摘要：本文介紹了一種基于組態(tài)王和VB6.0的液位控制仿真實驗平臺的設(shè)計過程。本方案利用組態(tài)王良好的人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集功能，并結(jié)合VB環(huán)境編程的便利性，采用可靠的OPC接口建立組態(tài)王和VB之間的數(shù)據(jù)通訊。利用組態(tài)王開發(fā)服務(wù)器端畫面，在VB客戶端環(huán)境中編寫控制算法，最終實現(xiàn)對水箱液位的精確控制。實驗結(jié)果表明，此方法使用簡單可靠，可廣泛應(yīng)用于教學(xué)及實驗平臺搭建工作。
關(guān)鍵詞：仿真實驗；組態(tài)王；VB6.0；OPC接口
0 引言
以PLC、組態(tài)軟件為單元，可以組成從簡單到復(fù)雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng)[1]。PLC可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯編程及簡單的算法編程，但是對于先進(jìn)控制算法，如模糊控制算法等涉及到矩陣運算[2]，由于算法本身的復(fù)雜性，單純依靠PLC編程功能已經(jīng)不能滿足要求；組態(tài)軟件編程語言雖然簡單，但大多數(shù)是腳本語言，在處理算法方面仍然存在諸多不便。因此，提出將算法寫入VB（Visual Basic）程序的思路，借助VB的快速運算功能及豐富的函數(shù)庫，可以方便的實現(xiàn)算法編寫，求解輸出值通過可靠的OPC接口反饋給組態(tài)軟件[3]，最終實現(xiàn)對控制對象的控制。
本文正是基于上述思路，設(shè)計開發(fā)了基于組態(tài)王和VB的液位控制仿真實驗平臺。該平臺簡單可靠，本文在VB環(huán)境中編寫了傳統(tǒng)的PID控制算法，實現(xiàn)了對雙容水箱液位的仿真控制。此外，在此平臺上可以繼續(xù)開發(fā)其他高級算法，避免了聯(lián)機(jī)編程測試的繁瑣性。
1. 組態(tài)王與VB的OPC通信
1.1 OPC通訊原理
現(xiàn)在常用的組態(tài)王和VB通信的接口有DDE和OPC，但在實際使用過程中，廣大用戶發(fā)現(xiàn)采用DDE在設(shè)備和控制系統(tǒng)之間傳遞實時信息并非理想的辦法，因為它在傳輸性能和可靠性等方面都存在許多限制，另外DDE不適用于大量數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，并且DDE從來沒有為不同計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換提供可靠的機(jī)制；OPC的產(chǎn)生有效的解決了此類問題[4]。
OPC是用于工業(yè)設(shè)備服務(wù)器的一種標(biāo)準(zhǔn)化接口。OPCServer可以讓設(shè)備與各種支持0PC 的組態(tài)軟件之間進(jìn)行簡明的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換。在過去，為了存取現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序。OPC 以O(shè)LE/COM/DCOM機(jī)制作為應(yīng)用程序級的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶/服務(wù)器模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開放性和可互操作性。OPC技術(shù)的實現(xiàn)包括兩個組成部分，OPC服務(wù)器部分及 OPC客戶應(yīng)用部分，其中OPCServer基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。且在傳輸速率和可靠性方面，優(yōu)于DDE接口，因此本文采用OPC接口完成VB與組態(tài)王數(shù)據(jù)通訊。
圖 1 OPC Server基本結(jié)構(gòu)圖
1.2 OPC程序設(shè)計
為了方便用戶使用組態(tài)王OPC Server功能，對組態(tài)王的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，北京亞控為組態(tài)王OPC用戶提供了kingvewcliend.dll動態(tài)鏈接庫，其內(nèi)部包含 StartCliend、ReadTag、WriteTag等豐富庫函數(shù)。本方案在VB環(huán)境下，通過此動態(tài)鏈接庫完成和組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典的動態(tài)數(shù)據(jù)交換，最終將下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過OPC接口實時傳輸?shù)浇M態(tài)王。
具體實現(xiàn)過程是，用StartCliend函數(shù)實現(xiàn)VB工程及組態(tài)王工程的連接，用戶調(diào)用AddTag函數(shù)將要采集的項目添加到采集的列表中（如圖2所示），用戶必須進(jìn)行此操作，否則不能進(jìn)行項目的采集。當(dāng)用戶調(diào)用此函數(shù)后，函數(shù)將返回項目在采集列表中的位置（TagID）和項目的數(shù)據(jù)類型（TagDataType），用戶將根據(jù)返回的信息進(jìn)行采集。用戶添加完成采集項目列表后，可以通過調(diào)用Readtag和WriteTag函數(shù)來對項目進(jìn)行讀寫。
圖 2 部分項目列表
向組態(tài)王寫數(shù)據(jù)
For i = 1 To TagNo-5 Step 1
If i = 1 Then
Data = YeWei_Xia
End If
………………………………
xuhao = Val(i)
Select Case Typ(xuhao - 1)
Case 11
bVal = Val(Data)
Case 3
lVal = Val(Data)
Case 4
fVal = Val(Data)
Case 8
sVal = Data
Case Else
MsgBox "無效的數(shù)據(jù)類型，不能寫數(shù)據(jù)。", 64, "錯誤"
Exit Sub
End Select
ret = WriteTag(i, bVal, lVal, fVal, sVal)
Next i
1.3 PID程序設(shè)計
在VB環(huán)境中編寫液位的控制程序，為了確保整個系統(tǒng)的控制精度，我們在這采用串級控制，將下水箱液位作為主控對象，上水箱液位作為副控對象。采用PID控制算法（運算規(guī)律如式1），外環(huán)采用PID調(diào)節(jié)器，內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。
2、組態(tài)畫面的設(shè)計
北京亞控公司的組態(tài)王有良好的圖形界面，豐富的驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)功能，編程風(fēng)格簡單、純中文界面，且與其他應(yīng)用程序交換方便。本系統(tǒng)正是利用組態(tài)王強(qiáng)大的組態(tài)功能建立了雙容水箱的服務(wù)器端畫面，包括主畫面、PID控制畫面、歷史趨勢畫面、報警畫面及報表畫面等。通過OPC協(xié)議建立組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典變量與VB客戶端的連接，實現(xiàn)VB變量的實時監(jiān)測。其中主畫面如圖3所示。
圖3 組態(tài)王主畫面
3、系統(tǒng)測試及結(jié)果分析
在組態(tài)王環(huán)境編輯好組態(tài)畫面后，通過OPC協(xié)議建立與VB客戶端連接。在VB客戶端制作操作界面如圖4所示。編譯執(zhí)行液位控制程序，并且通過點擊“連接服務(wù)器”按鈕建立OPC連接，并點擊“添加項目”按鈕建立組態(tài)王數(shù)據(jù)字典與VB變量連接，最終可實現(xiàn)對VB客戶端液位及其他變量的實時監(jiān)測。圖5為組態(tài)王服務(wù)器端監(jiān)測到的下水箱液位曲線，通過曲線可以看出，該平臺數(shù)據(jù)通信實時性好，準(zhǔn)確率高。
- 4. 結(jié)論
在組態(tài)王環(huán)境編輯好組態(tài)畫面后，通過OPC協(xié)議建立與VB客戶端連接。在VB客戶端制作操作界面如圖4所示。編譯執(zhí)行液位控制程序，并且通過點擊“連接服務(wù)器”按鈕建立OPC連接，并點擊“添加項目”按鈕建立組態(tài)王數(shù)據(jù)字典與VB變量連接，最終可實現(xiàn)對VB客戶端液位及其他變量的實時監(jiān)測。圖5為組態(tài)王服務(wù)器端監(jiān)測到的下水箱液位曲線，通過曲線可以看出，該平臺數(shù)據(jù)通信實時性好，準(zhǔn)確率高。
4、 結(jié)論
本文設(shè)計了一個基于OPC接口搭建的液位控制仿真實驗平臺。采用組態(tài)王建立服務(wù)器端畫面，在VB客戶端編寫液位PID控制算法，兩者通過OPC接口建立連接。實驗結(jié)果表明，該實驗平臺數(shù)據(jù)通信實時性好，可廣泛應(yīng)用于教學(xué)場合。除此之外，此種方法也可以有效彌補(bǔ)PLC無法實現(xiàn)復(fù)雜算法編程的缺陷，使PLC控制方法更加靈活，具有一定的實用價值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 邵新華，金元郁，呂學(xué)芳.基于組態(tài)軟件與VB的實時監(jiān)控系統(tǒng)[J].控制工程.2003,10(5):439-440,459
[2] 李偉獎,馬邕文.MCGS結(jié)合VB語言實現(xiàn)造紙廢水處理智能控制.工業(yè)控制計算機(jī).2009,22(3):22-23
[3] 于海生，潘松峰，丁軍航，等.計算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2007.
[4] 段開創(chuàng)等. DDE、OPC對組態(tài)王功能的擴(kuò)展[J].工業(yè)控制計算機(jī).2008，21(12)：11-12
[5] 馬龍博，鄭建英.基于組態(tài)王和VB的智能儀表實時監(jiān)控系統(tǒng)[J] .自動化儀表.2008，29(8)：32-34