歐志新

摘要：利用KingView組態(tài)可視化設(shè)計(jì)界面功能與Matlab計(jì)算仿真功能來實(shí)現(xiàn)變電所液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)能量儲(chǔ)存的實(shí)現(xiàn)過程。應(yīng)用組態(tài)中動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE，Dynamic Data Exchange）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與Matlab的通信，將其控制原理應(yīng)用到能量存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)過程控制中。既可以完成數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)，也可以修正復(fù)雜的算法控制精度。用戶可以方便的操作和監(jiān)控控制效果，并進(jìn)一步完善和檢測設(shè)計(jì)的正確性和互動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：KingView組態(tài);液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu);DDE技術(shù);能量存儲(chǔ);Matlab控制

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 引 言

變電所在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著供給負(fù)載電能的功能，電能的變換和傳輸依靠穩(wěn)定可靠的變電所內(nèi)部電氣設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)。其中高壓開關(guān)作用尤為重要，是直接控制電路的通斷與故障檢測保障安全為目的[1]。高壓斷路器能夠完成分合閘操作與電氣檢測，需要存儲(chǔ)能量瞬時(shí)通過機(jī)構(gòu)連桿傳送能量，完成動(dòng)靜觸頭瞬時(shí)分合動(dòng)作。

研究帶有液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器分合閘在變電所中的應(yīng)用為分析案例，建立上位機(jī)KingView組態(tài)動(dòng)態(tài)演示界面，下位機(jī)通過DDE技術(shù)鏈接通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸為載體，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)與采集，基于Matlab強(qiáng)大的計(jì)算與處理數(shù)據(jù)能力，有效的監(jiān)控主界面高壓開關(guān)分合閘液壓能量存儲(chǔ)與動(dòng)作過程，為實(shí)踐電氣設(shè)備與后臺(tái)仿真一體化共享數(shù)據(jù)保存與分析提供參考。

2 KingView組態(tài)平臺(tái)與開發(fā)

KingView組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)[2]。

2.1 服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)配置

其中KingNetClient的寄存器的讀寫都是打包發(fā)送的，讀寄存器立即從驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)區(qū)將數(shù)值返回給組態(tài)王。每間隔delay時(shí)間，將所有的組態(tài)王讀寫操作全部打成一個(gè)數(shù)據(jù)包，發(fā)送給KingNet-Server，無論是否收到KingNetServer的返回，下一間隔delay繼續(xù)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包[3]。服務(wù)器接收到客戶端數(shù)據(jù)，發(fā)送給客戶端返回?cái)?shù)據(jù)，客戶端收到服務(wù)器的返回?cái)?shù)據(jù)后保存在驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)區(qū)。具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

（1）組態(tài)工程是一個(gè)開發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。

（2）數(shù)據(jù)區(qū)是核心對已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。

（3）客戶端與接收數(shù)據(jù)區(qū)從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。

2.2 仿真開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Matlab仿真計(jì)算與數(shù)據(jù)庫功能在虛擬與網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境下開發(fā)數(shù)據(jù)處理程序，實(shí)現(xiàn)用戶將遠(yuǎn)程采集后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的測量數(shù)據(jù)從瀏覽器輸入，并提交給Web server上的Matlab進(jìn)行計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果和圖形直觀地顯示在瀏覽器上[4]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本方法研制的遠(yuǎn)程測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方便、直觀、快速，具有良好的實(shí)用性、通用性。并通過遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真監(jiān)控界面實(shí)時(shí)操作與修正的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

3 DDE通信與數(shù)據(jù)采集

3.1 DDE作用

DDE技術(shù)是計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序交換數(shù)據(jù)采用的一種協(xié)議，使用系統(tǒng)內(nèi)存共享消息方式達(dá)成不同應(yīng)用程序之間能交換數(shù)據(jù)[5]。服務(wù)器與客戶機(jī)數(shù)據(jù)交換的方法，根據(jù)連接方式的不同也有所區(qū)別。

本文采用的通信方式就是熱鏈處理方式，既工控KingView組態(tài)作為服務(wù)器，Matlab作為客戶機(jī)，組態(tài)王和Matlab之間進(jìn)行I/O變量的數(shù)據(jù)傳送與計(jì)算，在組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫定義變量，定義I＼O變量的同時(shí)，同時(shí)也定義項(xiàng)目名稱[6-7]。由于Matlab中間的一些計(jì)算過程變量需要顯示在組態(tài)王中，而這些變量是非I/O的，無法傳遞。這樣使組態(tài)王的過程控制，更加方便實(shí)用。

3.2 DDE在KingView組態(tài)中的使用方法

設(shè)備工具欄中，選擇COM1口，設(shè)置通信參數(shù)，下位機(jī)選擇亞控仿真PLC設(shè)置[8]。

串口通訊參數(shù)設(shè)置對話框，必須對串口通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置且設(shè)置項(xiàng)要與實(shí)際設(shè)備中的設(shè)置項(xiàng)完全一致（包括：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)選項(xiàng)的設(shè)置），否則會(huì)導(dǎo)致通訊失敗。上位機(jī)與下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)鏈接順序如圖3所示。

就地運(yùn)行方式通過上位機(jī)KingView組態(tài)軟件程序編譯，模擬實(shí)驗(yàn)界面進(jìn)行操控。PLC語言編譯程序控制各個(gè)參量選擇內(nèi)存量和I/O接口外部從下位機(jī)采集的參量。

3.3 DDE與Matlab仿真數(shù)據(jù)交換

工控組態(tài)軟件中DDE協(xié)議技術(shù)應(yīng)用主要在數(shù)據(jù)交換，在定義I/O變量時(shí)這只服務(wù)器的三個(gè)標(biāo)識名，即：服務(wù)程序名、話題名、項(xiàng)目名。如果不清楚這三個(gè)標(biāo)識系統(tǒng)將傳輸數(shù)據(jù)無序，造成接收不到或者數(shù)據(jù)不全的情形[9]。由于DDE具有的缺點(diǎn)在計(jì)算與仿真過程中，利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與處理能力借助第三方平臺(tái)完成數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)路soL與電子表格EXCEL可以完成這個(gè)問題。參數(shù)與通信鏈接如表1所示。

在工控組態(tài)中建立通信與數(shù)據(jù)處理鏈接利用數(shù)據(jù)表格與DDE設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，定義的變量（UA、UB、UC，Ia、Ib、Ic）必須符合采集參數(shù)統(tǒng)一通道[10]。在Matlab仿真，利用子程序單元直接將三個(gè)變量發(fā)送至第一列第一行（rlcl），類推為rlc2，rlc3。自動(dòng)傳輸利用建立好的組態(tài)王和Excel關(guān)系在組態(tài)監(jiān)控界面中顯示數(shù)據(jù)變化與參量定義一致。

4 案例應(yīng)用

KingView組態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是接收與分析下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控與動(dòng)態(tài)監(jiān)測，如果下位機(jī)設(shè)備通信與數(shù)據(jù)失真，則上位機(jī)的顯示動(dòng)畫和狀態(tài)參數(shù)就無法匹配，達(dá)不到理想的監(jiān)控一體化互動(dòng)效果，所以下位機(jī)設(shè)計(jì)與通信連接至關(guān)重要，選擇DDE通信在于設(shè)置與數(shù)據(jù)處理簡單，便于后期Matlab接口仿真與穩(wěn)定性測試。

4.1 液壓能量存儲(chǔ)KingView設(shè)計(jì)過程

如圖4所示為利用KingView組態(tài)設(shè)計(jì)與繪制的能量存儲(chǔ)液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理示意圖。其工作過程為：（1）油缸監(jiān)測進(jìn)出油移動(dòng)位置與存儲(chǔ)容量，壓力表和指針報(bào)警顯示;（2）控制系統(tǒng)利用進(jìn)出閥和油泵設(shè)置預(yù)警值和油箱最大值和最小值;（3）管道與閥門設(shè)置閉鎖與自動(dòng)/手動(dòng)控制方式，達(dá)到閥值閥門自動(dòng)關(guān)閉，或者最小值預(yù)警時(shí)手動(dòng)關(guān)閉閥門，不影響油缸和油箱進(jìn)出油容量，保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能量儲(chǔ)存和實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)桿移動(dòng)驅(qū)使觸頭完成分合閘動(dòng)作。并在上位機(jī)中可視化動(dòng)態(tài)操作過程和數(shù)據(jù)顯示并用指示燈報(bào)警和正常演示功能。

4.2 DDE設(shè)備與數(shù)據(jù)庫連接

設(shè)置檢測數(shù)據(jù)與通信鏈接處于組態(tài)控制系統(tǒng)參數(shù)屬性定義中，為數(shù)據(jù)庫后臺(tái)運(yùn)行提供輸出通道，主要考慮開關(guān)調(diào)節(jié)量與液位容量控制，設(shè)置參數(shù)屬性如圖5所示。

其中，Gas為相位補(bǔ)償器。由公式（3）可以看出，為了獲得良好的跟蹤特性，Gas Gag應(yīng)有較大的放大倍數(shù)。但單純增大Gas Gag的放大倍數(shù)會(huì)使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)與計(jì)算就是要求液壓裝置在對數(shù)據(jù)采集與傳輸基礎(chǔ)上，力求計(jì)算油箱和油缸的輸入與輸出保持一致與穩(wěn)定，控制環(huán)節(jié)按照公式（1）匹配。DDE技術(shù)應(yīng)用突出在下位機(jī)數(shù)據(jù)處理與通信方面，而上位組態(tài)重點(diǎn)在監(jiān)測后臺(tái)的運(yùn)行環(huán)節(jié)[12]。

從圖7表明下位機(jī)數(shù)據(jù)采用DDE連接通信時(shí)，存在延遲和失真數(shù)據(jù)情況，在上位機(jī)運(yùn)行中油箱容量通過閥門控制進(jìn)入油缸的液壓油，儲(chǔ)存過程與管道控制和控制閥動(dòng)作時(shí)間有關(guān)，在下位機(jī)數(shù)據(jù)庫中剔除采集的失真或誤差過大的數(shù)據(jù)，保證在設(shè)置合理范圍內(nèi)數(shù)據(jù)交互的準(zhǔn)時(shí)和正確性。

從圖8得出數(shù)據(jù)上下位機(jī)交互效果明顯改善，通過對變電所液壓控制模式和參數(shù)狀態(tài)的分析，合適改變反饋類型和選擇控制參數(shù)，縮短DDE通信與可視化交互過程，在上位機(jī)界面設(shè)計(jì)中設(shè)置正確的采集參數(shù)和過程監(jiān)控，都對輸出結(jié)果存在重要影響。

5 結(jié)論

介紹了變電所液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)能量存儲(chǔ)的工作原理與運(yùn)行模式，表明在控制系統(tǒng)中反饋與通信協(xié)議在數(shù)據(jù)采集和分析運(yùn)算中作用，以組態(tài)KingView為上位機(jī)控制，下位機(jī)PLC采集交互數(shù)據(jù)與DDE通信模式為傳輸通道，建立Matlab和組態(tài)王之間通信的方法，使控制算法方便地應(yīng)用于控制系統(tǒng)中。

在設(shè)計(jì)能量儲(chǔ)存油缸和油箱作為載體實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，從仿真圖7，8得出，實(shí)時(shí)輸出與輸入?yún)?shù)設(shè)定可以完全匹配，并最后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和誤差一致性的最佳控制效果，控制時(shí)間和誤差幾乎為零?？梢奙atlab作為控制核心，具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，利用其強(qiáng)大的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，采集數(shù)據(jù)在上位機(jī)和下位機(jī)PLC兩種軟件之間傳遞，在處理速度上和界面開發(fā)周期與難度上具有優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的設(shè)計(jì)和控制反饋方案應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 北京亞控科技發(fā)展有限公司，組態(tài)王KingView 60A培訓(xùn)教程[M].北京：亞控公司，2003.

[2] 沙泉.MATLAB和組態(tài)王的數(shù)據(jù)通信[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6（4）：286-289.

[3]黃崢，宋年年，組態(tài)王在過程控制仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，6（6）：22-25.

[4] 崔紅，龐中華，劉軍，基于組態(tài)王6.0和MATLAB的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26（2）：173-176.

[5] 關(guān)業(yè)偉，魯凱生.組態(tài)王和MATLAB的DDE應(yīng)用研究[J].船海工程，2005，6（169）：50-52.

[6] 馮江濤，組態(tài)王與MATLAB的DDE通信設(shè)計(jì)[J].電力學(xué)報(bào)，2006，21（3）：292-293.

[7] 董新利，王景景，在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與MATLAB的DDE通訊[J].控制系統(tǒng)，2005，8（1）：3-5.

[8] 胡大斌，胡錦暉，吳峰，基于組態(tài)王與MATLAB的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，29（2）：234-237.

[9] 王越勝，楊啟堯，王劍.KingView在共晶合成監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J]，杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003 （12）：75- 78.

[10]孫旭霞，李生民.張維娜，工業(yè)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件一“組態(tài)王”的功能分析及應(yīng)用[J].儀器儀表用戶.2001，（8）：29 - 31.

[11]劉秀麗，徐小力.風(fēng)電場機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[J].電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2017，31（5）：794-801.

[12]常羽彤，王端民，張鵬.Matlab動(dòng)態(tài)鏈接庫編程技術(shù)及其工程應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，11-3：278-279.