基于DCS與MATLAB的車輛傳動系統仿真平臺數據通信的實現

1引言

　　目前，分散控制系統(DCS)已廣泛用于石油、化工、電力、冶金等工業控制領域。在DCS的實際工程應用中，通常需要根據不同的控制對象設計出具體的控制方案，然后在DCS上通過控制組態的方式進行實現。但是由于實際工程的限制，新設計出的控制策略與算法很難有機會在現場進行測試。因此，有必要設計出被控對象的仿真模型供DCS測試時使用。

　　近年來，出現了MATLAB這種功能強大并在控制領域被廣泛應用的軟件，使用它可以很方便地為各種被控對象建立仿真模型。如能將DCS和MATLAB兩者相連，由DCS完成控制運算功能，MATLAB提供被控對象的仿真模型。將充分發揮兩者的優勢，同時也能為科研人員開發新的控制策略和算法給予極大的幫助。

　　本文以履帶車輛傳動系統為例，基于國電智深的EDPF-NT系統和MATLAB建立車輛傳動系統仿真平臺。在此平臺上，在EDPF-NT系統中開發車輛傳動系統電控模擬器，控制傳動系統的運行。使用MATLAB構建傳動系統模型，模擬傳動系統的運行。該平臺可以方便的模擬傳動系統的換檔過程，為優化換擋策略，提高傳動系統的整體性能提供較好的仿真環境。仿真平臺的總體結構如圖1所示。

圖1仿真平臺的總體結構

　　2仿真平臺硬件組成

　　在構建傳動系統仿真平臺時，首先要解決硬件的設計問題。它主要由EDPF-NT系統的工程師站、DPU卡、COM卡、I/O卡和上位機組成。工程師站的功能是進行組態及設計控制方案，而上位機主要是運行傳動系統MATLAB模型和數據通信程序。

　　3仿真平臺數據通信的實現

　　在進行傳動系統仿真平臺構建過程中，實現平臺內數據快速準確的通信是重點研究的內容，主要解決EDPF-NT系統與MATLAB的數據通信。出于安全性的考慮，EDPF-NT系統的數據庫只允許讀取而不允許寫入，所以EDPF-NT系統與MATLAB模型的數據通信要分三部分實現，首先是在工程師站讀取EDPF-NT系統實時數據并發送給上位機，其次是MATLAB模型讀取送至上位機的EDPF-NT系統數據，最后是在上位機中將MATLAB模型運行后的數據通過COM卡送入EDPF-NT系統。

　　3.1EDPF-NT系統數據讀取

　　EDPF-NT系統的數據以特定的格式存儲于數據庫中，不能直接讀寫。國電智深為了方便用戶對于數據的使用，提供了可以被VC、VB等軟件調用的NTClient.dll文件，用戶可以通過NTClient.dll提供的函數來讀取EDPF-NT系統的實時數據。本文采用VB開發了讀取EDPF-NT系統數據，同時利用Winsock控件將讀取的數據發送到上位機的程序。此程序分為三部分：

　　1）聲明NTClient.dll提供的函數；

　　2）讀取EDPF-NT系統的數據；

　　3）發送數據到上位機。

　　3.2MATLAB對EDPF-NT數據的調用

　　作為當前最流行的仿真軟件，MATLAB在控制系統分析與設計中起著重要作用。但是MATLAB本身不提供底層通信接口，必須使用其它方法實現網絡上的數據通信。所以由EDPF-NT系統工程師站送至上位機的數據首先使用VB編寫的程序接收，接下來通過OPC技術實現對這些數據的調用。

　　在不同的程序間傳遞數據時需要選擇合適的通信接口，為此引入工控行業的軟件接口標準OPC(OLEforProcessContro1)技術。OPC技術試圖按照標準的方法解決不同程序、設備之間的數據交換問題，它采用服務器/客戶端模式，只要提供了具有統一OPC接口的服務器，即可按照一致的OPC客戶端接口訪問服務器，實現數據交換。

　　MATLAB可以作為ActiveX自動化控制器，通過ActiveX自動化控制器技術，用戶可以在MATLAB中，通過編寫M文件對ActiveX自動化服務器進行各種控制。利用VB開發使用OPC自動化接口的OPCAxtiveX控件，在OPCAxtiveX控件中添加通信模塊，接收EDPF-NT系統的數據，并將這些數據賦給OPCAxtiveX控件的屬性值，通過MATLAB獲取OPCAxtiveX控件中對應的屬性值，就可以實現在OPC技術下MATLAB對EDPF-NT系統數據的調用。

　　首先是建立OPCAxtiveX控件，并在內部工作變量的初始化中設置網絡。其次在OPCAxtiveX程序中添加網絡通信代碼，完成對EDPF-NT系統工程師站送到上位機的數據進行接收。最后將接收到的數據賦給ActiveX控件屬性值，生成OPCAxtiveX控件，并注冊。用于數據接收的OPCAxtiveX控件就可以被MATLAB來使用了。

　在MATLAB使用一個ActiveX組件前，必須要找到對象的名字，即ProglD，另外還要了解對象用到的方法、屬性和事件。利用這些信息，通過ActiveX客戶支持就可以在MATLAB中應用這個對象。

　　利用actxcontrol函數來生成一個ActiveX組件，實現MATLAB和OPC之間的通信。

　　在圖形窗口中生成一個ActiveX組件語法為：

　　h=actxcontro1(progid[,position[,handle···[,callback{event1eventhander1；···event2eventhandler2；}]]]）

　　用get、set、invoke、propedit、release和delete等函數可以操作OPCAxtiveX控件,最終實現MATLAB對EDPF-NT數據的調用。

　　3.3EDPF-NT系統數據輸入實現

　　在前文提到，出于安全性的考慮，EDPF-NT系統數據庫的數據只允許讀取，不能直接寫入。所以必須使用Modbus協議通過COM卡將MATLAB模型運行后的數據送到EDPF-NT系統。在VB中使用ModbusMaster通信控件，可以方便的作為Master向Modbus的Slave（COM卡）發送數據。

　　在向EDPF-NT系統傳輸數據時，需要設置好相應的通信參數，包括端口、波特率、響應超時時間、數據位格式（RTU/ASCII）、校驗方式、停止位以及和COM卡相關的從站地址和發送數據時COM的物理起始地址。

　　MATLAB模型每次運行結束后，就會自動將數據通過Modbus網絡送到EDPF-NT系統的COM卡，EDPF-NT系統將讀取送至COM卡的數據。

　　4數據通信測試

　　在軟硬件調試完成后，以手動換檔為例來測試平臺的數據通信是否準確可靠。首先使平臺處于運轉狀態，在EDPF-NT系統開發的傳動電控模擬器上進行控制。電控模擬器操作界面如圖3所示。

圖3電控模擬器操作界面

　　EDPF-NT系統的控制信號可以迅速地發送給上位機中的傳動系統模型，控制模型的運行，同時上位機又將模型運行后得到的數據發回EDPF-NT系統，并在電控模擬器的界面上顯示。

　　測試時，在電控模擬器上進行操作，從一檔逐次換到四檔。位于上位機中的傳動系統模型接收換檔控制信號后，按照所給的檔位運行，運行后得到的傳動系統變速箱輸出轉速曲線如圖4所示。

　　通過測試可以看到，仿真平臺內的數據通信迅速、準確、可靠，能夠滿足仿真實驗的要求。

　　5結論

　　本文針對基于國電智深EDPF-NT系統和MATLAB的車輛傳動系統仿真平臺中不同設備、軟件間數據不能共享的問題，提供了比較完善的解決方法，實現了整個平臺內的數據通信，運行表明整個仿真平臺運行良好，數據通信準確迅速，為車輛傳動系統的研究提供了的幫助。

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