OPC技术在电子电力控制器测试平台的应用.pdf
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1、 I 甸 化 O P C 技术在电子电力控制器测试平台的应用 Appl i ca t i on of oPC t echnol ogy i n po w er el ect r oni c uni t t est i ng b en ch 卢健俭 ,何永义 ,王永波 ,江芳波 L U J i a n - j i a n , HE Y o n g y i , WA NG Y o n g b o , J I AN G F a n g _ b o ( 上海大学 机电工程与自动化学院,上海 2 0 0 4 3 6 ) 摘 要 : 本文以电动汽车核心零部件电子电力控制器P E u 测试平台为具体应用背景
2、, 介绍了测试平台的 工作原理: r I O P C 技术在测试平台通讯程序中的实现方法 ,采用S I M A T I C N E T O P C E 务器和 Vc + 实现上位机与西门子$7 -3 0 0 系 U P L C 之间的实时通讯,给出了OP C 通讯模块的设计步 骤和具体程序。 关键字:电子电力控制器;O P C技术 ;S I MAT IC N E T;V c + 中图分类号:T P 2 7 7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9 - 0 1 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 ( 下) -o o 6 o 一0 4 D o i : 1 0 3 9 6 9 J i s s
3、 n 1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 3 0 3 ( 下 ) 1 8 0 引言 新能源汽车是未来汽车产业的发展趋势,我 国各大汽车电子配件 生产厂商正在大力进行混合 动力汽车和纯电动汽车 核心零部件的研发 。针对 此类核心零部件,厂商需要采取严格的检测手段 来对产品进行功能 测试和数据采集以保证产品的 质量和 日后的技 术改进 。本文讲述的电子电力控 制器 ( P o we r E l e c t r o n i c Un i t )简称P E U,是混合动 力汽车或纯电动汽车 的核心零部件,具有广泛 的 市场应用前景 。其测试平台采用P L C 与上位机对工 业控制系统进行控
4、制 ,下位机P L C选用的是西 门 子S 7 3 0 0 P L C,主要承担控制功能,上位机主要实 现与各仪 器仪 表的通讯 。为 了实现设备上下位机 的实时数据交互 ,提高系统的开放性和可互操作 性 ,该测试 系统软件采用OP C技术进行底层通讯 程序设计。 1 OP C 技术简介 OP C是 由OP C基金 会在 1 9 9 6 年提 出的工 业 控制 软件接 口标准 ,其全称 是OL E f o r P r o c e s s C o n t r o l ,即:面 向过程控制的OL E。它是一套以 OL E、C OM、DC OM ( Di s t r i b u t e C OM)
5、技术为背 景 ,基于Wi n d o ws 操作平台,为工业应用程序之间 提供高效的信息集成和交互功能 的组件对象模型 接 口标准 。O P C实质上 是提供 了一种机制 ,通过 这种机制 ,系统能够 以服务器 客户端标准方式从 服务器获取数据并将数 据传递给任何客户应用程 序。它 的 目的是使过程控制工业 中的 自动化控制 应用程序 、现场系统、仪表以及商业办公应用程 序之间有更强大的互操作性和兼容性n 】 。 OP C规范建 立的核 心是数 据存取规 范( OP C DA) ,它提供给用户访 问实时过程数据 的方法 。 在实际应用 中,应用程序采用C l i e n t S e v e r
6、 结构 , 服务器提 供标准的OP C接 口,客户端 则按照OP C 标准定义访 问服务器上 的数据对象 。OP C S e v e r 由三个对象组成 :服务器( S e r v e r ) ,组( Gr o u p ) 和 项( I t e m) 。其 中组对象提供 了OP C客户程序用来组 织数据的一种方法 。项则代表 了OP C服务器到数 据源的一个物理连接 ,它可以是P L C的一个寄存 器 ,也可 以是P L C中的一个寄存器 的某一位 , 因此O P C项是控制程序所需的直接数据。在程序 设计过程 中值得注意 的一点是 ,OP C规范中没有 对应 于项 的COM接 口,所 有对
7、项的访 问需要通 过包含项的OP C组对象来实现 。OP C项包括三个 属性值 :值( Va l u e ) 、品质( Qu a l i t y ) 、时 间戳( T i me S t a mp ) ,其数据值是 以VARI ANT形式标识 的。 O P C 服务器、组、项的关系如图1 所示。 图1 OP C n Et 务器、组、项关系 收稿日期:2 0 1 8 - 0 1 - 0 5 基金项 目:工业机器人伺服驱动器和 电机工程化研究 ( 2 0 1 1 AA 0 1 A1 0 5 ) 作者简介:卢健俭 ( 1 9 8 7一),男,江西人,硕士研究生,从事电气自动化测试设备关键技术研究。 6
8、 0 1 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 0 3 ( 下) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 似 2 系统工作原理及构成 2 1 P E U 功能简介 电子 电力控制器 ,简称P E U,由联 合汽车 电 子 有限公 司研 发生产,主要用于驱动汽车电动机 以及为车载低压 电器供电。如图2 所示 ,P E U主要 包括逆变器( I n v e r t e r ) 与DC DC转换 器( DC DC) , I n v e r t e r将输入的直流 电压( 1 5 0 4 3 0 V) 转换为三相 幅值 与频率可变 的交流 电压驱动 电机 :DC DC将
9、 输入直流高压( 2 4 0 - 4 3 0 V) 转化为1 2 V的低压 ,给车 载 低压 电池及低压 电器供 电。P E U通过C AN总线 与外部设备( 如纯电动汽车上的整车控制器) 通信 。 整车控制器 向P E U发出获取 电机扭矩值 、DC DC 输 出电压 幅值 等指令 ,P E U根据 接收到的指令控 制I n v e r t e r 及DC DC 工作 ,并通过C AN向整车控制 器发送当前I n v e r t e r 实际输 出转矩值,DC DC实际 输 出电压及一些错误诊断信息等。 1 图2 P E U功能框 图 2 2 测试平 台工作原理及构成 测试平台需要模拟P E
10、 U实 际工作状 况,完成 各项功能 指标 测试 。为了保 证平台的可扩展性 , P E U测试平台采用模块化设计 ,主要 由:控制模 块 、高 低压测试 模块 、高 低压 接触器模块 、负 载线圈模块、测试工作台、冷却水回路等6 大部分 组成 ,其中控制模块主要是 由P L C、I P C以及CC S ( C o mmo n Co r e S y s t e m)组 成 。控制模块 的核 , t , c cs 是 中央控制 系统 ,属于 工业网络的一个节 点 ,为P EU提供 内部 测试资源 ,并 负责将平台测 试 结果发送至远程数据 中心。控 制模块P L C采用 西 门子S 7 3 0
11、0 系列C P U3 1 4 C 一 2 DP ,其性能如下 : 2 4 路D I 和l 6 路Do,4 路模拟量输入和2 路模拟量输 出,9 6 K B内存 。测试平台构成如图3 所示。 平 台工作原理 :CC S 模块发送 测试 指令至控 制模块中的工控机 ( I P C),I P C解析命令 后控制 测试模块中各仪器仪表就绪 ,同时发送指令至P L C 进行逻辑 电路控制 ,I P C根据P L C的反馈信息开始 对产品进行测试 ,测试的结果经 由测试模块反馈 至C C S 系统并将测试结果显示在C CS 系统的测试报 告面板上 。 图3 P E U测试平 台构成 在 整个 电气控 制
12、系统 中,P L C需要 控制 高 低压接触 器模块 ,由于CP U自身集成 的I O点数 不够 ,故 需要对数字 量输入输 出模块 进行扩展 , 选用 1 块3 2 输入点的S M3 2 1 模块和1 块3 2 输出点的 S M3 2 2 模块 。测试过 程中,各项 高精度测量指标 则 主要 由YOKOGAWA横 河功 率计 进行数 据 采 集 。P L C的CP U模 块 自身集成的模拟量输入输 出 通道 已满足 测试要求 ,无需进行模拟量输入输 出 模 块 的扩 展 。为 了实现 数 据 的快速 有 效传输 和 工业局域 网设计 ,P L C采用了以太网模块C P 3 4 3 1 Le
13、a n。 3 通讯方案实现 测试平台上 位机编程软件选用的是VC 2 0 0 8 。 一 般 S 7 3 0 0 P L C与上 位机 的通讯 有两种 实现方 式 :一种 是 自定义 串行通 讯协 议 ,通 过 串 口与 上位机进行通讯 ;另一种 是利用OP C 技 术实现通 讯 ,无 需 自定义通讯协议 。鉴于前 一种通讯方法 抗干扰能 力差 ,传输速率低 ,传输距 离短 ,我们 选择 了后一种方案 。平台OP C 通讯 模块采用西 门 子S I MAT I C NE T 软件 提供的OP C I I 务器来号甲 一 位机P L C 进行通讯,并且根据数据存取规范在上位 机软件 内编写OP
14、C客户端程序,以此来读取OP C 服务器内的各项值 。 3 1 OP C n , 务器组态 在S I MA T I C NE T 与S I MA T I C S T E P 7 软件安装 成功后,我们需要分四步对0 P C 服务器进行组态。 1 )配置P C 站 。在S t a t i o n c o n fi g u r a t o r 中对P C 站进行配置,配置界面一号槽 内添加OP C S e r v e r , 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 - 0 3 ( 下) 6 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I lI8 化 三号槽 内添加I E G
15、e n e r a l ,并且在其 属性对话框中 进行以太网接 口参数设置 。配置完成后,我们对 此P C 站的S t a t i o n Na me 命名为 “ P E UO P C”。 2 )配置控制 台Co n f i g u r a t i o n Co n s o l e 。在配 置 的时候 ,我们 在Ac c e s s P o i n t s 设定 窗 口中将 S 7 O NL I NE 指向P C i n t e r n al ( 1 o c a 1 ) ,为P C站组态下 载做准备。 3 )建立P L C 站 。首先在S I MAT I C Ma n a g e r 中 新建
16、项 目,通过I n s e r t P C S t a t i o n 插入一个P C 站 , 插入的P C 站 的名称必须重新命 名为第一步配置时 P C站的S t a t i o n Na me ,否则无法将组态下载到P C 站 内。接下来打开硬件配置界面,在硬件 目录窗 口选择与已安装的S I MAT I C NE T 软件版本相符的 硬件插入到相应插槽 中。 4 )网络节点配置。进入Ne t P r o 置界面,选择 OP C S e r v e r ,在连接表第一行插入新的连接, 由于上 面已经配置好了P L C 站, 所 以连接会 自动创建, 直接 确认即可 。编译无错后,在Ne
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