现场总线--PID控制算法应用研究

(1) 自动化接口

OPC基金会为方便用户在各种环境下软件开发，为数据访问规范提供两类接口：自动化接口和定制接口。基于定制接口的开发，需要用到较深的COM/DCOM知识，比较晦涩难懂，而运用自动化接口则有以下优点：客户程序可以很容易地应用接口，而无需了解接口的详细内部机理;可以运用事件触发机制;可以生成一个通用的动态链接库(DLL)或控件供所有客户端应用程序使用。

(2) 自动化接口的通信机制

OPC客户程序通过封装的OPC自动化接口动态链接库访问OPC服务器，如图5所示。该动态连接库将OPC服务器的定制接口翻译成OPC客户程序希望的自动化接口，以供客户程序调用。OPC客户程序和动态链接库是进程内的通信，而动态链接库和OPC服务器的通信则基于COM/DCOM，既可以是进程内或本地的连接，又可以是远程连接。封装的动态链接库解决了定制接口的解释和二者的通信，从而大大简化了OPC客户程序的开发。　

图1 OPC客户程序与服务器的通迅

(3) 自动化对象模型

OPC客户程序的开发关键在于搞清该动态链接库的封装结构，也即自动化接口标准。该标准可以用图6所示的自动化对象模型表示。它主要由六类对象组成：

OPCServer:OPC服务器的一个实例。只有创建了OPCServer对象以后才能获得OPC服务器的信息，它包括OPCGroups的搜索以及OPCBrowser对象的创建;

OPCGroups：能够自动搜集到OPCServer范围内客户端创建的所有的OPCGroup对象;

OPCGroup:OPCGroup对象的一个实例。它包含所有的状态信息，并且为OPCGroup中所涉及的OPC- Items提供必要的服务;

OPCItems：能够自动搜集到OPCServer范围内客户端创建的对应相应的OPCGroup中的所有的OPCItem对象;

OPCItem：一个自动化对象，它包含“位号”的定义，当前值，状态信息，最后更新时间;

OPCBrowser：浏览服务器中所有“位号”名称的对象。对于每个OPCServer只能创建一个OPCBrowser对象。　　

图2 自动化对象模型

1.2 实现PID控制的OPC客户程序

(1) 使用VB开发OPC应用程序

利用VB开发OPC应用程序时，实现OPC自动化接口的OPC包装DLL是必须的，这个OPC包装DLL一般应该是由OPC服务器的供应商提供的，为OPC客户程序的软件开发提供了具有良好接口的工具。本文使用为OPC基金会的OPC包装DLL进行说明。

因为在新建的VB工程里OPC包装DLL还没有注册，必须先用下述方法对OPC包装DLL进行注册：

从VB菜单里选择[工程(P)]-[引用(N)];

在[可用的引用(A)]的一览表示中，选择对应的OPC包装DLL的文件名，这里选择[OPC Automation 2.0];

(2) 实现步骤

用VB编写OPC客户端程序包含以下步骤：

添加服务器的引用，创建OPC服务器对象，并将客户程序与服务器相连;

创建组集合并添加组对象;

添加OPC项，利用OPCBrowse方法浏览整个服务器中所有的项，选择需要的项，将其添加到规定的组中，并显示其值和状态;

在主画面中显示添加的组和项。

(3) 程序设计

图3是以VB实现的具有PID功能的OPC同步客户程序。　　

图3 实现PID控制的OPC客户程序

该单回路控制过程为自衡非振荡，具有相互影响的双容过程。其数学模型可用如下传递函数描述：G(s)=式中， Kp， Tp，τ为过程的增益、时间常数和时滞。式中的各参数可根据阶跃响应曲线用图解法求得。

下面给出确定传递函数的参数的方法：设图7中的控制量为q，测量值为y(∞)，新的稳态值为设定值，增益K可由输入输出的稳态值直接算出，而Tp，τ则可以用作图法确定。为了能够随时调用在OPC服务器上采集的测量值y并绘制出相应的阶跃响应曲线，这里把选择的数据存放在指定的数据库中(采用SQL2000数据库)。同时也是为了在进行算法的仿真的时候，既可以从历史数据库中取数据，也可随着数据的采集，可以不断刷新数据，进行算法的优化，如图4所示。　　

图4 SQL server数据库中存取OPC服务器数据

2、结束语

通过FF现场总线的过程控制实验系统的设计过程，论述OPC技术，目的是希望通过VB去开发OPC自动化接口的客户应用程序，实现PID控制算法到OPC 客户应用程序的应用编程，方便用户的使用和系统的维护和升级，同时研究SQL Server 2000的数据库系统，用于历史数据的存取以及算法的仿真。如何实现更加复杂的先进控制算法，可以使用OLE自动化技术来实现VB与Matlab混合编程，即用VB编写OPC客户端程序来实现数据通信，而利用Matlab进行先进控制算法的编写，从而对现场数据进行分析，是下一步研究的重点。