OPC技術(shù)在MATLAB與PLC通訊實(shí)現(xiàn)

1、OPC技術(shù)下MATLAB與PLC的通訊實(shí)現(xiàn)黃雙成，李志偉（河南化工職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子系，河南關(guān)口州450000）摘要：PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便，可靠性高特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)及生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，但PLC的編程語(yǔ)言功能簡(jiǎn)單，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法；MATLAB一種高級(jí)矩陣語(yǔ)言，并且包含工具箱和Simulink仿真環(huán)境，可通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模，仿真等工作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法，但不能直接應(yīng)用在實(shí)時(shí)控制中。本文采用OPC通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)MATLA的PLC通信，為PLC控制下復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：OPCK術(shù)MATLABPLC通訊中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AAbstract

2、：PLC,withsimplestructure,convenientprogrammingandgoodreliability,isalreadywidelyusedinindustrialcontrolarea,butitisunabletoachievecomplexcontrolalgorithmwithshortageofprogramminglanguage;MATLABisakindofhigh-levelmatrixlanguage,withitstoolboxandSimulinksimulationenvironment,complexcontrolalgorithmcan

3、beachievedthroughtheresearchonthevisualmodelandsimulationofthecontrolsystem,butitcannotbeusedinreal-timecontrol.Thispaper,usingOPCcommunicationtechnology,achievescommunicationbetweenMATLABandPLC,providestechnicalfoundationfortherealizationofcomplexalgorithmunderPLCcontrol.Kewords:OPCTechnologyMATLAB

4、PLCCommunicationCommunicationbetweenMATLABandPLCbeachievedbytheOPCtechnologyHuangShuang-cheng,LiZhi-wei(DepartmentofMachineryandElectronics, Henan Vocational College ofChemicalTechnology,Zhengzhou450000)1、引言如何檢驗(yàn)復(fù)雜先進(jìn)控制算法，并將其有效地應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一直是工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。PLC控制器加工控機(jī)模式是常見(jiàn)分布式監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但是PLCS程語(yǔ)言簡(jiǎn)單，無(wú)法實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制算

5、法。隨著工業(yè)過(guò)程控制要求的提高，模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等復(fù)雜控制算法取代傳統(tǒng)的PID算法成為工業(yè)過(guò)程控制的發(fā)展趨勢(shì)1。Matlab語(yǔ)言工程計(jì)算力強(qiáng)大,程序設(shè)計(jì)流程靈活，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法2。若將pl睬集至ij的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)交換傳給matlaBS行計(jì)算處理，再將運(yùn)算處理結(jié)果傳送給下位機(jī)PLC,由PLC輸出模塊輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，這樣不僅極大提高監(jiān)控系統(tǒng)的作用，而且有利于復(fù)雜算法的故障診斷和過(guò)程控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)上述目的，問(wèn)題節(jié)點(diǎn)在于PL矯口MATLAB之間的數(shù)據(jù)交換。通過(guò)在MATLAB的Simulink中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間數(shù)據(jù)交換的文獻(xiàn)鮮見(jiàn)報(bào)道。本文介紹

6、通過(guò)OP豉術(shù)實(shí)現(xiàn)MATLAB與PLC1間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方法，并通過(guò)一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明PLGMATLA題信的原理及過(guò)程。PL東集現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的數(shù)據(jù)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳給工控機(jī)，數(shù)據(jù)再通過(guò)工控機(jī)內(nèi)部的OPC、議分別傳給組態(tài)軟件和MATLA的工作空間，組態(tài)軟件是用來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)的，MATLABPL/的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)算法處理得出最優(yōu)的控制數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)OPM議和以太網(wǎng)返回到PLC3,PLCS根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表進(jìn)行精確的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)圖圖2OPC1務(wù)器3種對(duì)象層次關(guān)系圖2、OPCJ術(shù)OPCbObjectLinkingandEmbedding(OLEforProcessContr

7、ol)的縮寫(xiě),它是以微軟公司COM3DCO版術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建的一種應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。OP東用開(kāi)放式白數(shù)據(jù)交互，能使不同公司的軟硬件組成一個(gè)有機(jī)的整體，傳輸可靠，速度快,適于大批量數(shù)據(jù)交換,已經(jīng)成為工控行業(yè)新的通信標(biāo)準(zhǔn),廣泛應(yīng)用在工控行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域3。OP來(lái)用客戶(hù)/服務(wù)器體系，目標(biāo)是在客戶(hù)和服務(wù)器之間建立一種通信和數(shù)據(jù)交換的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制，只要遵循OP標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)交互對(duì)兩者來(lái)說(shuō)都是透明的。各客戶(hù)/服務(wù)器間形成即插即用的簡(jiǎn)單規(guī)范的鏈接關(guān)系,即不同的客戶(hù)軟件能夠訪問(wèn)任意的數(shù)據(jù)源。OPCI用主要包括OPC服務(wù)器與OPCF戶(hù)兩個(gè)部分，OPC務(wù)器是數(shù)據(jù)的供應(yīng)方,負(fù)責(zé)為OP密戶(hù)提供所需的數(shù)據(jù)；OPC

8、T戶(hù)是數(shù)據(jù)的使用方,使用OPC艮務(wù)器提供的數(shù)據(jù)。OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器主要由服務(wù)器對(duì)象(Server)、組對(duì)象(Group)和數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)象(Item)3類(lèi)對(duì)象組成4。3類(lèi)對(duì)象的層次關(guān)系圖如上圖2所示。OP(M體使用必須遵循下列步驟：第一，OPCg戶(hù)要能夠連接到DA®務(wù)器上,并建立OPCfi(Group)和OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)(Item)。第二,OPC§戶(hù)通過(guò)對(duì)其建立的Group和Item進(jìn)行訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，客戶(hù)可以選擇設(shè)備或緩沖區(qū)作為其訪問(wèn)的數(shù)據(jù)源?？蛻?hù)的過(guò)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)包括過(guò)程數(shù)據(jù)的讀取、更新、訂閱、寫(xiě)入等。第三,完成通知,當(dāng)服務(wù)器響應(yīng)客戶(hù)的過(guò)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求,并處理完畢時(shí)通知客

9、戶(hù)。3、MATLABPLCi間的通訊實(shí)現(xiàn)在MATLAB令空間中輸入“opctool”，打開(kāi)OPCE具箱進(jìn)行OPC勺配置，在MATLAB的OPCT具箱中將MATLAB為本地服務(wù)器，然后把“CoDeSys.OPC.02添加為客戶(hù)，然后點(diǎn)擊“connect”，連上之后，在客戶(hù)端添加一個(gè)組，重命名為“INPUT',然后在這個(gè)組中添加一個(gè)對(duì)象，畫(huà)面如圖3所示，可以看到，在PLCE置中設(shè)置的兩個(gè)變量都顯示在添加對(duì)象的對(duì)話(huà)框的左邊，選中“INPUT'變量，然后點(diǎn)擊“add”，就可以看到，PLC勺變量“INPUT添加到了組“INPUT'中，用同樣的方法添加一個(gè)"OUTPUT組

10、，然后將PLC勺變量“OUTPUT添加到組“OUTPUT中，這時(shí)在PLC勺模擬量輸入端給一個(gè)5V勺信號(hào)，就可以看到在PLCS程軟件PLCK置中，模擬量輸入有了一個(gè)整型值，而在MATLA的OPCX具箱中，選中“INPUT'變量，也顯示了一個(gè)整型值，就可以看到它的值和PLCK置中模擬量端口顯示的整型值完全相等。圖3在MATLABOPCT具箱中添加對(duì)象的畫(huà)面圖4simulink中OPCE置圖下面再看一下在MATLA的simulink中對(duì)這個(gè)模擬量輸入的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后將這個(gè)模擬量再送給到模擬量輸出端子。在MATLA的simulink工作空間中加入“OPCConfiguration”、“OPCR

11、ead”、“OPCWrite”三個(gè)模塊，做好相應(yīng)的配置，“OPCRead'模塊中加入變量“INPUT'作為對(duì)象，“OPCWrite”模塊中加入變量“OUTPUT作為對(duì)象，添加完畢之后可以看到在simulink工作空間的“OPCRead”和“OPCWrite”中，顯示了PLC勺兩個(gè)變量名，這說(shuō)明PLC勺兩個(gè)變量都已經(jīng)導(dǎo)入到simulink的工作空間。然后，將“OPCRead'的端子Vffl“OPCWrite”的端子相連，再在中間加入一個(gè)“scope"，來(lái)實(shí)時(shí)顯示從PLCM過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，配置好的simulink工作空間如圖4所示。設(shè)置完畢，開(kāi)始仿真，雙擊“scope

12、”，可以看到隨著時(shí)間的推移，數(shù)據(jù)也在實(shí)時(shí)的顯示，通過(guò)調(diào)節(jié)模擬量輸入端的電壓值，可以看到顯示數(shù)據(jù)也在隨著調(diào)節(jié)而實(shí)時(shí)的變化，如圖5所示圖5simulink中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)畫(huà)面這時(shí)再來(lái)看PLCM件配置中在線(xiàn)顯示的數(shù)據(jù)，模擬量輸入端口顯示的數(shù)據(jù)和模擬量輸出端口顯示的數(shù)據(jù)完全相等，跟“scope”監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)以及opctool中組“INPUT”和組“OUTPUT中的兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)也完全一樣，可以得出，模擬量輸入的值通過(guò)MATLABsimulink中OPC!確無(wú)誤的傳送到了模擬量輸出端口。4、結(jié)束語(yǔ)(1)文獻(xiàn)56提出用MATLAB組態(tài)軟件通過(guò)OPCJ術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而一般的組態(tài)軟件跟PLC1間也是通過(guò)OPCS行

13、數(shù)據(jù)交換的，這樣可以實(shí)現(xiàn)PLGMATLAB間的數(shù)據(jù)交換，但是要經(jīng)過(guò)兩層OPM議，而本文提出的MATLABPLCS接用OPM議進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的通訊，只經(jīng)過(guò)一層OPC、議，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。2)本文只是簡(jiǎn)單的將模擬量輸入數(shù)據(jù)通過(guò)OPC、議，經(jīng)過(guò)MATLA的simulink空間傳送到模擬量輸出端子，有了這個(gè)基礎(chǔ)，可以在“OPCRead'中添加任何現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量或模擬量數(shù)據(jù)，而在“OPCWrite”中添加需要控制的開(kāi)關(guān)量或模擬量輸出變量，然后在它們之間加入智能控制算法的工具箱以及控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這樣就可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確控制。（3）工業(yè)控制系統(tǒng)一般都是一直在運(yùn)行的，平時(shí)用simulink仿真空間做仿真時(shí)都是設(shè)定一個(gè)仿真時(shí)間值，要想做到simulink能夠一直處于工作狀態(tài)，可以將仿真值設(shè)為“inf”，這樣控制系統(tǒng)就可以一直在運(yùn)行，而不用擔(dān)心simulink仿真時(shí)間結(jié)束導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。參考文獻(xiàn)：1王樹(shù)東,畢作文,王紅波.OPCK術(shù)下PLOWMATLAB!結(jié)合的實(shí)時(shí)模糊控制系統(tǒng)J.電氣自動(dòng)化，2011，33（5）11-142林寶全，陳沖.基于MATLABPLC勺實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)J.南昌大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2011，33（3）:298-3023柴兆森.基