KingView组态在变电所液压能量存储中的应用

欧志新

摘要：利用KingView组态可视化设计界面功能与Matlab计算仿真功能来实现变电所液压操动机构能量储存的实现过程。应用组态中动态数据交换（DDE，Dynamic Data Exchange）技术，实现与Matlab的通信，将其控制原理应用到能量存储实现过程控制中。既可以完成数据采集与控制系统界面的设计，也可以修正复杂的算法控制精度。用户可以方便的操作和监控控制效果，并进一步完善和检测设计的正确性和互动性。

关键词：KingView组态;液压传动机构;DDE技术;能量存储;Matlab控制

中图分类号：TP273

文献标志码：A

1 引 言

变电所在电力系统中担负着供给负载电能的功能，电能的变换和传输依靠稳定可靠的变电所内部电气设备的良好运行状态。其中高压开关作用尤为重要，是直接控制电路的通断与故障检测保障安全为目的[1]。高压断路器能够完成分合闸操作与电气检测，需要存储能量瞬时通过机构连杆传送能量，完成动静触头瞬时分合动作。

研究带有液压操动机构的断路器分合闸在变电所中的应用为分析案例，建立上位机KingView组态动态演示界面，下位机通过DDE技术链接通信网络数据传输为载体，实现上下位机数据联动与采集，基于Matlab强大的计算与处理数据能力，有效的监控主界面高压开关分合闸液压能量存储与动作过程，为实践电气设备与后台仿真一体化共享数据保存与分析提供参考。

2 KingView组态平台与开发

KingView组态王软件是一种通用的工业监控软件，它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发[2]。

2.1 服务器与网络配置

其中KingNetClient的寄存器的读写都是打包发送的，读寄存器立即从驱动数据区将数值返回给组态王。每间隔delay时间，将所有的组态王读写操作全部打成一个数据包，发送给KingNet-Server，无论是否收到KingNetServer的返回，下一间隔delay继续发送一个数据包[3]。服务器接收到客户端数据，发送给客户端返回数据，客户端收到服务器的返回数据后保存在驱动的数据区。具有以下三个特点：

（1）组态工程是一个开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。

（2）数据区是核心对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。

（3）客户端与接收数据区从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。

2.2 仿真开发系统结构图

Matlab仿真计算与数据库功能在虚拟与网络通信环境下开发数据处理程序，实现用户将远程采集后存储在数据库中的测量数据从浏览器输入，并提交给Web server上的Matlab进行计算，然后把计算结果和图形直观地显示在浏览器上[4]。

实验结果表明本方法研制的远程测量系统数据处理方便、直观、快速，具有良好的实用性、通用性。并通过远动技术实现仿真监控界面实时操作与修正的实验目的。

3 DDE通信与数据采集

3.1 DDE作用

DDE技术是计算机进行程序交换数据采用的一种协议，使用系统内存共享消息方式达成不同应用程序之间能交换数据[5]。服务器与客户机数据交换的方法，根据连接方式的不同也有所区别。

本文采用的通信方式就是热链处理方式，既工控KingView组态作为服务器，Matlab作为客户机，组态王和Matlab之间进行I/O变量的数据传送与计算，在组态王的数据库定义变量，定义I＼O变量的同时，同时也定义项目名称[6-7]。由于Matlab中间的一些计算过程变量需要显示在组态王中，而这些变量是非I/O的，无法传递。这样使组态王的过程控制，更加方便实用。

3.2 DDE在KingView组态中的使用方法

设备工具栏中，选择COM1口，设置通信参数，下位机选择亚控仿真PLC设置[8]。

串口通訊参数设置对话框，必须对串口通讯参数进行设置且设置项要与实际设备中的设置项完全一致（包括：波特率、数据位、停止位、奇偶校验选项的设置），否则会导致通讯失败。上位机与下位机数据传输网络链接顺序如图3所示。

就地运行方式通过上位机KingView组态软件程序编译，模拟实验界面进行操控。PLC语言编译程序控制各个参量选择内存量和I/O接口外部从下位机采集的参量。

3.3 DDE与Matlab仿真数据交换

工控组态软件中DDE协议技术应用主要在数据交换，在定义I/O变量时这只服务器的三个标识名，即：服务程序名、话题名、项目名。如果不清楚这三个标识系统将传输数据无序，造成接收不到或者数据不全的情形[9]。由于DDE具有的缺点在计算与仿真过程中，利用Matlab强大的数据分析与处理能力借助第三方平台完成数据收集，数据路soL与电子表格EXCEL可以完成这个问题。参数与通信链接如表1所示。

在工控组态中建立通信与数据处理链接利用数据表格与DDE设备进行计算，定义的变量（UA、UB、UC，Ia、Ib、Ic）必须符合采集参数统一通道[10]。在Matlab仿真，利用子程序单元直接将三个变量发送至第一列第一行（rlcl），类推为rlc2，rlc3。自动传输利用建立好的组态王和Excel关系在组态监控界面中显示数据变化与参量定义一致。

4 案例应用

KingView组态的优点是接收与分析下位机传送的数据进行设备监控与动态监测，如果下位机设备通信与数据失真，则上位机的显示动画和状态参数就无法匹配，达不到理想的监控一体化互动效果，所以下位机设计与通信连接至关重要，选择DDE通信在于设置与数据处理简单，便于后期Matlab接口仿真与稳定性测试。

4.1 液压能量存储KingView设计过程

如图4所示为利用KingView组态设计与绘制的能量存储液压传动机构的工作原理示意图。其工作过程为：（1）油缸监测进出油移动位置与存储容量，压力表和指针报警显示;（2）控制系统利用进出阀和油泵设置预警值和油箱最大值和最小值;（3）管道与阀门设置闭锁与自动/手动控制方式，达到阀值阀门自动关闭，或者最小值预警时手动关闭阀门，不影响油缸和油箱进出油容量，保证传动机构能量储存和实现传动杆移动驱使触头完成分合闸动作。并在上位机中可视化动态操作过程和数据显示并用指示灯报警和正常演示功能。

4.2 DDE设备与数据库连接

设置检测数据与通信链接处于组态控制系统参数属性定义中，为数据库后台运行提供输出通道，主要考虑开关调节量与液位容量控制，设置参数属性如图5所示。

其中，Gas为相位补偿器。由公式（3）可以看出，为了获得良好的跟踪特性，Gas Gag应有较大的放大倍数。但单纯增大Gas Gag的放大倍数会使闭环系统不稳定。

设计与计算就是要求液压装置在对数据采集与传输基础上，力求计算油箱和油缸的输入与输出保持一致与稳定，控制环节按照公式（1）匹配。DDE技术应用突出在下位机数据处理与通信方面，而上位组态重点在监测后台的运行环节[12]。

从图7表明下位机数据采用DDE连接通信时，存在延迟和失真数据情况，在上位机运行中油箱容量通过阀门控制进入油缸的液压油，储存过程与管道控制和控制阀动作时间有关，在下位机数据库中剔除采集的失真或误差过大的数据，保证在设置合理范围内数据交互的准时和正确性。

从图8得出数据上下位机交互效果明显改善，通过对变电所液压控制模式和参数状态的分析，合适改变反馈类型和选择控制参数，缩短DDE通信与可视化交互过程，在上位机界面设计中设置正确的采集参数和过程监控，都对输出结果存在重要影响。

5 结论

介绍了变电所液压操动机构能量存储的工作原理与运行模式，表明在控制系统中反馈与通信协议在数据采集和分析运算中作用，以组态KingView为上位机控制，下位机PLC采集交互数据与DDE通信模式为传输通道，建立Matlab和组态王之间通信的方法，使控制算法方便地应用于控制系统中。

在设计能量储存油缸和油箱作为载体实现精准控制，从仿真图7，8得出，实时输出与输入参数设定可以完全匹配，并最后实现稳定性和误差一致性的最佳控制效果，控制时间和误差几乎为零。可见Matlab作为控制核心，具有很强的优越性，利用其强大的计算能力，实现复杂的控制算法，采集数据在上位机和下位机PLC两种软件之间传递，在处理速度上和界面开发周期与难度上具有优点，是一种理想的设计和控制反馈方案应用。

参考文献

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