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。