數(shù)據(jù)，也可隨著數(shù)據(jù)的采集，可以不斷刷新數(shù)據(jù)，進行算法的優(yōu)化，如圖4所示?！　?/p>

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

　　2、結(jié)束語

　　通過FF現(xiàn)場總線的過程控制實驗系統(tǒng)的設(shè)計過程，論述OPC技術(shù)，目的是希望通過VB去開發(fā)OPC自動化接口的客戶應(yīng)用程序，實現(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)的維護和升級，同時研究SQL Server 2000的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于歷史數(shù)據(jù)的存取以及算法的仿真。如何實現(xiàn)更加復(fù)雜的先進控制算法，可以使用OLE自動化技術(shù)來實現(xiàn)VB與Matlab混合編程，即用VB編寫OPC客戶端程序來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，而利用Matlab進行先進控制算法的編寫，從而對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析，是下一步研究的重點。