KingView組態在變電所液壓能量存儲中的應用

歐志新

摘要：利用KingView組態可視化設計界面功能與Matlab計算仿真功能來實現變電所液壓操動機構能量儲存的實現過程。應用組態中動態數據交換（DDE，Dynamic Data Exchange）技術，實現與Matlab的通信，將其控制原理應用到能量存儲實現過程控制中。既可以完成數據采集與控制系統界面的設計，也可以修正復雜的算法控制精度。用戶可以方便的操作和監控控制效果，并進一步完善和檢測設計的正確性和互動性。

關鍵詞：KingView組態;液壓傳動機構;DDE技術;能量存儲;Matlab控制

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：A

1 引 言

變電所在電力系統中擔負著供給負載電能的功能，電能的變換和傳輸依靠穩定可靠的變電所內部電氣設備的良好運行狀態。其中高壓開關作用尤為重要，是直接控制電路的通斷與故障檢測保障安全為目的[1]。高壓斷路器能夠完成分合閘操作與電氣檢測，需要存儲能量瞬時通過機構連桿傳送能量，完成動靜觸頭瞬時分合動作。

研究帶有液壓操動機構的斷路器分合閘在變電所中的應用為分析案例，建立上位機KingView組態動態演示界面，下位機通過DDE技術鏈接通信網絡數據傳輸為載體，實現上下位機數據聯動與采集，基于Matlab強大的計算與處理數據能力，有效的監控主界面高壓開關分合閘液壓能量存儲與動作過程，為實踐電氣設備與后臺仿真一體化共享數據保存與分析提供參考。

2 KingView組態平臺與開發

KingView組態王軟件是一種通用的工業監控軟件，它適用于從單一設備的生產運營管理和故障診斷，到網絡結構分布式大型集中監控管理系統的開發[2]。

2.1 服務器與網絡配置

其中KingNetClient的寄存器的讀寫都是打包發送的，讀寄存器立即從驅動數據區將數值返回給組態王。每間隔delay時間，將所有的組態王讀寫操作全部打成一個數據包，發送給KingNet-Server，無論是否收到KingNetServer的返回，下一間隔delay繼續發送一個數據包[3]。服務器接收到客戶端數據，發送給客戶端返回數據，客戶端收到服務器的返回數據后保存在驅動的數據區。具有以下三個特點：

（1）組態工程是一個開發設計工具，用于創建監控畫面、監控的設備及相關變量、動畫鏈接、命令語言以及設定運行系統配置等的系統組態工具。

（2）數據區是核心對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現數據詞典的導入和導出等功能。

（3）客戶端與接收數據區從采集設備中獲得通訊數據，并依據工程瀏覽器的動畫設計顯示動態畫面，實現人與控制設備的交互操作。

2.2 仿真開發系統結構圖

Matlab仿真計算與數據庫功能在虛擬與網絡通信環境下開發數據處理程序，實現用戶將遠程采集后存儲在數據庫中的測量數據從瀏覽器輸入，并提交給Web server上的Matlab進行計算，然后把計算結果和圖形直觀地顯示在瀏覽器上[4]。

實驗結果表明本方法研制的遠程測量系統數據處理方便、直觀、快速，具有良好的實用性、通用性。并通過遠動技術實現仿真監控界面實時操作與修正的實驗目的。

3 DDE通信與數據采集

3.1 DDE作用

DDE技術是計算機進行程序交換數據采用的一種協議，使用系統內存共享消息方式達成不同應用程序之間能交換數據[5]。服務器與客戶機數據交換的方法，根據連接方式的不同也有所區別。

本文采用的通信方式就是熱鏈處理方式，既工控KingView組態作為服務器，Matlab作為客戶機，組態王和Matlab之間進行I/O變量的數據傳送與計算，在組態王的數據庫定義變量，定義I＼O變量的同時，同時也定義項目名稱[6-7]。由于Matlab中間的一些計算過程變量需要顯示在組態王中，而這些變量是非I/O的，無法傳遞。這樣使組態王的過程控制，更加方便實用。

3.2 DDE在KingView組態中的使用方法

設備工具欄中，選擇COM1口，設置通信參數，下位機選擇亞控仿真PLC設置[8]。

串口通訊參數設置對話框，必須對串口通訊參數進行設置且設置項要與實際設備中的設置項完全一致（包括：波特率、數據位、停止位、奇偶校驗選項的設置），否則會導致通訊失敗。上位機與下位機數據傳輸網絡鏈接順序如圖3所示。

就地運行方式通過上位機KingView組態軟件程序編譯，模擬實驗界面進行操控。PLC語言編譯程序控制各個參量選擇內存量和I/O接口外部從下位機采集的參量。

3.3 DDE與Matlab仿真數據交換

工控組態軟件中DDE協議技術應用主要在數據交換，在定義I/O變量時這只服務器的三個標識名，即：服務程序名、話題名、項目名。如果不清楚這三個標識系統將傳輸數據無序，造成接收不到或者數據不全的情形[9]。由于DDE具有的缺點在計算與仿真過程中，利用Matlab強大的數據分析與處理能力借助第三方平臺完成數據收集，數據路soL與電子表格EXCEL可以完成這個問題。參數與通信鏈接如表1所示。

在工控組態中建立通信與數據處理鏈接利用數據表格與DDE設備進行計算，定義的變量（UA、UB、UC，Ia、Ib、Ic）必須符合采集參數統一通道[10]。在Matlab仿真，利用子程序單元直接將三個變量發送至第一列第一行（rlcl），類推為rlc2，rlc3。自動傳輸利用建立好的組態王和Excel關系在組態監控界面中顯示數據變化與參量定義一致。

4 案例應用

KingView組態的優點是接收與分析下位機傳送的數據進行設備監控與動態監測，如果下位機設備通信與數據失真，則上位機的顯示動畫和狀態參數就無法匹配，達不到理想的監控一體化互動效果，所以下位機設計與通信連接至關重要，選擇DDE通信在于設置與數據處理簡單，便于后期Matlab接口仿真與穩定性測試。

4.1 液壓能量存儲KingView設計過程

如圖4所示為利用KingView組態設計與繪制的能量存儲液壓傳動機構的工作原理示意圖。其工作過程為：（1）油缸監測進出油移動位置與存儲容量，壓力表和指針報警顯示;（2）控制系統利用進出閥和油泵設置預警值和油箱最大值和最小值;（3）管道與閥門設置閉鎖與自動/手動控制方式，達到閥值閥門自動關閉，或者最小值預警時手動關閉閥門，不影響油缸和油箱進出油容量，保證傳動機構能量儲存和實現傳動桿移動驅使觸頭完成分合閘動作。并在上位機中可視化動態操作過程和數據顯示并用指示燈報警和正常演示功能。

4.2 DDE設備與數據庫連接

設置檢測數據與通信鏈接處于組態控制系統參數屬性定義中，為數據庫后臺運行提供輸出通道，主要考慮開關調節量與液位容量控制，設置參數屬性如圖5所示。

其中，Gas為相位補償器。由公式（3）可以看出，為了獲得良好的跟蹤特性，Gas Gag應有較大的放大倍數。但單純增大Gas Gag的放大倍數會使閉環系統不穩定。

設計與計算就是要求液壓裝置在對數據采集與傳輸基礎上，力求計算油箱和油缸的輸入與輸出保持一致與穩定，控制環節按照公式（1）匹配。DDE技術應用突出在下位機數據處理與通信方面，而上位組態重點在監測后臺的運行環節[12]。

從圖7表明下位機數據采用DDE連接通信時，存在延遲和失真數據情況，在上位機運行中油箱容量通過閥門控制進入油缸的液壓油，儲存過程與管道控制和控制閥動作時間有關，在下位機數據庫中剔除采集的失真或誤差過大的數據，保證在設置合理范圍內數據交互的準時和正確性。

從圖8得出數據上下位機交互效果明顯改善，通過對變電所液壓控制模式和參數狀態的分析，合適改變反饋類型和選擇控制參數，縮短DDE通信與可視化交互過程，在上位機界面設計中設置正確的采集參數和過程監控，都對輸出結果存在重要影響。

5 結論

介紹了變電所液壓操動機構能量存儲的工作原理與運行模式，表明在控制系統中反饋與通信協議在數據采集和分析運算中作用，以組態KingView為上位機控制，下位機PLC采集交互數據與DDE通信模式為傳輸通道，建立Matlab和組態王之間通信的方法，使控制算法方便地應用于控制系統中。

在設計能量儲存油缸和油箱作為載體實現精準控制，從仿真圖7，8得出，實時輸出與輸入參數設定可以完全匹配，并最后實現穩定性和誤差一致性的最佳控制效果，控制時間和誤差幾乎為零。可見Matlab作為控制核心，具有很強的優越性，利用其強大的計算能力，實現復雜的控制算法，采集數據在上位機和下位機PLC兩種軟件之間傳遞，在處理速度上和界面開發周期與難度上具有優點，是一種理想的設計和控制反饋方案應用。

參考文獻

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