组态王与matlab基于dde的通信,基于dde机理的组态王与matlab通信技术及应用

基于dde机理的组态王与matlab通信技术及应用

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山 西 电 子 技 术2010年 第 4期 软 件 技 术 收 稿 日 期 : 2010 - 06 - 01作 者 简 介 :樊 剑 峰 (19762 ) ,男 ,河 南 安 阳 人 ,工 程 师 ,本 科 ,主 要 从 事 冶 金 及 相 关 行 业 的 控 制 系 统 研 究 和 应 用 工 作 。文 章 编 号 : 167424578 (2010) 0420052202基 于 DDE机 理 的 组 态 王 与 MATLAB通 信 技 术 及 应 用樊 剑 峰 , 王 新 彦(安 阳 钢 铁 集 团 有 限 责 任 公 司 ,河 南 安 阳 455004)摘 要 :为 了 充 分 发 挥 组 态 王 6. 0的 可 视 化 界 面 功 能 与 MATLAB强 大 的 数 值 分 析 和 图 形 绘 制 功 能 的 各 自 优势 ,利 用 DDE技 术 ,实 现 了 组 态 王 6. 0与 MATLAB的 通 信 ,开 发 了 一 种 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 监 控 系 统 。 该 监控 系 统 具 有 实 时 监 测 、 控 制 系 统 分 析 、 控 制 系 统 设 计 等 功 能 。 应 用 表 明 :该 实 时 监 控 系 统 运 行 可 靠 ,操 作 方 便 ,而 且使 得 实 时 监 控 功 能 更 加 强 大 、 灵 活 。关 键 词 :组 态 王 6. 0; MATLAB; 实 时 监 控 ; DDE技 术中 图 分 类 号 : TP222 文 献 标 识 码 : A0 引 言近 年 来 ,随 着 计 算 机 技 术 及 应 用 的 飞 速 发 展 , PC机 作 为上 位 机 在 工 业 控 制 领 域 占 据 了 主 导 地 位 ,W indows系 统 下 的组 态 软 件 ,如 组 态 王 ( KINGV IEW ) ,应 用 也 越 来 越 广 泛 。 组态 软 件 提 供 了 强 大 的 人 机 界 面 和 通 讯 功 能 ,而 且 开 发 周 期短 ,但 其 计 算 能 力 不 强 ,难 以 实 现 复 杂 的 控 制 算 法 。 MAT2LAB (Matrix Laboratory)应 用 软 件 拥 有 丰 富 的 多 学 科 工 具 箱 、强 大 的 工 程 计 算 和 图 像 图 形 处 理 功 能 [ 1 ]。 因 此 ,在 监 控 系 统软 件 的 开 发 中 应 协 同 应 用 组 态 软 件 和 MATLAB。 以 组 态 软件 作 为 系 统 主 控 ,进 行 动 态 工 艺 图 显 示 、 PLC参 数 设 置 、 实 时数 据 采 集 等 操 作 ;以 MATLAB作 为 后 台 应 用 程 序 实 现 控 制系 统 分 析 、 控 制 系 统 设 计 、 曲 线 绘 制 等 功 能 [ 2 ]。 这 样 ,有 利 于发 挥 组 态 软 件 和 MATLAB的 各 自 优 势 ,使 得 编 程 更 加 高 效灵 活 ,功 能 更 加 强 大 。1 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 监 控 系 统过 程 控 制 实 验 装 置 由 上 位 机 、 PLC、 电 动 调 节 阀 、 交 流 变频 器 、 交 流 电 机 、 三 相 水 泵 、 液 位 传 感 器 、 流 量 变 送 器 、 温 度 变送 器 、 压 力 变 送 器 、 加 热 器 、 双 容 贮 水 罐 及 若 干 数 字 显 示 仪 表组 成 。 其 实 时 监 控 系 统 是 基 于 组 态 王 6. 0和 MATLAB开 发的 ,结 构 见 图 1。图 1 基 于 DDE机 理 的 通 信 结 构上 位 机 利 用 组 态 王 6. 0与 PLC的 串 口 通 讯 ,实 现 对 下 位机 PLC的 实 时 数 据 采 集 和 监 控 器 参 数 设 置 。 MATLAB通 过与 组 态 王 6. 0的 通 信 ,实 现 了 对 过 程 控 制 装 置 的 控 制 系 统 分析 、 控 制 系 统 设 计 功 能 。 因 此 ,该 实 时 监 控 系 统 有 以 下 几 方面 功 能 :工 艺 流 程 的 动 态 显 示 ; PLC的 参 数 设 置 和 显 示 ;实 时数 据 的 采 集 和 存 储 ,以 及 实 时 曲 线 的 显 示 ;历 史 数 据 的 显 示查 询 ,以 及 历 史 曲 线 的 显 示 ;报 警 事 件 的 产 生 、 处 理 、 保 存 及查 询 ;控 制 系 统 的 分 析 ;控 制 系 统 的 设 计 。2 组 态 王 6. 0与 MATLAB的 通 讯组 态 王 6. 0与 MATLAB均 支 持 动 态 数 据 交 换 (DDE)技术 ,使 得 二 者 能 够 通 过 数 据 交 换 实 现 互 相 通 讯 。 在 通 讯 过 程中 ,发 起 方 的 应 用 程 序 称 为 客 户 端 ( client) ,响 应 方 的 程 序 称为 服 务 器 ( server) ,Matlab和 组 态 王 6. 0都 是 既 作 客 户 端 又作 服 务 器 程 序 。 当 客 户 端 应 用 程 序 发 起 DDE时 ,他 必 须 确认 三 个 DDE参 数 [ 3 ]。 这 三 个 参 数 由 服 务 器 提 供 ,分 别 是 服务 器 应 用 程 序 的 名 称 ( Server)、 交 换 的 主 题 ( Top ics)和 DDE过 程 中 传 递 的 数 据 ( Item s) ,例 如 组 态 王 6. 0的 这 三 个 参 数分 别 为 : view、 tabname和 链 接 设 备 寄 存 器 。 当 服 务 器 端 应 用程 序 接 受 到 一 个 主 题 的 交 换 请 求 时 ,它 将 回 应 请 求 并 建 立 一个 DDE。当 Matlab作 为 客 户 端 应 用 程 序 时 ,为 完 成 与 组 态 王 6. 0的 通 信 ,Matlab提 供 了 以 下 函 数 [ 4 ] :初 始 化 函 数 channel = ddeinit ( service, top ic) ,连 接 建 立函 数rc = ddeinit ( channel, item, callbak, upm tx, format, time2out) ,数 据 请 求 函 数data = ddereq ( channel, item, format, timeout) ,数 据 发 送 函数rc = ddepoke ( channel, item, data, format, timeout) ,链 接 释放 函 数rc = ddeunadv ( channel, item, format, timeout) ,通 信 终 止函 数 rc = ddeterm ( channel)。3 工 程 简 化 实 例 及 过 程 参 数 辨 识3. 1 过 程 描 述控 制 对 象 由 两 个 串 联 的 液 体 储 罐 组 成 (见 图 2) ,图 中LT、 LC分 别 表 示 液 位 变 送 器 和 液 位 控 制 器 , Q1、 Q0、 R分 别表 示 输 入 流 量 、 输 出 流 量 和 液 位 二 的 设 定 值 。 在 该 控 制 系 统中 ,液 位 二 的 信 号 由 LT传 送 给 LC,LC根 据 液 位 信 号 和 设 定值 的 偏 差 操 纵 电 机 ,从 而 通 过 调 整 电 机 转 速 来 调 节 Q1 ,最 终实 现 对 液 位 二 的 控 制 。该 过 程 为 自 衡 非 震 荡 ,具 有 相 互 影 响 的 双 容 过 程 ,其 数学 模 型 可 以 用 如 下 传 递 函 数 描 述 :G ( s) = KpTp s + 1e-τ .其 中 : Kp、 Tp、 τ 分 别 指 过 程 的 增 益 、 时 间 常 数 和 时 间 滞 后 。图 2 双 容 液 位 系 统 单 回 路 控 制 结 构 简 图3. 2 过 程 参 数 的 估 计 及 程 序 实 现过 程 参 数 可 使 用 Matlab中 的 Isqcurvefithan函 数 进 行 估计 。 根 据 阶 跃 信 号 作 用 下 过 程 的 输 出 曲 线 的 形 状 ,先 确 定 过程 的 模 型 属 于 哪 一 种 类 型 的 过 程 结 构 ,然 后 采 用 非 线 性 最 小二 乘 法 进 行 曲 线 的 拟 合 ,从 而 确 定 过 程 的 参 数 Kp、 Tp 和 τ 。而 组 态 王 6. 0只 是 用 来 编 制 窗 体 ,以 及 调 用 Matlab命 令 ,具体 操 作 步 骤 如 下 [ 5 ] :(1) 使 控 制 器 处 于 手 动 操 作 ,设 置 参 数 使 得 控 制 器 输 出单 位 阶 跃 变 化 ;(2) 由 组 态 王 6. 0采 集 阶 跃 响 应 数 据 ,并 实 时 传 送 给Matlab;(3) Matalb在 获 得 数 据 后 ,利 用 L sqcurvefit函 数 进 行 参数 估 计 ,并 拟 合 曲 线 输 出 ;(4) Matlab将 被 辨 识 的 参 数 过 程 传 递 给 组 态 王 6. 0,以便 显 示 。以 下 将 给 出 响 应 程 序 ,并 附 有 详 细 注 释 。(1) Matlab源 程 序 如 下 :① 编 制 函 数 文 件 fun (含 有 时 滞 一 阶 惯 性 过 程 的 阶 跃 响应 函 数 ) ,以 备 调 用 [ 7 ]。 Function y = onedt ( x0, tt) % tt为 时间 , X0为 曲 线 拟 合 的 估 计 值 , X0 ( 1) , X0 (2) , X0 ( 3)分 别 为Kp、 Tp、 tDd = ( tt - x0 (3) ) 3 ( tt > x0 (3) ) ;y = x0 (1) 3 (1 - exp ( - dd /x0 (2) ) ) ;② Matlab接 受 和 发 送 数 据 ,进 行 过 程 参 数 估 计 ,并 命 名该 文 件 为 p roc_iden. m clear; format short g;Channel = ddeinit (‘ view’ , ’ tagname’ ) ; %初 始 化 DDE通 信%向 过 程 发 送 命 令 ,使 MV发 生 单 位 阶 跃 变 化Rc1 = ddepoke ( channel, ’ PLC200. V116’ , x(0) ) ;% PLC200. V116为 MV的 项 目 名%MATLAB以 T = 3为 周 期 ,接 收 120个 PV数 据For i = 1: 120TicData ( i) = ddereq ( channel, PLC200. V20 ) ; %PLC200. V20为 PV的 项 目 名Pause (3 - toc) ;EndT = 0: 3: 357;T = t ( 1, [ 1: 2: 40, 40: 4: 120 ] ) ; h = data ( 2, [ 1: 2:40, 40: 4: 120 ] ) ;X0 = [ 2 20 20 ]; %曲 线 拟 合 时 的 初 始 值 ,也 可 用其 他 值X = lsqcurvefit(‘ onedt’ , x0, t, h) ; % 曲 线 拟 合Y = onedt( x, t) ;Err = sum ( ( h - y). ^2;X = [ x, err];Plot ( t, h,‘ r3 ’ , t, y,‘ k’ ) ; grid; axis ( [ 0 360 01. 2 ] ) ;Xlabel (‘ 时 间 t’ ) ; legend (‘ 阶 跃 响 应 的 采 样 值 ‘ ,‘ 拟 合 曲 线 ’ , 2) ;Set( gcf, ‘ Name’ ,‘ 过 程 参 数 辨 识 ’ ) ;%MATLAB向 组 态 王 6. 0发 送 数 据 。Rc21 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V100’ , x(1) ) ;Rc22 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V104 ’ ,x(2) ) ;Rc23 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V108’ , x(3) ) ;Rc24 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V112’ , x(4) ) ;Rc3 = ddeterm ( channel) ; %终 止 DDE通 信(2) 在 组 态 王 6. 0运 行 界 面 调 用 Matlab应 用 程 序 :startApp (“ C: \MATLAB6p5 \bin \win32 \matlab. exe” ) ;在 过 程 控 制 装 置 “ 手 动 ” 操 作 稳 态 运 行 ,且 组 态 王 6. 0处 于 “ view状 态 时 ,按 “ 打 开 Matlab” 键 启 动 Matlab应 用 程序 ,然 后 在 其 命 令 窗 口 中 输 入 文 件 名 “ p roce_iden” ,按 回 车 键即 可 完 成 对 过 程 参 数 的 辨 识 。 组 态 王 6. 0和 Matlab运 行 界面 分 别 如 图 3和 图 4所 示 。 图 3中 的 err为 过 程 输 出 拟 合 值与 实 际 抽 样 数 据 之 间 的 误 差 平 方 和 。图 3 组 态 王 6. 0运 行 界 面图 4 matlab运 行 界 面 简 图另 外 ,在 获 得 过 程 参 数 后 ,对 于 较 简 单 的 过 程 ,可 采 用P ID控 制 。 在 Matlab中 依 据 相 应 的 公 式 计 算 PLC控 制 器 的P ID参 数 ,随 后 即 可 对 被 控 对 象 实 施 P ID控 制 。 另 外 ,由 于该 实 时 监 控 系 统 可 实 现 组 态 王 6. 0实 时 数 据 采 集 和 Malab实 时 数 据 接 收 和 发 送 ,对 于 较 复 杂 的 过 程 ,如 大 时 间 滞 后 、 时变 、 非 线 性 过 程 ,则 可 以 实 现 过 程 的 在 线 辨 识 和 实 时 控 制 。4 结 束 语本 文 描 述 了 一 种 新 的 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 监 控 系统 。 在 该 监 控 系 统 中 ,利 用 DDE技 术 ,实 现 了 组 态 王 6. 0与Matlab的 通 信 ,充 分 发 挥 了 组 态 王 6. 0可 视 化 界 面 功 能 与Matlab强 大 的 数 值 分 析 和 图 形 绘 制 功 能 的 各 自 优 势 ,从 而 实(下 转 第 62页 )35 第 4期 樊 剑 峰 ,等 :基 于 DDE机 理 的 组 态 王 与 MATLAB通 信 技 术 及 应 用图 2 大 台 阶 输 出 和 大 小 台 阶 同 时 输 出 时 的 波 形3 用 “ 小 台 阶 ” 改 善 音 频 指 标 的 原 理由 于 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 的 开 关 控 制 信 号 ,是 用 数字 音 频 代 码 的 低 6位 来 控 制 ,具 体 控 制 对 应 关 系 见 表 1。表 1 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 控 制 对 应 关 系数 字 代 码 位 B7 B8 B9 B10 B11 B12二 进 制 模 块 1 /2 1 /4 1 /8 1 /16 1 /32 1 /64从 表 中 可 知 ,“ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 是 由 数 字 音 频 代码 的 单 个 数 字 位 来 分 别 控 制 的 。 如 果 数 字 代 码 位 为 逻 辑 高电 平 ,则 对 应 的 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 就 开 通 ;若 数 字 代 码位 为 逻 辑 低 电 平 ,则 相 应 的 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 就 被 关断 。 由 于 数 字 音 频 代 码 是 由 连 续 变 化 的 音 频 信 号 转 换 得 来 ,其 二 进 制 代 码 的 数 值 就 不 可 能 出 现 跃 变 ,所 以 “ 二 进 制 台阶 ” 放 大 模 块 输 出 的 射 频 电 压 最 大 跃 变 量 为 1 /64的 “ 大 台阶 ” 射 频 输 出 电 压 。由 以 上 分 析 可 知 , 6个 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 可 实 现 的射 频 电 压 等 级 为 : 26 - 1 = 64 - 1 = 63。 对 整 个 发 射 机 而 言 ,42个 “ 大 台 阶 ” 放 大 模 块 与 6个 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 共 同参 与 工 作 ,总 共 可 实 现 的 射 频 电 压 等 级 为 : 63 × 42 + 63 + 42= 2 752 - 1 = 211. 43 - 1。 也 就 是 说 可 实 现 2 751个 射 频 电 压等 级 ,相 当 于 11. 43 bit量 化 。对 于 双 极 性 信 号 来 讲 ,如 果 其 量 化 比 特 数 每 增 加 1 bit,则 因 量 化 而 产 生 的 量 化 噪 声 功 率 ,将 降 低 为 增 加 之 前 的 四 分之 一 ,相 应 地 与 量 化 相 关 的 信 噪 比 指 标 也 就 提 高 了 6 dB。可 见 ,由 于 “ 二 进 制 台 阶 ” 的 介 入 ,使 得 发 射 机 射 频 输 出的 电 压 等 级 提 高 了 许 多 倍 ,相 应 地 量 化 噪 声 也 就 大 大 降 低 。这 样 一 来 ,对 于 数 字 调 幅 发 射 机 的 整 机 信 噪 比 、 失 真 度 指 标而 言 ,就 能 够 得 到 大 幅 度 的 提 高 。The B ig and Sma ll Step M odula tion in D ig ita l AMW u J ian2p ing(Shanxi Radio and TV A dm inistrative Center, Taiyuan Shanxi 030001, China)Abstract: In order to imp rove the quality of audio signal recoveried from AM wave and reduce the audio distortion, the big andsmall step modulation Method is mostly used in digital AM MW transm itter. The paper mainly introduces the composition of big andsmall step, the output wave of it and the p rincip les.Key words: big and small step; digital AM; RF amp lifier module(上 接 第 53页 )现 了 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 检 测 、 控 制 系 统 分 析 ,控 制 系统 设 计 等 功 能 。 结 果 表 明 ,该 实 时 监 控 系 统 运 行 可 靠 ,操 作方 便 ,而 且 使 得 实 时 监 控 功 能 强 大 、 软 件 设 计 更 加 灵 活 。参 考 文 献[ 1 ] 何 衍 庆 ,姜 捷 . 控 制 系 统 分 析 、 设 计 和 应 用 — — — Matlab语 言 的 应 用 [M ]. 北 京 :化 工 工 业 出 版 社 , 2002. 12.[ 2 ] 张 晓 东 ,姚 旺 生 . 基 于 Matlab和 组 态 软 件 的 数 据 交 换技 术 [ J ].微 计 算 机 信 息 , 2003, 19 (2) : 21 - 22.[ 3 ] 苏 金 明 ,黄 国 明 ,刘 波 . Matlab与 外 部 程 序 接 口 [M ]. 北京 :电 子 工 业 出 版 社 , 2004. 1.[ 4 ] 邵 新 华 ,金 原 郁 . 基 于 组 态 软 件 郁 VB的 实 时 监 控 系 统[ J ]. 控 制 工 程 , 2003, 10 (5) : 439 - 440.[ 5 ] 石 莹 ,洪 悦 ,钱 晓 龙 . Matlab与 组 态 软 件 的 数 据 交 换 技术 [ J ].仪 器 仪 表 学 报 , 2003, 24 (4) : 337 - 340.[ 6 ] 张 光 明 ,袁 占 亭 ,余 冬 梅 . Matlab与 工 控 组 态 软 件 RS2V iew32的 通 信 设 计 [ J ]. 自 动 化 仪 表 , 2005, 26 (3) : 36- 38.[ 7 ] 刘 志 俭 . Matlab应 用 程 序 接 口 用 户 指 南 [M ]. 北 京 :科学 出 版 社 , 2000.D esign and Use of Technology about K INGV IEW 6. 0 and M a tlab Ba sed on DD EFan J ian2feng, W ang Xin2yan(A nyang Iron Matlab; real2time control; DDE26 山 西 电 子 技 术 2010年 关 键 词： 基于 dde 机理 组态 matlab 通信 技术 应用

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