基于DCS与MATLAB的车辆传动系统仿真平台数据通信的实现
基于dcs与matlab的车辆传动系统仿真平台数据通信的实现
1引言
目前，分散控制系统(dcs)已广泛用于石油、化工、电力、冶金等工业控制领域。在dcs的实际工程应用中，通常需要根据不同的控制对象设计出具体的控制方案，然后在dcs上通过控制组态的方式进行实现。但是由于实际工程的限制，新设计出的控制策略与算法很难有机会在现场进行测试。因此，有必要设计出被控对象的仿真模型供dcs测试时使用。
近年来，出现了matlab这种功能强大并在控制领域被广泛应用的软件，使用它可以很方便地为各种被控对象建立仿真模型。如能将dcs和matlab两者相连，由dcs完成控制运算功能，matlab提供被控对象的仿真模型。将充分发挥两者的优势，同时也能为科研人员开发新的控制策略和算法给予极大的帮助。
本文以履带车辆传动系统为例，基于国电智深的edpf-nt系统和matlab建立车辆传动系统仿真平台。在此平台上，在edpf-nt系统中开发车辆传动系统电控模拟器，控制传动系统的运行。使用matlab构建传动系统模型，模拟传动系统的运行。该平台可以方便的模拟传动系统的换档过程，为优化换挡策略，提高传动系统的整体性能提供较好的仿真环境。仿真平台的总体结构如图1所示。
图1仿真平台的总体结构
2仿真平台硬件组成
在构建传动系统仿真平台时，首先要解决硬件的设计问题。它主要由edpf-nt系统的工程师站、dpu卡、com卡、i/o卡和上位机组成。工程师站的功能是进行组态及设计控制方案，而上位机主要是运行传动系统matlab模型和数据通信程序。
3仿真平台数据通信的实现
在进行传动系统仿真平台构建过程中，实现平台内数据快速准确的通信是重点研究的内容，主要解决edpf-nt系统与matlab的数据通信。出于安全性的考虑，edpf-nt系统的数据库只允许读取而不允许写入，所以edpf-nt系统与matlab模型的数据通信要分三部分实现，首先是在工程师站读取edpf-nt系统实时数据并发送给上位机，其次是matlab模型读取送至上位机的edpf-nt系统数据，最后是在上位机中将matlab模型运行后的数据通过com卡送入edpf-nt系统。
3.1edpf-nt系统数据读取
edpf-nt系统的数据以特定的格式存储于数据库中，不能直接读写。国电智深为了方便用户对于数据的使用，提供了可以被vc、vb等软件调用的ntclient.dll文件，用户可以通过ntclient.dll提供的函数来读取edpf-nt系统的实时数据。本文采用vb开发了读取edpf-nt系统数据，同时利用winsock控件将读取的数据发送到上位机的程序。此程序分为三部分：
1）声明ntclient.dll提供的函数；
2）读取edpf-nt系统的数据；
3）发送数据到上位机。
3.2matlab对edpf-nt数据的调用
作为当前最流行的仿真软件，matlab在控制系统分析与设计中起着重要作用。但是matlab本身不提供底层通信接口，必须使用其它方法实现网络上的数据通信。所以由edpf-nt系统工程师站送至上位机的数据首先使用vb编写的程序接收，接下来通过opc技术实现对这些数据的调用。
在不同的程序间传递数据时需要选择合适的通信接口，为此引入工控行业的软件接口标准opc(oleforprocesscontro1)技术。opc技术试图按照标准的方法解决不同程序、设备之间的数据交换问题，它采用服务器/客户端模式，只要提供了具有统一opc接口的服务器，即可按照一致的opc客户端接口访问服务器，实现数据交换。
matlab可以作为activex自动化控制器，通过activex自动化控制器技术，用户可以在matlab中，通过编写m文件对activex自动化服务器进行各种控制。利用vb开发使用opc自动化接口的opcaxtivex控件，在opcaxtivex控件中添加通信模块，接收edpf-nt系统的数据，并将这些数据赋给opcaxtivex控件的属性值，通过matlab获取opcaxtivex控件中对应的属性值，就可以实现在opc技术下matlab对edpf-nt系统数据的调用。
首先是建立opcaxtivex控件，并在内部工作变量的初始化中设置网络。其次在opcaxtivex程序中添加网络通信代码，完成对edpf-nt系统工程师站送到上位机的数据进行接收。最后将接收到的数据赋给activex控件属性值，生成opcaxtivex控件，并注册。用于数据接收的opcaxtivex控件就可以被matlab来使用了。
在matlab使用一个activex组件前，必须要找到对象的名字，即progld，另外还要了解对象用到的方法、属性和事件。利用这些信息，通过activex客户支持就可以在matlab中应用这个对象。
利用actxcontrol函数来生成一个activex组件，实现matlab和opc之间的通信。
在图形窗口中生成一个activex组件语法为：
h=actxcontro1(progid[,position[,handle···[,callback{event1eventhander1；···event2eventhandler2；}]]]）
用get、set、invoke、propedit、release和delete等函数可以操作opcaxtivex控件,最终实现matlab对edpf-nt数据的调用。
3.3edpf-nt系统数据输入实现
在前文提到，出于安全性的考虑，edpf-nt系统数据库的数据只允许读取，不能直接写入。所以必须使用modbus协议通过com卡将matlab模型运行后的数据送到edpf-nt系统。在vb中使用modbusmaster通信控件，可以方便的作为master向modbus的slave（com卡）发送数据。
在向edpf-nt系统传输数据时，需要设置好相应的通信参数，包括端口、波特率、响应超时时间、数据位格式（rtu/ascii）、校验方式、停止位以及和com卡相关的从站地址和发送数据时com的物理起始地址。
matlab模型每次运行结束后，就会自动将数据通过modbus网络送到edpf-nt系统的com卡，edpf-nt系统将读取送至com卡的数据。
4数据通信测试
在软硬件调试完成后，以手动换档为例来测试平台的数据通信是否准确可靠。首先使平台处于运转状态，在edpf-nt系统开发的传动电控模拟器上进行控制。电控模拟器操作界面如图3所示。
图3电控模拟器操作界面
edpf-nt系统的控制信号可以迅速地发送给上位机中的传动系统模型，控制模型的运行，同时上位机又将模型运行后得到的数据发回edpf-nt系统，并在电控模拟器的界面上显示。
测试时，在电控模拟器上进行操作，从一档逐次换到四档。位于上位机中的传动系统模型接收换档控制信号后，按照所给的档位运行，运行后得到的传动系统变速箱输出转速曲线如图4所示。
通过测试可以看到，仿真平台内的数据通信迅速、准确、可靠，能够满足仿真实验的要求。
5结论
本文针对基于国电智深edpf-nt系统和matlab的车辆传动系统仿真平台中不同设备、软件间数据不能共享的问题，提供了比较完善的解决方法，实现了整个平台内的数据通信，运行表明整个仿真平台运行良好，数据通信准确迅速，为车辆传动系统的研究提供了的帮助。
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近年来，出现了matlab这种功能强大并在控制领域被广泛应用的软件，使用它可以很方便地为各种被控对象建立仿真模型。如能将dcs和matlab两者相连，由dcs完成控制运算功能，matlab提供被控对象的仿真模型。将充分发挥两者的优势，同时也能为科研人员开发新的控制策略和算法给予极大的帮助。
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图1仿真平台的总体结构
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在构建传动系统仿真平台时，首先要解决硬件的设计问题。它主要由edpf-nt系统的工程师站、dpu卡、com卡、i/o卡和上位机组成。工程师站的功能是进行组态及设计控制方案，而上位机主要是运行传动系统matlab模型和数据通信程序。
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3.1edpf-nt系统数据读取
edpf-nt系统的数据以特定的格式存储于数据库中，不能直接读写。国电智深为了方便用户对于数据的使用，提供了可以被vc、vb等软件调用的ntclient.dll文件，用户可以通过ntclient.dll提供的函数来读取edpf-nt系统的实时数据。本文采用vb开发了读取edpf-nt系统数据，同时利用winsock控件将读取的数据发送到上位机的程序。此程序分为三部分：
1）声明ntclient.dll提供的函数；
2）读取edpf-nt系统的数据；
3）发送数据到上位机。
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作为当前最流行的仿真软件，matlab在控制系统分析与设计中起着重要作用。但是matlab本身不提供底层通信接口，必须使用其它方法实现网络上的数据通信。所以由edpf-nt系统工程师站送至上位机的数据首先使用vb编写的程序接收，接下来通过opc技术实现对这些数据的调用。
在不同的程序间传递数据时需要选择合适的通信接口，为此引入工控行业的软件接口标准opc(oleforprocesscontro1)技术。opc技术试图按照标准的方法解决不同程序、设备之间的数据交换问题，它采用服务器/客户端模式，只要提供了具有统一opc接口的服务器，即可按照一致的opc客户端接口访问服务器，实现数据交换。
matlab可以作为activex自动化控制器，通过activex自动化控制器技术，用户可以在matlab中，通过编写m文件对activex自动化服务器进行各种控制。利用vb开发使用opc自动化接口的opcaxtivex控件，在opcaxtivex控件中添加通信模块，接收edpf-nt系统的数据，并将这些数据赋给opcaxtivex控件的属性值，通过matlab获取opcaxtivex控件中对应的属性值，就可以实现在opc技术下matlab对edpf-nt系统数据的调用。
首先是建立opcaxtivex控件，并在内部工作变量的初始化中设置网络。其次在opcaxtivex程序中添加网络通信代码，完成对edpf-nt系统工程师站送到上位机的数据进行接收。最后将接收到的数据赋给activex控件属性值，生成opcaxtivex控件，并注册。用于数据接收的opcaxtivex控件就可以被matlab来使用了。
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h=actxcontro1(progid[,position[,handle···[,callback{event1eventhander1；···event2eventhandler2；}]]]）
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图3电控模拟器操作界面
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测试时，在电控模拟器上进行操作，从一档逐次换到四档。位于上位机中的传动系统模型接收换档控制信号后，按照所给的档位运行，运行后得到的传动系统变速箱输出转速曲线如图4所示。
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