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          OPC技術(shù)在液位控制中的應用解析

          作者: 時間:2018-08-07 來源:網(wǎng)絡 收藏

          引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/385766.htm

          隨著智能儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)越來越多地應用于工業(yè)現(xiàn)場,計算機控制系統(tǒng)內(nèi)部各軟硬件間以及不同系統(tǒng)間需要進行大量的信息共享與交互。由于目前企業(yè)使用的控制系統(tǒng)往往由不同廠商開發(fā),因此相互間的兼容性差。

          雖然采用專用接口或數(shù)據(jù)庫互連可實現(xiàn)部分信息交互,但因?qū)嵤┏杀靖?、系統(tǒng)集成難度大,所以大家一直在探討新的解決方法,OPC(OLE for process contr01)技術(shù)就是其中之一。

          OPC規(guī)范是由AB、西門子等200多家自動化廠商與微軟合作制定的一項工業(yè)標準。該標準定義了在微軟操作系統(tǒng)下,不同程序、設備之間交換實時數(shù)據(jù)的方法,能將現(xiàn)場信號按照統(tǒng)一的標準與各廠商提供的軟件無縫連接,同時對硬件制造商和軟件開發(fā)商劃分了界限,大大提高了控制系統(tǒng)的互操作性、適應性和可擴展性。

          1 基于系統(tǒng)

          1.1液位對象

          液位對象是常見的工業(yè)過程被控對象,復雜液位對象具有時變、非線性、大滯后和不確定性等過程對象的典型特征。

          本文提出的液位系統(tǒng)是一種基于的多級網(wǎng)絡控制平臺,并在其中嵌入了模糊控制算法,控制網(wǎng)絡很好地實現(xiàn)了現(xiàn)場操作級、工程師站和專家站的信息共享。同時,通過Access數(shù)據(jù)庫、VB等應用軟件將專家知識庫、過程模型、仿真圖件及實際生產(chǎn)過程無縫地連接起來,組成了一種開放的、即插即用的工業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)。

          本文所用對象為深圳固高公司的三容水箱系統(tǒng),其雙容液位部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

          圖1 液位對象結(jié)構(gòu)

          水由水泵從儲水箱中抽出后,流經(jīng)電磁閥、水柱1、手動閥1、水柱2、手動閥2,再回到儲水箱。該對象的輸入信號為電磁閥電壓,輸出信號為兩水柱水位。各閥門的開度變化均可影響對象的非線性程度。

          1.2系統(tǒng)的OPC結(jié)構(gòu)

          本文中的系統(tǒng)采用圖2所示的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場操作級、工程師站和專家站三級網(wǎng)絡組成。

          圖2 液位控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

          1.2.1現(xiàn)場操作級

          現(xiàn)場操作級包括液位對象、數(shù)據(jù)采集卡和控制PC機。主要完成以下功能。

          ①液位傳感器的靜態(tài)標定與動態(tài)校準;

          ②液位信號的數(shù)據(jù)采集處理,并通過OPC協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給工程師站和專家站;

          ③液位系統(tǒng)畫面監(jiān)控及控制方式的選擇,包括手動與自動控制。

          1.2.2工程師站

          工程師站由3臺控制PC機組成,裝有RSView32、VB等高級應用軟件,主要完成以下功能。

          ①集中顯示液位控制系統(tǒng)所有可視化信息,包括各個水柱高度、電磁閥狀態(tài)、控制模式和給定數(shù)值等;

          ②設置系統(tǒng)的初始化狀態(tài)和復雜控制算法,并可在線修改各控制算法的參數(shù);

          ③可改變整個系統(tǒng)各控制回路中的手動、自動控制模式;

          ④生成液位系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的班報、日報、月報和年報表。

          1.2.3專家站

          專家站計算機裝有BSView32、Matlab、LabVIEW和Access數(shù)據(jù)庫等高級應用程序,主要功能如下。

          ①管理整個控制系統(tǒng),對突發(fā)錯誤作出相關(guān)處理;

          ②對系統(tǒng)進行建模仿真及優(yōu)化計算;

          ③建立各項指標數(shù)據(jù)庫,將歷史數(shù)據(jù)、操作報告和報警信息存入數(shù)據(jù)庫。

          此外,由圖2可知,專家站中預留了控制系統(tǒng)升級接口,日后其他開發(fā)人員開發(fā)不同的控制算法時,可以方便地與原有系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)通信,無須再開發(fā)底層數(shù)據(jù)采集與通信程序,簡化了開發(fā)步驟。

          2 液位控制系統(tǒng)的OPC實現(xiàn)

          液位系統(tǒng)的工程師站和專家站均采用了RSView32組態(tài)軟件。在工程師站中,RSView32通過其自帶的VBA程序開發(fā)系統(tǒng)進行模糊控制等復雜算法的運算;在專家站中,借助BSView32卓越的管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫功能可以管理整個控制系統(tǒng),建立各項指標數(shù)據(jù)庫,存儲歷史數(shù)據(jù)。

          由此可見,組態(tài)軟件RSView32相當于一座中間橋梁,將現(xiàn)場操作級、工程師站和專家站連接了起來。因此,該液位系統(tǒng)需要解決3個核心問題:如何實現(xiàn)現(xiàn)場實時信號的采集、如何在組態(tài)軟件BSView32中嵌入復雜控制算法以及如何實現(xiàn)工程師站與專家站組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)通信。

          2.1數(shù)據(jù)采集

          為了獲取實時液位信號,我們采用VB編程操作數(shù)據(jù)采集卡采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

          本系統(tǒng)采用的是阿爾泰公司的PCI2006數(shù)據(jù)采集卡,它自帶接受訪問的底層驅(qū)動。因此,在正式編程之前,需要把開發(fā)商提供的模塊文件PCI2006.bas加入到VB工程當中。通過VB程序采集數(shù)據(jù)的步驟和核心代碼如下。

          2.2組態(tài)軟件OPC通信方法

          現(xiàn)場操作級、工程師站和專家站計算機上都裝有BSView32組態(tài)軟件。該軟件支持基于的數(shù)據(jù)交換。將現(xiàn)場操作級的RSView32設定為服務器,工程師站和專家站的BSView32設定為客戶機,則現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制參數(shù)可以在3站之間雙向傳遞。

          在OPC服務器設定中,現(xiàn)場操作級計算機取名為Waterl,在RSView32中建立一個新的節(jié)點,則各項參數(shù)設置如表1所示。

          表1 OPC服務器參數(shù)表

          在客戶機設定中,服務器計算機均為Water,則在工程師站和專家站上的RSView32中分別建立一個新的節(jié)點,各項參數(shù)設置如表2所示。

          表2 客戶機參數(shù)表

          需要注意的是,客戶機上OPC節(jié)點設定中的服務計算機名應當填入OPC服務器的計算機名稱,且更新速率應該大于服務器中OPC節(jié)點的更新速率。

          客戶機上ILSView32中的標記需要連接到OPC服務器,并將對應的數(shù)據(jù)名稱設定為來自設備的名稱,節(jié)點名為Expert,地址填入現(xiàn)場操作站 RSView32中標記的名稱。測試證明,ILSView32的OPC服務器最多可以同時連接10臺用作OPC客戶的RSView32計算機。

          2.3組態(tài)軟件與VB的通信方法

          客戶機的組態(tài)軟件通過OPC技術(shù)與VB連接起來,實現(xiàn)復雜控制算法。VB在客戶機上與組態(tài)軟件BSView32的通信方法如下。

          先在VB工具欄中的“工程引用”項加入Rock.well 0PC Automation 2.0,然后定義變量。

          Const ServerName=“RSI.RSView320PCTagServer”

          Dim Nodename as String //節(jié)點名即計算機名

          Dim MyOPCServer as OPCServer //OPC服務器

          Dim MyOPCGroup as OPCGmup //OPC組


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