可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统设计与动态数据交换技术应用研究
目 录
摘 要. 5
前 言. 7
第1章 概述. 8
1.1 啤酒工艺组态监控系统设计的背景... 8
1.2 我国啤酒生产自动化发展现状... 8
1.3啤酒工艺组态监控系统设计的主要思路... 8
1.3.1 啤酒工艺过程. 8
1.3.2 控制系统组建 [15] 9
1.3.3 啤酒监控的设计思路. 9
1.4 力控组态软件与MATLAB的DDE通信的设计思想... 9
第2章 力控®6.0介绍. 11
2.1 力控 PCAuto6.0的背景介绍... 11
2.1.1关于力控 PCAuto6.0[1] 11
2.1.2 力控的版本. 11
2.2力控®产品功能... 12
2.2.1 软件组成. 12
2.2.2 管控一体化的软件. 12
2.2.3 软件的开放性. 13
第3章 啤酒工艺生产概况. 18
3.1 目前国内啤酒厂家生产控制水平... 18
3.1.1 完全手动操作方式. 18
3.1.2 集中手动控制方式. 18
3.1.3 PC机+ 数据采集插卡方式. 18
3.1.4 分布式控制方式. 19
3.2啤酒生产过程综合自动化系统... 19
第4章 啤酒生产控制系统设计. 21
4.1 啤酒生产控制系统的主要功能及设计思想... 21
4.2 啤酒生产控制系统人机操作界面及功能设计... 22
4.2.1 主画面的设计. 22
4.2.2 啤酒工业监控页面的设计. 24
4.2.3 糊化锅页面设计. 29
4.2.4 煮沸锅的页面设计. 30
4.2.5 创建温控曲线. 30
4.2.6 创建报表页面. 32
4.2.7 报警页面. 35
第5章 力控6.0与MATLAB 之间的DDE数据通信. 38
5.1 DDE通信原理... 38
5.2 MATLAB中的DDE. 39
5.2.1 MATLAB作为服务器. 39
5.2.2 MATLAB作为客户端. 40
5.3力控中的DDE. 42
5.3.1 力控®数据库作为DDE服务器设置. 42
5.3.2 力控®数据库作为DDE客户程序. 42
5.4 力控6.0与MATLAB 之间的DDE数据通信... 42
5.4.1 在力控中建立DDE通信画面. 42
5.4.2 在MATLAB中创建DDE通信. 43
第6章 系统调试. 45
6.1定义I/O设备... 45
6.2 创建实时数据库... 46
6.3制作动画连接... 47
6.4脚本动作... 49
6.5运 行... 50
6.6 DDE的调试... 51
第7章 总结与分析. 53
7.1 啤酒监控系统... 53
7.2 力控6.0与 MATLAB之间的DDE数据通信... 60
7.3 系统设计总结... 62
总结与体会. 63
谢 辞. 64
参考文献. 65英文文献
附录1：英文技术资料中文译稿. 66
附录2：英文技术资料原稿. 75 24
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统设计与动态数据交换技术应用研究
摘 要
力控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，本文运用组态软件力控6.0进行啤酒生产过程自动化控制，具有足够的灵活性，控制过程精度也有了很大的进步。同时利用动态数据交换（DDE）技术，建立MATLAB与组态软件之间的通信。这样，就可以利用组态软件生成友好的交互式人机界面，而用MATLAB完成复杂的控制算法，弥补组态软件算法能力不强的弱点，发挥MATLAB的计算功能。从而更好的改善力控组态监控系统的品质。
关键词：力控6.0;MATLAB7.1; 啤酒生产;监控; 动态数据交换
Abstract
The Forcecontrol configuration software is a supervision system in the automatic control system .In this article the configuration software Forcecontrol 6.0 is mainly used for beer production process automation with sufficient flexibility, precision control of the process.At the same time Dynamic Data Exchange (DDE) technology is used to establish communications between MATLAB and the configuration software. In this way, the configuration software can generate friendly interactive human-machine interface, complete the complex control algorithms, can be completed the lack of weaknesses of the configuration software algorithms ,based on the computational ability of MATLAB. The monitoring quality of Forcecontrol canbe improved more.
Key words: Forcecontrol 6.0; MATLAB7.1; Beer production, Monitoring and control, Dynamic data exchange(DDE)
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
前 言
组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。组态软件一般英文简称有三种分别为HMI/MMI/SCADA,对应全称为Human and Machine Interface/ Man and Machine Interface /Supervisory Control and Data Acquisition，中文翻译为：人机界面/监视控制和数据采集 软件。目前组态软件的发展迅猛，已经扩展到企业信息管理系统，管理和控制一体化，远程诊断和维护以及在互联网上的一系列的数据整合。
力控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通信，它可以高可靠地与工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。但是，随着工业生产技术的发展和对控制系统性能要求的增加，造成所需要采用的系统控制策略也越来越复杂。因而在控制系统设计中，往往需要研究新的控制算法来改善控制系统的品质。而仅利用组态王来实现所有算法较为困难。所以在设计新的控制系统算法时，需要一个能代表实际控制系统的研究平台，使之能够如实反映其系统控制特性。本文借用了DDE技术、MATLAB7.1和力控组态软件实现了控制系统仿真。并应用到啤酒监控系统中。
在本次设计中还进行了力控6.0与MATLAB 7.1之间的DDE数据通信的研究，其结果可从力控中传入数据到MATLAB，在MATLAB 中应用数字PID控制算法进行控制运算，并把所的的结果传送到力控6.0并通过趋势曲线显示出来。
第1章 概述
本章主要介绍了这次毕业设计所选择的啤酒生产监控对象的设计的背景，及其在我国的发展现状和本次系统设计的主要思路。
1.1 啤酒工艺组态监控系统设计的背景
啤酒行业是我国酿酒工业中最年轻，也是发展最快、目前最大的行业。二十年来。中国啤酒工业从高速发展逐步走向稳定增长，产量从1985年310.4万吨、1990年692.1万吨、1995年1568.6万吨。近年来，我国的啤酒需求量日趋增大，随着市场竞争的加剧与消费群的日益成熟，对啤酒的质量和风味的要求也越来越高，但是目前国内啤酒生产过程自动化程度较低，因此利用先进的自动控制技术对啤酒生产进行组台监控控制是提高啤酒生产水平的重要手段。
1.2 我国啤酒生产自动化发展现状
近年来，随着我国经济的发展，人民的生活水平不断提高，我国的啤酒需求量日趋增大，啤酒行业进入了高速发展的时期，为适应这一市场需求，国内各啤酒厂家均在努力降低生产成本，扩大生产规模，提高产品的产量和质量。当今先进的技术已将啤酒酿造工艺带进了另一个新国度，但是我国的啤酒酿造技术存在一定差距。目前国内约有近400 家啤酒生产厂，大多数厂家都实现了全线自动化。但在国内的 一些中小企业，啤酒生产状况仍较落后，自动化程度低。实践表明，自动化控制系统对于提高啤酒质量，节省能源，提高劳动生产率有重要的意义[9]。
啤酒的生产过程分为麦芽制备、麦汁制造、发酵、后处理及包装4 大工序。麦 汁制造俗称糖化，就是指麦芽及辅料的粉碎，醪的糖化、过滤以及麦汁煮沸、冷却 的过程。它与发酵是啤酒生产中的两道关键工序，其工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感等技术指标起着决定性的作用[2][13]。
1.3啤酒工艺组态监控系统设计的主要思路
1.3.1 啤酒工艺过程[8][15][17] 啤酒生产过程主要分为：制麦、糖化、发酵、罐装四个部分。若图片无法显示请联系QQ3710167
在计算机及检测设备的配合下，借助监控组态软件平台，可根据不同需要选择不同控制方案，实现生产过程温度、压力等参数的精确调节，确保生产工艺要求。
1.3.2 控制系统组建 [15]
组建力控监控组态软件环境的啤酒生产过程控制，在硬件方面主要有力控+PLC、力控+控制器、力控+计算机板卡这三种选择方式。它们的总体功能相同，但各有侧重：采用力控+PLC或力控+控制器方式有着较好的稳定性，但价格相对较高，且给日后进行系统扩充和变更带来不便；采用力控+计算机板卡方式，系统构造相对灵活，价格适中一些。可根据厂家的各自特点和不同需求做出选择。 主要涉及：工业计算机、打印机、PLC/控制器/计算机板卡、力控软件、液位变送器、压力变送器、温度传感器、电磁阀、电动调节阀、检测开关等。
1.3.3 啤酒监控的设计思路 ·控制方案定义、选择，动态实时控制曲线的显示输出； ·长时历史数据压缩存储； ·温度误差控制在±0.3℃范围内； ·具有温湿度及压力超限、线路故障、液位溢出等报警功能； ·具备一定的灾难恢复能力和容错性； ·日报、月报、年报、历史数据等报表的输出。
1.4 力控组态软件与MATLAB的DDE通信的设计思想
本文对力控组态软件与MATLAB的DDE通信作了介绍,并利用MATLAB编写PID控制算法[7]在DDE通信下对一阶惯性环节进行了控制仿真(图1.1).这样，有利于发挥组态软件和MATLAB的各自优势，具有控制组态简单,编写算法灵活等优点，有一定的实际应用何时价值.
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图1.1 DDE通信框图
以上就是总的来介绍了本次毕业设计的主要设计思路与方法，其具体的设计方法和思路见下面几章。
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
第2章 力控®6.0介绍
本章主要介绍了本次设计所用的主要的监控设计软件力控 PCAuto 6.0的一些主要的特点，及其功能。
2.1 力控 PCAuto6.0的背景介绍
2.1.1关于力控 PCAuto6.0[1]
力控 PCAuto 6.0 是北京三维力控科技有限公司“管控一体化解决之道”产品线的总称，由监控组态软件、“软”控制策略软件、实时数据库及其管理系统、Web 门户工具等产品组成。这些产品不是孤立的，力控 PCAuto 6.0 是一个应用规模可以自由伸缩的体系结构，整个力控 PCAuto6.0 系统及其各个产品都是由一些组件程序按照一定的方式组合而成的。
在力控 PCAuto 6.0 中，实时数据库 RTDB 是全部产品数据的核心，分布式网络应用是力控 PCAuto TM 的最大特点。
在力控 PCAuto6.0中，所有应用（例如趋势、报警等）对远程数据的引用方法都和引用本地数据完全相同，这是力控 PCAuto6.0 分布式特点的主要表现。如下图[1]：
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图2.1 分布式的力控 PCAuto6.0
2.1.2 力控的版本
力控的版本有以下三种：
（1） 通用监控版： 运行在单台PC 上完成监控，该版本不包括GPRS、ODBC、PORTSERVER 等扩展组件。
（2） 标准网络版： 由2 套通用监控版软件通过以太网可以构成标准的服务器/客户端模式网络，标准服务器端只授权 5 客户使用，客户端在 5 个客户端的基础上可增加 10、20、50、无限客户端，客户端可以使用标准的 64 点软件来作为标准客户端。
（3） WWW 网络版： 用标准的 IE 浏览器作为“瘦”客户端，在INTERNET/INTRANET 上来监控WWW 服务器的上的数据，瘦客户端在5 个客户端的基础上可增加 10、20、50、无限客户端。
由于设备的局限和时间等问题，这次设计使用通用监控版，在PC机完成。
2.2力控®产品功能
2.2.1 软件组成
力控® 软件包括：工程管理器、人机界面 VIEW、实时数据库DB、I/O 驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务组件等。
力控®监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率。
力控®监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。
2.2.2 管控一体化的软件
力控软件具备强大的Web 功能和Internet/Intranet 浏览器技术，直接支持多文档，WWW 功能全部用 VC++实现，数据采用变化传输，因此当在 Internet 上远程访问监控画面时，具有更好的实时性，同时易于使用 ASP 等快速开发工具构建 B/S 系统结构，并可以直接访问单窗口。
先进的网络体系构架，支持 Web 客户机和多标准客户机-多服务器访问架构，支持多层次网络冗余及软硬件故障切换方案。提供多重冗余方案，支持控制设备冗余、网络冗余、数据库冗余等； 在基于 PC 控制的“软 PLC”套件得到大量应用的基础上， 控制策略生成器更加完善和符合现场特点,轻松的基于PC 构建复杂控制系统；（如图2.2）。
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图2.2 控制策略生成器的现场控制
2.2.3 软件的开放性 力控软件为开放式体系结构，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX、DNA标准，以OLE、COM/DCOM、动态链接库等多种形式提供外部访问接口，便于用户利用各种常用开发工具（如：VC++、VB等）进行深层的二次开发。
主要的各种组件说明见下：
☆ 工程管理器（Project Manager）
工程管理器用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。
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图 2.3 工程管理器
☆ 开发系统（Draw）
开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控○其它程序组件等。
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图 2.4 开发环境画面
☆ 界面运行系统（View）
界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来完成监控。
☆ 实时数据库（DB）
实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。
☆ I/O驱动程序（I/O SERVER）
I/O驱动程序负责力控与控制设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。
☆ 内部组件
视频组件：进行视频的捕捉和回放；
温控曲线组件：可以进行温度的自动升温和保温控制；
浏览器组件：可以作为标准的浏览器客户端；
标准WINDOWS组件：支持标准的文本框、单选框、列表框等组件；
增强的报警组件：集成的报警管理和查询；
X—Y曲线组件：可以自由的进行曲线分析和查询；
幻灯片组件：灵活的幻灯片播放，可进行自由控制；
自由曲线组件：方便的绘制各种曲线和动画连接；
万能报表组件：类EXCEL的报表工具，方便您完成管理报表；
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图 2.5 万能报表组件画面
立体棒图组件：直方图的分析工具；
历史追忆组件：可以追忆带毫秒标签的数据，方便事故查询；
手机短信组件：简单的手机短信发送组件；
☆ 网络通信程序（NetServer）
网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。
☆ 通信程序（PortServer）
通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控○R 在两台计算机之间，使用RS232C接口，可实现一对一（1：1方式）的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机（1：N方式）的通信，同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。
☆ Web服务器程序（Web Server）
Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。
☆ 报表组件 历史报表：
方便快速的历史报表生成工具，能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的时间进行查询历史数据，组态时在力控的绘画菜单内进行历史报表的选取。 内嵌多功能报表： 内置数据表：
内置数据表是力控开发人员总结关系数据库的特点开发出的内置实时关系数据表，利用报表模板可以将力控实时数据库的变量和报表字段进行任意绑定，可以对任意的数据进行插入、删除、遍历、存盘，内置的报表过滤器可以任意设定不同情况下的查询条件，根据查询条件对所查出的记录进行选取来参与数据处理。
☆ 图库：
集成化的开发环境、增强的图形功能，丰富的图形元素及超级子图精灵图库集，提供子图精灵开发工具，用户可以方便地生成自己的图库；力控®优化设计的图库，提供了丰富的子图和“子图精灵”，任意拖拽不变形，使您的工程画面精益求精。
☆ 控制策略生成器（StrategyBuilder）
控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与力控R 的其它程序组件可以无缝连接。
☆ 动作脚本：
动作脚本类型和触发方式多样，具备自定义函数功能，支持数组运算和循环控制。内置多种打印函数，可根据画面的大小进行任意设置打印范围。☆ 自定义运行菜单：
力控支持用户自定义菜单，其中包括窗口弹出式菜单和定义在各个图形对象上的右键菜单。配合脚本程序与自定义菜单，可以实现更为灵活与复杂的人机交互过程。☆ 系统安全性： 力控提供了完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠。力控®的用户管理将用户分为操作工、班长、工程师、系统管理员等多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作。☆ 报警和事件记录： 力控在运行时自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件。一旦发生事故，可就此作为分析事故原因的依据，为实现事故追忆，提供基础资料。
☆ 多国语言的支持:
力控®同时具有英文版、繁体、简体中文版，在苏丹、埃及、马来西亚、孟加拉国、缅甸都有力控®软件的应用实例。力控®将加速国际化进程，适应不同地区、国家的要求
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
第3章 啤酒工艺生产概况
目前，国内啤酒生产中，灌装生产几乎所有厂家都使用自动化程度较高的灌装线， 糖化、发酵、清酒工段的控制水平大体上可分为四个大的档次。
3.1 目前国内啤酒厂家生产控制水平
3.1.1 完全手动操作方式
其主要特点为操作阀门为手动阀门。生产过程中的模拟量信号采用常规分散仪表进行采集，然后集中或现场显示，操作人员在现场或操作盘( 柜) 上控制电设备的启停，阀门由工人到现场操作，这种方式下啤酒生产的控制完全是由人工操作．生产工艺参数得不到可靠执行，一致性较差，而且工人的劳动强度很大，不可能采用较复杂的先进工艺生产啤酒(例低压煮沸工艺) ，原材料利用率低，产品能耗大，生产成本较高。因国情需要(第一次建设资金投入较少) 日前许多中、小型啤酒厂家还在使用。
3.1.2 集中手动控制方式
以马赛克模拟屏为代表，与控制方式一相比，其主要特点为阀门多采用气动或电动自动阀门；与控制方式三相比，系统的自动化程度较低。一般控制室设有马赛克模拟屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示各种生产工艺过程参数和电机、阀门的开启状态 ，对生产过程进行监控 ，操作人员根据显示的参数与工艺参数对比，在模拟屏或操作台上遥控阀门开启和电机启停从而满足工艺要求，生产中的关键数据由人工记录。但一定的提高 ，但波动仍然很大 ，啤酒质量与口味也有较大的波动，工人的劳动强度也比较大。这种方案的投入较少，适合于稳定单一变化很少的工艺。 目前国内中小型啤酒厂较多采用：
3.1.3 PC机+ 数据采集插卡方式
以工业 P C机+ 各种数据采集卡为代表。 与控制方式二相比，系统自动化程度较高；与控制方式四相比，其主要特点是下位机中没有采用 P L C，系统的可靠性 相对较差。生产过程控制中的各种信号在外围通过相应的变送器送入插在工业 P C机插槽中的数据采集卡，在PC机画面上显示各种生产过程参数 ， 同时控制阀门与泵、电机等设备的启停来满足工艺生产要求，目前国内不少啤酒厂发酵车间采用这类系统进行控制一般在 P C机上运行Window95操作系统．可在一定程度上解决啤酒生产过程控制问题，但存在以下缺点:
① 系统的可靠性差；
② 画面呆版， 缺乏一般工控组态软件灵活的程序脚本控制功能．同时系统本身的安全性较差，难以建立有效的操作等级与权限制度， 易受到病毒及操作者的恶意攻击
③ 系统的可扩充性差。由于节省了下位机PLC，与方式四相比，这种控制方式的价格适中，但牺牲的是系统的可靠性。由于啤酒厂糖化车间生产过程较快。生产过程控制的短时间停顿即意味着锅或槽中物料的浪费，建议糖化车间不要使用这种控制方式。
3.1.4 分布式控制方式
采用先进的计算机控制技术与多层次网络结构+先进控制算法对生产工序进行自动控制 ，与控制方式三相比． 主要特点为采用 PLC作下位机，系统的可靠性很高。目前有DCS (分布式控制系统 ) 控制系统与FCS (现场总线控制系统 ) 控制系统两种 (由于 FCS控制系统单个控制单元的能力较弱，对复杂控制算法，推荐使用DCS系统) ，在这种控制方式中，下位机网络中控制单元一般采用P L C，其可靠性非常高(一般可连续可靠工作20年) ，性能稳定，上位机网络可兼容多种通讯协议( 例T CP/IP协议) ，且上位机实时数据库支持ODBC数据访问，便于下一步与管理网络的联结 ，有效的克服了 PC机+ 数据采集卡控制方式的缺点。
按照工艺参数与流程要求，对物料粉碎系统( 大米与麦芽)、糖化系统(糊化、糖化、过滤、煮沸、沉淀)、薄板冷却系统、供水系统、洗涤( CIP ) 系统、发酵罐发酵系统、 酵母扩培系统等工艺过程 中的各种泵 、搅拌电机 、电动或气动阀门等开关量和温度 、压力、液位 、流量 、浊度 、电导率等模拟量进行监测控制能记录完整的生产工艺数据，在电子模拟屏(与传统模拟屏相比有很多优点)或计算机屏幕上显示工艺流程中各阀门，电机的运行状况，同时对各种超 、欠压 、温度超限、阀门故障 、液位超限进行声光报警。并且设有“自动”和“手动” 两种状态 。即当现场出现故障或要对工艺进行人工干预时，可将开关转换到“手动” 状态。对各种执行机构进行手动操作 ，这样技术人员可以设定新的参数，操作人员可以在现场处理紧急问题。从而达到了理想的效果。这种控制方式是国内啤酒生产控制发展的主流方向，主要缺点为一次投入资金较大，已成为国内较有实力的啤酒厂家的首选控制方案。
3.2啤酒生产过程综合自动化系统
通常，可把一个除原料加工以外的、完整的啤酒生产过程分为麦汁制备、啤酒酿造和灌装三大过程。其中，麦汁制备过程主要包括了粉碎、糊化、糖化、过滤、煮沸、澄清与冷却以及 CIP等生产工序； 啤酒酿造过程主要包括了麦汁充氧／酵母添加、酵母培养/酵母扩培、酵母回收、啤酒发酵、CO2回收、啤酒处理、清酒以及C I P等工序，其他辅助工序还有脱氧水制备、热水制备、CIP液制备、冷冻、空气压缩等等。其中对产量和质量起着关键性作用的主要是麦汁制备和啤酒酿造两大过程。
啤酒生产过程综合自动化系统，采用先进控制技术计算机技术、网络技术和现代测量技术，实现了纯生啤酒生产线自麦汁制备投料开始至啤酒灌装前的过程全自动及全过程联动联锁控制。该系统针对啤酒生产设备与工艺特点，在实现啤酒生产过程自动化的同时，实现工艺优化，降低生产成本，实现了生产过程的快速稳定控制，获得了较大的经济效益。第4章 啤酒生产控制系统设计
在前面几章介绍完啤酒监控系统的主要的设计思路和所用软件的特点等，本章就开始详细的介绍啤酒工艺监控系统的设计方法和步骤。
4.1 啤酒生产控制系统的主要功能及设计思想
在力控6.0设计的啤酒生产的监控系统中主要设计了啤酒的主生产线路，监控整个生产线路的运行和异常情况，为了应急一些突发现象，故有专门的“停止”按钮。同时，在主要生产线外还另外设计了两个小的监控画面---糖化锅和煮沸锅，由于这两个过程中的生产过程要严密的监控，否则会影响啤酒的质量。
另外在整个监控画面中还建立了趋势曲线页面、事件记录、报警页面三个监控页面，以便用来更方便的了解生产过程中的各个容器的液位、温度等实时数据的变化。
在整个啤酒生产流程线上采用的是系统自动控制，只有在发现异常是才人为的进行更正。主要设计思路是：原料储存仓是主要储存小麦和大米，其正常的储存量上整个仓的液位的35%—60%，超过或者低于正常值，会自动进料。
当系统开始运行后，阀门1会自动打开，麦芽在送入酿造车间之前，先被送到粉碎塔。在这里，麦芽经过轻压粉碎进入糖化锅，并同时注入水，制成酿造用麦芽。
过5S后，阀门2打开，阀门1关闭，同时向糊化锅注入水和大米粒进行糊化处理，糊化处理即将粉碎的麦芽/谷粒与水在糊化锅中混合。糊化锅是一个巨大的回旋金属容器，装有热水与蒸汽入口，搅拌装置如搅拌棒、搅拌桨或螺旋桨，以及大量的温度与控制装置。在糊化锅中，麦芽和水经加热后沸腾，这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物，称作"麦芽汁"。
在过5S后，阀门3打开，阀门2关闭，麦芽汁被送至称作分离塔的滤过槽。因为麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳。同时阀门1打开，进行下一次的糖化动作。
在过5S后，阀门4打开，阀门3关闭，并加入酒花和糖到煮沸锅，在煮沸锅中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。
5S后，阀门5打开，阀门4关闭，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去处不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。
5S后，阀门6打开，阀门5关闭，洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。
随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。在发酵的过程中，人工培养的酵母将麦芽汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作"皱沫"的高密度泡沫。这种泡沫在第3或第4天达到它的最高阶段。从第5天开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。随之温度逐渐降低，在8-10天后发酵就完全结束了。整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。当然啤酒的不同、生产工艺的不同，导致发酵的时间也不同。通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。由于时间的限制，本次设计是演示画面，为了方便的看到演示结果，故都用的模拟时间[2]。
5S后，阀门8打开，阀门6关闭，生成物"嫩啤酒"被泵入后熟化罐中。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟。成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7-21天。经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。
当阀门10打开后，就进行消毒、包装、运输了。由于时间的限制这部分就没有详细的画出。
4.2 啤酒生产控制系统人机操作界面及功能设计
为了方便的进入各个画面，先设计一个主画面，以便更加方便的进行使用该监视系统。进入力控的开发系统后，可以为每个工程建立无限数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由力控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作，提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。
4.2.1 主画面的设计
进入开发环境 Draw 后，首先需要创建一个新窗口。选择“文件[F]/新建”命令出现“窗口属性”对话框，如下图所示：
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图 4.1 “窗口属性”对话框
输入流程图画面的标题名称，也命名为“储罐液位监控示例”。单击按钮“背景色”，出现调色板，选择其中的一种颜色作为窗口背景色。最后单击“确认”按钮退出对话框。
现在，在屏幕上有了一个窗口，还应看见 Draw的工具箱。 如果想要显示网格，激活 Draw 菜单命令“查看/网格”。如下图所示：
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图 4.2 Draw 菜单
由于主画面只是一个引导画面，只需利用精灵库插入一些图片做一些引导即可，做好后的界面如下图：
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
图 4.3 运行主画面
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4.2.2 啤酒工业监控页面的设计
首先新建立一个窗口，然后按照工业流程在图库精灵 中选择我们所需要的罐，并按所需的顺序摆放好，如图4.4。
图 4.4 图库精灵摆放画面
接下来，我们要画出入口阀门。选择菜单条中的“选择图库”工具，在“子图列表”对话框中选择符合要求的阀门子图，修改阀门的位置及大小。用相同的方法画出所需要的阀门。“选择图库”工具找到管道子图库，找到所需要的流动管道，先选中一条管线，单击鼠标右键，出现右 键菜单。选择“对象属性”菜单项，出现“改变属性”对话框。并按一定的要求放好。如下图：
图 4.5啤酒监控的初步画面
选择工具箱中的“文本”工具，在画面上写各罐名字、液位值、温度值等的字符串：“原料储存仓”、“液位值：”、 “####.##”等等。其中“####.##”用来显示液位值。做完相应动作后画面如下图：
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图 4.6 完成的啤酒监控画面
最后，我们要画两个按钮来执行启动和停止 PLC 程序的命令。我们用一些图画按钮来显示更形象写，现在，已经完成了“啤酒监控系统”应用程序的图形描述部分的工作。下面还要做几件事。这就是定义I/O 设备、创建数据库、制作动画连接和设置I/O 驱动程序。这里先介绍创建数据库，其他的在第5章具体说明。数据库是应用程序的核心，动画连接使图形“活动”起来，I/O 驱动程序完成与硬件测控设备的数据通讯。
创建实时数据库
数据库 DB 是整个应用系统的核心，构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理。
在数据库中，我们操纵的对象是点（TAG），实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。 在点名字典中，每个点都包含若干参数。一个点可以包含一些系统预定义的标准点参数，还可包含若干个用户自定义参数。
我们引用点与参数的形式为“点名.参数名”。如“TAG1.DESC”表示点 TAG1 的点描述，“TAG1.PV”表示点 TAG1的过程值。
点类型是实时数据库DB对具有相同特征的一类点的抽象。DB预定义了一些标准点类型，利用这些标准点类型创建的点能够满足各种常规的需要。对于较为特殊的应用，可以创建用户自定义点类型。
DB 提供的标准点类型有：模拟 I/O 点、数字I/O 点、累计点、控制点、运算点等。不同的点类型完成的功能不同。比如，模拟I/O 点的输入和输出量为模拟量，可完成输入信号量程变换、小信号切除、报警检查，输出限值等功能。数字I/O 点输入值为离散量，可对输入信号进行状态检查。
有些类型包含一些相同的基本参数。如模拟I/O 点和数字I/O 点均包含下面参数：
NAME 点名称
DESC 点说明信息
PV 以工程单位表示的现场测量值
力控®实时数据库根据工业装置的工艺特点，划分为若干区域，每个区域又划分为若干的单元，可以对应实际的生车间和工段，极大地方便了数据的管理，在总貌画面中可以按区域和单元浏览数据。在报警画面中，可以按区域显示报警。
创建数据库点的步骤：
在 Draw 导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项目中双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER（如果没有看到导航器窗口，激活Draw 菜单命令“查看/ 导航器”）。
启动 DBMANAGER 后出现如下图所示的 DBMANAGER 主窗口。
单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”向导对话框，然后双击该点类型，出现如下图所示的对话框，在“点名（NAME）”输入框内键入点名“tanghua”,并写出点说明 等，如下四个图：
图4.7.1 创建数据库点
图4.7.2创建数据库点
图4.7.3创建数据库点
图4.7.4 创建数据库点
按如上所述步骤，创建所有的数字 I/O 点和模拟 I/O 点，创建后的点见下图：
图4.8 模拟I/O 点
图4.9 数字I/O 点
此时，便完成了实时数据库的基本的设计了。
4.2.3 糊化锅页面设计
按照前面的方法新建一个窗口，命名为“糊化锅”并按“啤酒”页面的设计方法进行设计，设计后界面如下：
图 4.10 糊化锅监控页面
4.2.4 煮沸锅的页面设计
按照前面的方法新建一个窗口，命名为“煮沸锅”并按“啤酒”页面的设计方法进行设计，设计后界面如下：
图 4.11 煮沸锅的页面
4.2.5 创建温控曲线
在“工具箱”的常用组件中找到 ，单击该按钮，会出现一个温控曲线图，如下图：
图 4.12 温控曲线页面
设置趋势图属性
这时可以改变图的属性。选中图形对象，双击鼠标左键，弹出弹出“改变对象属性”对话框，如图下：
图4.13
根据需要首先选择曲线的类型：实时趋势或者历史趋势，然后选择数据源。
曲线表格中可以列出已经增加过的曲线，曲线的名称，采样点数，取值方式，样式，颜色等等。对以上参数配置以后点击“增加”按钮，在列表中就会增加一行曲线的配置信息；想要对已经存在的曲线的参数进行修改可以选中曲线，然后再下面的控件处进行修改，然后点击修改按钮保存修改结果；“删除”按钮可以删除一条曲线。
为了方便的进行查询和一些设置，在曲线旁边加入一些文本和按钮，以便满足各种需求。
例如加入 按钮，并在“左键动作”脚本下写下以下程序：
if 0 == (this.#SuperCurve.GetCurveType()) then
MsgBox("历史趋势已经是暂停状态!");
else
if this.#ButtonEx953.Text=="暂停" then
this.#SuperCurve.PauseCurve(0);
this.#ButtonEx953.Text="运行";
else
this.#SuperCurve.StartCurve(0);
this.#ButtonEx953.Text="暂停";
endif
endif
在“一般动作”按钮下写下：
this.#SuperCurve.StartCurve(0);
this.#SuperCurve.SetCurveType(1);
this.#ButtonEx953.Text="暂停";
编写好脚本程序后，就完成了趋势曲线的设计，所的的画面如下：
图 4.14 趋势曲线的设计页面
4.2.6 创建报表页面
专家报表提供类似 EXCEL 的电子表格功能,可实现形式更为复杂的报表格式
◇ 创建专家报表
进入 DRAW 在工具箱上的“常用组件”若图片无法显示请联系QQ3710167中选择 ，专家报表自动加在窗口画面上，如图4.15。
若图片无法显示请联系QQ3710167
图 4.15创建专家报表
◇ 专家报表编辑
双击专家报表，即可弹出专家报表编辑画面，如下图：
若图片无法显示请联系QQ3710167
图4.16专家报表编辑
在进入专家报表编辑环境时，在编辑画面上会自动弹出“向导”根据此向导可以方便的创建所需要的生产报表、关系数据库报表。
注：此报表向导只是在首次添加报表控件的时候才会自动弹出，如果需要打开此报表向导,可从下拉菜单“向导”中选择“报表向导（R）”或单击菜单栏上的图标。
1 ．在报表向导对话框里选择“生产报表模板向导”，单击下一步。
2 ．在向导的第二步中可以设置表页的基本格式，单击下一步。
3 ．在向导的第三步中可以设置需要的报表形式，目前专家报表中提供了多种报表类型如班、日，周、月、季、年报表，还额外提供自定义的方式供选择。另外还可以对报表进行表末统计，单元格取值类型可选瞬时值、平均值、最大值、最小值。不同类型的报表还可以设置填充时间。在此例中选择自定义报表，单击下一步，并统计累加值。如下图4.17。
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
图4.17 报表向导三
4．在向导的第四步中设置时间格式、基准行列、基准时间等，如图4.18。其中基准行列用于设定表页中从第几行第几列开始生成报表，如果选择了自适应选象那么产生的报表中将去掉多余的行列，而基准时间用于设定报表的起始时间，此时间可以是变量类型。若图片无法显示请联系QQ3710167
图4.18 报表向导四
5．在向导的最后一步中选择需要在报表中显示的变量，如图4.19。可用右边的按钮对添加的变量进行排序。
图 4.19 报表向导五
6 ．经过以上几步以后一张完整的报表已经产生，如图4.20。
图4.20 完整的报表
4.2.7 报警页面
使用力控报警控件可以在系统运行过程中，及时将控制过程和系统的运行情况通知操作人员。
1．在树型菜单中的系统配置里，双击报警设置，弹出“报警设置”对话框，如下图4.21:
图4.21 报警设置
根据设计的需要，选择记录和标准报警声音两个选项就好。
在力控的在工具箱上的“常用组件”中选择如下图所示：
图4.22 报警组件外观
对多功能报警的外观和记录格式的设置画面，首先选中多功能报警，然后双击出现如下图：
图4.23 报警系统设置
按照相应的操作提示就完成了报警页面的设置。
通过上述的几个步骤就完成了啤酒监控系统的所有监控画面，并可以投入运行，在上述的制作过程中，要特别的注意脚本动作的书写和一些液位、温度的初值和它们的温度范围，及一些属性的设置要根据工业的实际要求进行设置。第5章 力控6.0与MATLAB 之间的DDE数据通信
本章主要介绍利用动态数据交换（DDE）技术，建立MATLAB与力控之间的通信，这样，就可以利用组态软件生成友好的交互式人机界面，而用MATLAB完成复杂的控制算法，弥补组态软件算法能力不强的弱点，发挥MATLAB的计算功能。
5.1 DDE通信原理
动态数据交换（DDE）是建立在Windows内部消息系统、全局原子和共项全局内存基础上的一种协议，可用来协调Windows应用程序之间的数据交换和命令调用。DDE协议通过对使用消息参数wParam和lParam来传递全局原子和全局共享内存句柄的方式的精确定义，使其能在进程间传递更多的信息，增强进程间共享数据和处理数据的能力。通常DDE主要用来传递那些不需要用户经常干涉的数据流。在建立原始链路后，有关的应用程序即将其接管过去，而无需用户进一步的介入。DDE所提供的是一种更加集成的工作环境[10]。
DDE的实现需要有两个应用程序参与一个“对话”以便交换信息。提供数据和执行命令的一方被指定为服务器，获取数据的一方称为客户。服务器和客户机是程序在一次具体会话中的角色，其区别在于所能启动的“事务”类型的不同。对于每一个DDE对话，会话双方要指定或专门建立维护会话的不可见DDE窗口以负责对DDE消息的处理。一个DDE对话是由参与会话的窗口句柄来标识的。正因如此，任何一个窗口都不应当参与与其他窗口只的多于一个的DDE对话。如果在一个客户和服务器之间存在多个对话过程，必须为每一个新的对话过程在一对一的基础上提供一个附加窗口。
图5.1 DDE会话事务流程
在任何通信中，通信双方都必须统一所交换数据的标识和格式。DDE协议采用的是由服务、主题和项目组成的一个三级层次命名来对DDE所传数据单元进行标识。一个特定的DDE会话唯一地由其服务名和主题名进行定义。在初始化一个DDE对话时，由DDE客户询问此特定DDE服务器的应用程序名和主题名。通常是将使用服务器应用程序的可执行文件名作为服务名。DDE的主题分类是一个包含多个数据项的普通数据类型。有效的主题及项目的选择由DDE服务器任意设置。由于客户和服务器窗口一起来识别一个DDE对话，因此在对话过程中不能改变应用程序或主题。但却可以在需要的时候对项目名称进行更改。
DDE的事务 DDE对话是在两个进程之间进行的一种逻辑连接，通过这种连接可以进行数据交换。在客户和服务器之间进行的每一次会话都是由一系列事务所构成的。对于每个事务可以包含一个数据请求/数据服务和一个对应的响应。DDE服务器和客户所能启动的事务是不同的。
服务器只能启动两种事务：向客户发送一个项目和终止一次对话；而DDE客户则可以启动如下八种服务：枚举DDE服务及主题、与服务器建立一次对话、向服务器请求一个项目、与服务器建立一个数据连接、终止数据连接、请求服务器执行一个或多个命令、向服务器发送一个数据项和终止一次会话。
由于DDE对话是由客户程序启动的，因此在客户程序启动对话前要确保DDE服务器程序已投入运行。客户首先启动会话，服务器程序响应客户的请求并向客户发送数据，客户方则可以主动向服务器发送数据，并要求与服务器建立热/温数据链路。此后客户可以向服务器发送命令并要求服务器执行。客户和服务器中的任何一方均有权利要求对方结束此次对话。在进行这些事务处理时，必须严格按照消息接收顺序去进行处理。当应用程序在等待DDE响应而无法处理另一个请求时，会发出一条表示忙的WM_DDE_ACK消息。
5.2 MATLAB中的DDE
5.2.1 MATLAB作为服务器
在用户将MATLAB作为服务器进行访问时，必须提供服务器的名字、主题、项，这是非常必须的。在前面我们已经对MATLAB提供的主题进行了一定的讲解，下面我们将对MATLAB所提的全部DDE服务器功能进行说明，下图为其结构图。
图5.2 MATLAB所提的全部DDE服务器功能
由上图可以看出，MATLAB一共支持两种类型的主题，分别为System和Engine：
5.2.2 MATLAB作为客户端
MATLAB作为客户端时支持七个DDE函数[5]
(1) ddeadv 设置咨询咨询链接
语法：
rc=ddeadv(channel,’item’,’callback’)
rc=ddeadv(channel,’item’,’callback’,’upmtx’)
rc=ddeadv(channel,’item’,’callback’,’upmtx’,format)
rc=ddeadv(channel,’item’,’callback’,’upmtx’,format,timeout)
函数描述：
ddeadv 在MATLAB和一个应用服务器之间建立一个咨询链接。当item指定的变量发生改变时，callback变量定义的字符串被传递到eval函数并进行计算。如果该咨询链接是一个热链接，DDE将修改更新upmtx，以反映item中的数据。
如果用户忽略不在变量列表最后的可选变量，则必须使用空矩阵替换被矩阵忽略的变量。
如果成功，ddeadv返回1到变量rc中。否则返回0。
(2)ddeexec 发送执行字符串。
语法：
rc = ddeexec(channel,'command')
rc = ddeexec(channel,'command','item')
rc = ddeexec(channel,'command','item',timeout)
函数描述：
ddeexec通过已经建立的DDE会话发送一个执行字符串到另一个应用程序中，将字符串作为命令变量来定义。如果用户忽略不在变量列表最后的可选变量，必须使用空矩阵替代忽略的变量。
如果成功，ddeexec返回1到变量rc中。否则返回0。
(3) ddeinit 开始一个DDE对话。
channel = ddeinit(‘service’,’topic’)
函数描述：
返回用执行对话的通道的句柄，该句柄可以被其它的MATLAB的DDE函数使用。‘service’是为对话指定服务或者应用程序名称的字符串，‘topic’是一个指定对话的主题的字符串。
(4) ddepoke 发送数据到应用程序。
语法：
rc = ddepoke(channel,'item',data)
rc = ddepoke(channel,'item',data,format)
rc = ddepoke(channel,'item',data,format,timeout)
函数描述：
ddepoke通过已经建立的DDE对话向应用程序传送数据。ddepoke在传递数据到服务器之前将数据格式化为如下形式：
字符串矩阵将元素逐个转换为字符，并传递得到的字符串缓冲器。
数值矩阵将被作为由Tab键分隔的列和使用回车键、线分隔行的数据来传递。非稀疏矩阵则只传递实数部分。
如果用户忽略不在变量列表最后的可选变量，必须使用空矩阵代过替被忽略的变量。
如果成功，ddepoke返回1到变量rc中。否则返回0。
(5) ddereq 从应用程序中获得数据
语法：
data = ddereq(channel,'item')
data = ddereq(channel,'item',format)
data = ddereq(channel,'item',format,timeout)
函数描述：
ddereq通过已经建立的DDE对话从应用服务器中获取数据。ddereq返回一个矩阵，矩阵中包含要求的数据。如果函数执行出错则返回空矩阵。
如果用户忽略不在变量列表最后的可选变量，必须使用空矩阵代替被忽略的变量。
如果成功，ddereq返回需要的数据到矩阵中。否则返回空矩阵。
(6) ddeterm:终止DDE对话。
语法：
rc=ddeterm(channel)
函数描述
rc=ddeterm(channel)
接受一个此前通过ddeinit创建的DDE对话创建的通道句柄。ddeterm结束该对话，rc是一个返回代码，其中0表示失败，1表示成功。
(7) ddeunadv：释放咨询链接。
语法：
rc = ddeunadv(channel,'item')
rc = ddeunadv(channel,'item',format)
rc = ddeunadv(channel,'item',format,timeout)
函数描述：
ddeunadv释放MATLAB和应用服务器之间此前通过调用ddeadv函数产生的咨询链接。变量channel,itemt和format必须与调用ddeadv开始咨询链接时完全一致。如果用户包含timeout变量但接受默认格式，必须指定format为空矩阵。
如果成功，ddeunadv返回1到变量rc中，否则返回变量0。
5.3力控中的DDE
力控®的实时数据库是数据处理的核心平台，它支持DDE标准，可以和其他支持DDE标准的应用程序（如：EXCEL）进行数据交换。一方面，力控®`数据库可以作为DDE服务器，其他DDE客户程序可以从力控®数据库中访问数据。另一方面，力控®`数据库也可以作为DDE客户程序，从其他DDE服务程序中访问数据。
5.3.1 力控®数据库作为DDE服务器设置
力控®数据库作为DDE服务器设置如下：
服务（SERVICE）名称：为“DB”；
话题（TOPIC）名称：为“DB”；
DDE项目（ITEM）名称：为数据库中的点参数名，如“TAG1.PV”和“TAG1.DESC”。
5.3.2 力控®数据库作为DDE客户程序
当力控○R 数据库作为客户端访问DDE服务器程序时，是将DDE服务器程序当作一个I/O设备，数据库中的点参数通过I/O数据连接与DDE服务器程序进行数据交换，连接项的名称要参考相关DDE服务器程序的说明。
5.4 力控6.0与MATLAB 之间的DDE数据通信
在介绍了上面的力控6.0和MATLAB的DDE的通信原理后，现在就应用在啤酒监控系统中来：
5.4.1 在力控中建立DDE通信画面
由于该通信是从力控中给定一个数据传送到MATLAB中，并在MATLAB中通过数字PID控制算法进行运算，并把运算结果送到力控中并用曲线表示出来。
在工程中新建一个画面“DDE”，并选定与MATLAB通信的数据“糊化锅温度”,在数据库变量中定义三个变量：“weidu.PV” 、“wendu1.PV” 、“u.PV”。三个变量分别为 “力控中给定温度” 、“MATLAB经运算后的输出温度” 、“控制器输出” 。
根据上述的方法创建力控中的DDE通信画面，如下图5.3：
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图5.3 力控中的DDE通信画面
这样就基本完成了力控中的DDE通信画面了。
5.4.2 在MATLAB中创建DDE通信
在MATLAB中新建一个“m 文件” ，按上述通信原理写“m 文件”，代码如下：
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
function [u]=pidsimf(u1,u2)
close all,clear all;clc;
global channel;
%开始DDE对话若图片无法显示请联系QQ3710167
channel=ddeinit('DB','DB');
if channel == 0
disp(' DDE初始化失败');
else
disp(' DDE初始化成功,开始通信...');
ddeadv(channel,'weidu.PV','');
ddeadv(channel,'wendu1.PV','');
ddeadv(channel,'u.PV','');
data1 = ddereq(channel,'weidu.PV')
persistent pidmat errori error_1
u=0;
u1=0;
errori=0;
error_1=0;
y=0;
ts=0.002; kp=1.0;
ki=1.5;
kd=0.05;
error=data1-y;
for k=1:1:100
errord=(error-error_1)/ts;
errori=errori+error*ts;
u_1=u;
u=kp*error+ki*errori+kd*errord
y=data1*10*u_1/(10*u+3);
error_1=error;
ddepoke(channel,'u.PV',u);
ddepoke(channel,'wendu1.PV',y);
pause(1);
end
end
ddeunadv(channel,'weidu.PV');
ddeunadv(channel,'wendu1.PV');
ddeunadv(channel,'u.PV');
%终止DDE对话
ddeterm(channel);
if channel==1
disp('DDE通道关闭，通信结束');
else
disp('通道关闭失败');
end
这时就基本上完成了力控与MATLAB之间的数据通信了。 完成以上两章的基本设置之后，就要开始对系统进行调试。调试过程十分复杂，以下只是介绍其中的一部分调试过程。
6.1定义I/O设备
定义I/O 设备的步骤如下：
从前文所描述的力控(R)结构功能示意图知道，数据库是从 I/O Server（即 I/O 驱动程序）中获取过程数据的，而数据库同时可以与多个 I/O Server 进行通讯，一个I/O Server 也可以连接一个或多个设备。所以我们必须要明确这 4 个点要从哪一个设备获取过程数据时，就需要定义 I/O 设备。
1、在 Draw导航器中双击“I/O 设备驱动”项出现如下对话框，在展开项目中选择“力控”项并双击使其展开，然后继续选择“仪表仿真驱动”并双击使其展开后，选择项目“Simulator(仿真仪表）”，如下图所示：
图 6.7 I/O 设备驱动
2. 双击 “Simulator(仿真仪表)”出现如下图所示的“I/O 设备定义”对话框，在“设备名称”输入框内键入一个人为定义的名称，为了便于记忆，我们输入“plc”（大小写都可以）。接下来要设置plc 的采集参数，即“数据更新周期”和“超时时间”。在“数据更新周 期”输入框内键入 1000 毫秒。
图 6.8 设备配置窗口
3. 单击“完成”按钮返回，在设备组态画面的右侧增加了一项“plc”，如果要对 I/O设备“plc”的配置进行修改，双击项目“plc”，会再次出现 plc 的“I/O 设备定义”对话框。若要删除I/O 设备“plc”，用鼠标右键单击项目“plc”，在弹出的右键菜单中选择“删除”。
6.2 创建实时数据库
数据库 DB 是整个应用系统的核心，构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理。
在第4章4.2.1介绍了实时数据库的调试过程，在这里强调几点容易忽略的地方：
1、创建数据库点：
单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”向导对话框，然后双击该点类型，出现如下图（6.9.1）所示的对话框，其中“历史参数”这一对话框中，如下图（6.9.2），注意历史参数的数据变化保存，否则报表就不能进行查询功能。
图6.9.1 数据库参数设定
图6.9.2 数据库参数设定
6.3制作动画连接
在前面已经做了很多事情，包括：制作显示画面、创建数据库点，并与 I/O 设备“plc中的过程数据1 连接起来。现在我们又要回到开发环境Draw 中，通过制作动画连接使图形在画面上随plc 数据的变化而活动起来。
开发环境Draw、运行环境View 和数据库DB 都是力控(R) 的基本组成部分。但 Draw 和 View 主要完成的是人机界面的开发、组态和运行、显示，我们称之为界面系统。实时数据库 DB 主要完成过程实时数据的采集（通过 I/OServer 程序）、实时数据的处理（包括：报警处理、统计处理等）、历史数据处理等。界面系统与数据库系统可以配合使用，也可以单独使用。
建立动画连接
动画连接是将画面中的图形对象与变量之间建立某种关系，当变量的值发生变化时，在画面上图形对象的动画效果动态变化方式体现出来。有了变量之后就可以制作动画连接了。一旦创建了一个图形对象，给它加上动画连接就相当于赋予它“生命”，使它动起来。 动画连接使对象按照变量的值改变其大小、颜色、位置等 。例如，一个泵在工作时是绿色，而停止工作时变成红色。有些动现连接还允许使用逻辑表达式，如：OUT_VALVE==1&&RUN==1 表示：OUT_VALVE 与RUN 这两个变量的值同时为 1 时条件成立。
下面以所建的工程为例说明建立动画连接的步骤：从最上面的入口阀门开始定义图形对象的动画连接。双击入口阀门对象，出现动画连接对话框，如下图所示：
图6.10 动画连接对话框
让入口阀门根据一个状态值的变化来改变颜色。选择图中的“颜色相关动作――颜色变化――条件”单击“条件”按钮，弹出如下对话框，单击“变量选择”按钮，弹出“变量选择”对话框，在点名栏中选择所用的变量，在右边的参数列表中选择“PV”参数，如下图所示，然后单击“选择”按钮。
图 6.11 选择变量对话框
其他的动画连接基本都按这种方法进行设置，这样动画连接基本完成。
6.4脚本动作
用脚本来完成两个按钮的动作来控制系统的启停及阀门的相关动作。选中“开始”按钮后双击鼠标左键，出现动画连接对话框，选择“触敏动作/ 左键动作”按钮。单击“左键动作”按钮，弹出脚本编辑器对话框选择“按下鼠标”事件，在脚本编辑器里输入“RUN.PV=1”;这个设置的意思是当在运行界面按下“开始”按钮后，变量RUN.PV 的值被设成1，相应地PLC1 中的程序被启动运行。
工程的逻辑控制过程要由脚本来完成，在力控的开发系统中，导航器/动作/条件动作或应用程序动做中写入下列脚本程序：以下脚本为啤酒动作脚本。
图 6.12 脚本编辑器
6.5运 行
力控工程初步建立完成，进入运行阶段。首先保存所有组态内容，关闭DBManager(如果没关闭)。在力控的开发系统（DRAW ）中选择“文件\进入运行”菜单命令，进入力控的运行系统。在运行系统中选择“文件\打开”命令，从“选择窗口”选择“储罐液位监控示例”。显示出力控的运行画面，点击“开始”按钮，开始运行程序。可以在任何时候点击“停止”按钮来中止这个过程，如下图所示：
图6.13 监控运行画面
并推出按钮 的动画连接中“窗口显示”中选择“主画面”，这样便于窗口间的切换。
系统调试完成以后，便可进行运行了，具体运行情况将在下一章进行说明。
6.6 DDE的调试
在DDE的调试中要注意：只有在力控和MATLAB同时在运行状态下，才能正常的进行通信，否则就会通信失败。下图6.14是力控在没有运行时出现的结果：
图 6.14 MATLAB的命令窗口
当力控和MATLAB同时在运行状态下时，则在MATLAB的命令窗口上就会显示并进行通信，如下图6.15：
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图 6.15 MATLAB的命令窗口
这时就基本上完成了啤酒工艺生产过程的监控和力控6.0与MATLAB7.1之间的DDE数据通信了。
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
第7章 总结与分析
在上一章进行了系统调试后，本章就开始运行系统，并对运行结果进行分析，看看运行结果与所设想的结果之间的差别，并对差别的原因进行分析和总结。
7.1 啤酒监控系统
按下工具栏中的 运行按钮，即可进入力控运行系统。也可在力控工程初步建立完成，进入运行阶段。首先保存所有组态内容，关闭DBManager(如果没关闭)。在力控的开发系统（DRAW）中选择“文件\进入运行”菜单命令，进入力控的运行系统。
首先进入主画面，可在主画面中运行系统，也可以在啤酒生产中运行系统。从主画面可以看到上面的主菜单上的选项，从中间选择就可以进入各个监控画面，如图7.1。若图片无法显示请联系QQ3710167
图7.1 监控主画面
在主菜单中选择“啤酒生产线” 按钮，就进入了啤酒生产主线，点击 按钮后系统进入运行状态，即系统开始投入使用。如图7.2。
图7.2 啤酒生产线画面
上图就是我们的监控的主画面，该监控主要运行在这个画面上，从该图可以整个生产过程中的原料使用情况和一些参数的变化，以便能及时的了解生产情况。当系统发生故障上可按 停止按钮，立即停止生产线。按 按钮后，返回主画面。
按下 按钮后，进入糊化锅的单独的生产画面，可对糊化锅进行单独的监控，如图7.3。上面有具体的参数变化及一些简单的提示信息，方便我们对糊化锅更清晰的了解和监控。更好的了解糊化锅中的参数的变化，以便及时的控制。
图7.3 糊化锅的监控画面
按下 按钮后，进入煮沸锅的单独的生产画面，可对煮沸锅进行单独的监控，如图7.4。
图7.4 煮沸锅的监控画面
按下 按钮后，进入趋势曲线的监控画面，可对系统的运行情况进行监控，如图7.5。并可以根据需要来查询所需要的曲线。
图7.5 温控曲线运行画面
并可以根据需要来查询所需要的曲线。如下按下曲线设置 ，弹出对话框如下，并输入“冷却温度” ，如下图7.6。
图7.6 曲线设置的对话框
按下确认后，就可以对该曲线做出以下操作了：
如下图7.7，是按下“隐藏” 按钮后的曲线显示：
图7.7 按下“隐藏”按钮后的曲线显示
如下图7.8，是按下“多轴”按钮后的曲线显示：
图7.8 按下“多轴”按钮后的曲线
同样，按下右边的按钮后，就会出现相应要求的曲线。按下“暂停”按钮后曲线将处于静止状态。
按下“报警系统” 按钮后，进入系统报警的监控画面，可对系统的运行中的各种参数进行监控，如图7.9。
图 7.9 报警系统运行结果
通过报警页面的提示，及时更正生产中的一些问题，可以让系统运行在理想的状态下。更好的促进系统的可靠性、安全性。使用力控报警控件可以在系统运行过程中，及时将控制过程和系统的运行情况通知操作人员。
按下“生产报表” 按钮后，进入系统报表的监控画面，可对系统的运行中的各种参数进行监控，如图7.10。
图 7.10 生产报表运行结果
当在时间查询中输入查询时间“2006-5-26，10：56：01”后，就会找到相应的时间下的事件记录。如下图7.11。
图 7.11 查询结果
按下“事件记录” 按钮后，进入系统事件记录的监控画面，可对系统的运行中的各种事件进行监控，如图7.12。
图 7.12 事件记录运行结果
在事件记录表中也可以进行事件查询， 点开下拉菜单选择事件查询，就可以进入查询设置选择要查询的时间范围。
图 7.13 事件查询设置
在上图中，输入查询的 开始时间为“2008-5-27，13：00：00” ，
结束时间为“2008-5-27，13：11：00” ；
则查询结果如下图7.14：
图 7.14 事件查询页面
7.2 力控6.0与 MATLAB之间的DDE数据通信
按下工具栏中的 运行按钮，即可进入力控运行系统。也可在力控工程初步建立完成，进入运行阶段。首先保存所有组态内容，关闭DBManager(如果没关闭)。在力控的开发系统（DRAW）中选择“文件\进入运行”菜单命令，进入力控的运行系统。
先进入主画面，可在主画面中运行系统，也可以在啤酒生产中运行系统。从主画面可以看到上面的主菜单上的 选项，点击进入DDE画面，如下图7.15。
（其中蓝色的线表示给定温度，红色的线表示经MATLAB运算后的返回的数据曲线）
图 7.15 力控与MATLAB的通信画面
然后运行MATLAB7.1，打开“M文件”。点击MATLAB工具栏中的 即可运行系统了。
给定温度初始值为100时，运行结果如下图7.16。
图 7.16 力控与MATLAB的通信运行画面
当改变给定温度时，在给定温度中输入80时（如下图）:
点击确定按钮，并运行MATLAB。得到的运行画面如下图7.17。
图 7.17 输入为80时，力控与MATLAB的通信运行画面
当通信结束时，DDE通道则会自动关闭。
以上就是本次组态画面监控设计的全部试验结果，当要退出监控系统时，就可以直接按下 按钮就可以退出监控画面。
7.3 系统设计总结
通过应用力控6.0完成了对啤酒工艺监控系统的设计，从以上运行的结果可以看到，本次设计基本上完成了对啤酒工艺监控的设计，如生产线的流程监控的设计、糊化锅的单独监控系统、煮沸锅的单独的监控系统、及报表、报警、事件查询、趋势曲线的监控功能的应用，基本上可以完成刚开始的所设想的啤酒监控系统。从上面的运行结果也可以看出设计的该系统运行的情况还是比较理想的，虽然该系统实现的功能并不是很完全，比如说该系统中生产线上的压力、压强的监测在此次系统的设计中并没有设计到的。但也有不是很理想的地方，像在啤酒工艺生产线的监控页面，由于采用脚本程序是系统动作而不是采集的现场信号，当按下“运行”按钮后，由于脚本程序在执行的时候与系统程序的采样周期有关，有时会使控制的开关并不完全象理想中的开关来控制，有时会出现一些滞后，不过对系统总体的运行结果并不会产生很大的影响。
在力控6.0与MATLAB的DDE 数据通信中，利用DDE实现了力控6.0与MATLAB的数据通信，并对力控中传送到MATLAB中的数据运用了数字PID算法得出结果，然后把结果返回到力控6.0中，并用历史趋势曲线包该数据和控制器的输出数据表示出来，基本上完成了DDE在力控啤酒生产工艺流程监控系统与MATLAB7.1中的应用。从上面可以看出本次的设计结果是令人满意的。
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统设计与动态数据交换技术应用研究
总结与体会
通过完成这次的毕业设计，不仅是对我大学四年的学习成果的一个总结，也是将理论知识应用到实践中去的一个很好的机会。
这次的设计主要是完成了运用力控组态软件进行与MATLAB的通信，并应用到啤酒生产监控系统中去。虽然这个设计系统哈和实际的应用系统还有很大的差距。但他却让我对工业监控系统软和硬件设计都有了一个总体的认识，让我知道了该怎么去做。并最终实现一个模拟的可用的系统。
通过这次的设计对于我以后的学习和工作都是非常有用的。
谢 辞
首先，我很庆幸毕业设计的题目是可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统设计与动态数据交换技术应用研究。在设计中我遇到了很多的的问题，从论文的选题、结构的设计、控制算法的编写到最后论文的写作上，自始至终都得到了导师的亲切关怀和悉心指点，在杨教授的精心指导和帮助下遇到的问题都一一得以解决在这里要特别的感谢，感谢杨承志教授的孜孜不倦。杨老师严谨的治学精神和认真负责的工作态度给我们留下了非常深刻的印象，使我在本次毕业设计中受益匪浅。在此，谨向所有导师致以最诚挚的谢意。感谢参加设计的所有组员给我提供的建议和帮助。
最后，我衷心感谢曾给予我关心、支持和帮助的所有老师、同学和朋友们！
可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统
参考文献
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可视化组态的啤酒生产工艺流程监控系统设计与动态数据交换技术应用研究
附录1：英文技术资料中文译稿
工业自动化中的时间-触发控制网络
DonalHeffernan,GabrielLeen.AssemblyAutomation.Bedford:2002.Vol.Pg60-67
摘要：CAN(控制局域网)总线标准是ISO11898，现在普遍用于工业自动化环境.CAN被用定义应用层用于传感器/执行元件执行分布控制应用.例如Honeywell的SDS,ODVA的DeviceNet(AB)和CANopen是众所周知的设备层网络基于CAN总线协议.CAN总线的一个新的时间-触发协议,涉及到TTCAN,显示实时框架网络传输能被正式校验。本文见绍新的TTCAN协议和建议TTCAN可能提供一种新的解决方案在工业自动化应用。TTCAN潜在的代替一些传统的气动、液动和一些机械安全系统可靠的电气网络。突出的42V技术从汽车业将促进TTCAN技术并提供一些独一无二的工业自动化解决方案。
关键词：实时；控制-网络；现场总线；
0、概述
现在许多系统和现场总线控制网络协议正在设计，以满足实时的要求。CAN总线网络（ISO标准，1993年;ISO标准，1994年）已经由ISO（国际标准组织）标准化，并提供一个普遍控制网络解决方案为许多工业自动化需求，那里的控制中的应用是分布在一个设备系统或跨越的工作单元。当应用变成分布时，工程师必须提供一种手段，提供分布式通信功能。这种手段提供了一个正式的应用层。几个应用层的协议已经为ＣＡＮ总线制定。一些更好的解决方案是：CANKingdom(KVASER,1996)，DeviceNet（IEC标准，2000a），智能分布式系统（SDS）（IEC标准，2000b），CANopen(FarsiandBarbosa,2000)和CAL(CIA标准,1996。双方的DeviceNet和SDS已被IEC（国际电工委员会）所标准化。CANopen总线网络正在成为欧洲标准(prEN50325-4)的进程中。
CAN总线已经成功应用超过一亿节点可在2000年，预计到2003年是3.157亿节点。虽然CAN协议的开发，主要是为汽车市场，一个巨大的比例，这些节点被吸收工业自动化市场吸收，ＣＡＮ能找到各种应用，例如：装配生产线控制器，机器人装配控制器，存取机构，气候/环境控制器等。
虽然CAN网络在一个实时的意义上讲可以是可确定性，但它是很难保证在正式的方式下的其绝对的时间行为，，因此有需要一个基于新兴的时间触发的架构的改进的调度方案，。为严格的实时性要求，如汽车的线控的应用，CAN的一个新的ISO规范（ISO标准，2001年）目前正在被定义着，它是在一项议定书的基础上定义的，它是基于静定的时间触发的模式上定义的，时间触发的模式提供了内在的确定性的行为。
新的TTCAN协议是正在开发的高可靠性的应用，如发动机管理，并期望在供安全性至关重要的汽车应用，如制动，引导解决方案，如网络，电子系统将取代传统的机械装配和液动控制系统。TUCAN是安全性至关重要，在一实时传感，某种意义上说，这就是说，它是不足够的一个讯息是收到与正确的信息价值，但也必须在准确的时间档内。传统的CAN总线网络在传送的讯息如果发生错误，然后该信息可能会再次转发。这个重发在TTCA中是不可能的。如果信息是未收到在预期的时段，然后控制提出申请。因此，TTCAN是极准确的时间域系统。TTCNA将被应用到最实时控制等方面的应用事件驱动的讯息释放范式可能无法提供足够的时间完整的-这就是为什么的时间触发模式是选择了汽车的控制由线的申请。不过，草案ttcan规格不支持容错的运作在一个空间冗余意识，因此它不会竞争，立即在最苛刻的汽车安全性至关重要的应用，如汽车制动系统和转向系统。
解决方案在汽车应用中如不包括容错功能，像ttp/C和byteflight。在近年来，在工业自动化的世界，安全的现场总线控制网络系统已越来越有兴趣发展。举例来说，IEC61508（国际展览中心，1997年）的安全标准是与安全有关的系统为电机/电子/可编程设备。一些CAN是基于控制网络正在发展提供安全现场总线解决方案。一个可用的SafetyBUSp(PigginandYoung,2001)工程解决方案，提供三重不同的冗余。CANopenandDeviceNet式的安全现场总线解决方案将可在短期内被利用。同时这也有一个机会研究的一体化的ttcan暂时的完整性特征的潜力，应用到这种新出现的安全现场总线的解决方案中。为这个新的环境控制汽车电机和驱动器提供必要的局部性的功率驱动正从目前的12伏设备提高至42伏的设备。现在有一个真正的机会，为制造商提供采用新的触发技术的工业自动化设备，随着42伏的技术，并应用它来控制不同的情况，这是目前全省的气动和液压控制器。简而言之，如果汽车业能证明这些新兴的解决方案可以提供所需的水平，可靠性安全性至关重要的应用程序，然后时间是工业自动化设备的正确的考虑的机会。图1显示的是有可能取代一些传统的控制系统技术。
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图1
1、CAN网络中的信息调度
一般来说，在分布式控制网络有两个经典的讯息调度模型存在，对物业提供的服务网络它可以有一个基本的影响，这些是：
+引发的讯息发布+引发的讯息释放
2、CAN调度研究
在新的时间触发TTCAN系统的时间中，如信息交换和I/O服务实际上是周期性的。在突发事件系统的内部系统交易绝对没有既定的时间如期进行。各种研究的努力，试图转让定期的行为基本上是事件驱动的网络寻找一个框架，以便实时时间的设计。不过，大部分可以实现基本上是事件触发。在1990年的研究工作中为优化调度等网络建议的各种处理方法。Tindell的研究侧重于固定优先级调度（tindell等人，1994年）。Shin（1991）支持的最后期限最早的调度。一┭芯空撸▃uberi和Shin，1997年）赞成的混合交通调度（MTS），就是最早的最后期限模型是用于高速信息，并限期单调（DM）的调度是用于低速讯息。Cena和Valenzano建议优先提升（PP）与分布式优先级队列（DPI计划（cena和valenzano，1997年）。Hong为混合控制和通信交通提出了一种调度算法（香港，1995年）。很多工作已经被做，为事件驱动CAN网络建立了在一帧范围内的响应时间。Tindell(1995)和Navet(1998)目前的分析在发生事件错误的工作，和rudiger（1998）提出了价值函数的定义。Bohannon和Heffernan(1998)提出了在应用层的水平上调处讯息的反应时间的一个软件设计方法。
3、时间触发的调度方式
在CAN控制的网络中的信息与传统调度的方法形成了对比，它是本质上的事件驱动，时间触发的网络是基于循序渐进的时间上发起的信息传输。这样的时间触发的解决方案提供确定性实时的行为，那里的所有节点都同步在全球范围内的时间意识的基础上，基于一个TDMA（时分多址接入）模型。这里没有讯息的碰撞，就像每个信息在整体调度表里都有自己的时段。所有的信息调度是运行时间为暂时静态时间表之前执行的。整体系统讯息附表是能够组合的系统（composability是基于这样一个前提，如果是在本质上正确的子系统组成相结合，那么由此产生的系统也将是正确的，并不会作废性能以前建立的一个子系统层次）。图2显示的概念，是所有的网络节点都有一个共同的意识，关于时间和每个节点都知道的网络的时间表。
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图2
TTCAN解决方案是CAN协议改造的时间触发计划。然而，时间触发的模型为这些在过去十年中这些网络中出现的一些根本性的实时的研究工作，而导致开发的时间触发架构（TTA）的发展。TTA是由于欧盟资助的BRITE-EURAM项目的X-By-Wire（合同编号brprct95-0032），这是运行的同时用ESPRITOMI（开放微处理器系统倡议）计划23396TTA，触发时间架构。这项研究工作的主要贡献者Daimler-Benz, Ford, BritishAerospace, AlcatelAustria, TEMIC,GENIAS,维也纳技术大学和纽约大学。时间触发模式，其背景是汽车电子，允许创新的底盘控制功能，如电子制动管理（EMB）结合防抱死制动系统的功能（ABS），弯道制动控制（CBC），动态制动控制（DBC），自动稳定控制系统（ACS）的，和发动机拖曳力控制（MSR）。以下为各种商业解决方案现的这项研究工作，现在已经合并为：例如：时间触发协议（TTP/CProtocol, 1999;ByteflightSpec., 1999; FlexRay,2001）。虽然CAN控制网络是目前最流行的汽车网络，是世界范围的，这是被排除在安全性至关重要的应用之外的，就是那些有时间触发的要求的，因为它本质上是一个事件驱动网络。不过，TTCAN基于上一个新的会话层来支持的时间触发调度的，允许CAN竞争在规定的时间触发控制的网络市场。新的标准“ttcan的ISO11898-4会话层”预计将在今年批准。
4、TTCAN
介绍一些新的TTCAN议定的涉及的看法：
（1）、现有的扩展的CAN标准
CAN是二层的网络构成，由国际标准化组织的两个最低层，OSI参考模型，即物理层和数据链路层。图3a)显示了2层CAN模型。众所周知CAN是基于控制网络，如DeviceNet网络，为CAN网络制定了一个专门的应用层（OSI的第7层），如图3b）所显示的。该DeviceNet的解决方案还添加到CAN物理层规格，由指定的物理连接器类型等特点。但是这两个层的CAN规格仍然可以操作在DeviceNet的规格。TTCAN将定义一个会话层（OSI的第4层），而不是一个应用层，以便执行网络调度方案，如图3c）的显示。实际应用的分布式控制在TTCAN将进入网络可以通过会话层的正式的调度环境，因此，为应用程序的信息实行严格的先验分配时段。在TTCAN事件中，如信息处理和I/O服务在通常情况下都是周期性的。在一个事件触发系统的内部系统状态转换没有既定的绝对时间的时间表，因此，在消息发布期间，所有讯息在最坏的情况，可能在进入仲裁阶段，结果导致大量的讯息潜伏。
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图3
TTCAN的解决方案，并不只提供了可靠的信息调度的解决办法，还使它更有效地利用现有的网络带宽。此次CAN实现的触发事件，有相对较低的网络使用率的因素。对于非关键应用的网络总线使用率的因素，很少超过50%，而对于硬的实时系统使用率的因素是低得多的，约为20-30%。对于硬实时系统这种低使用率的因素是必要的，以便能够间接产生，当传输出现错误和转播成为必要。这种情况下对带宽使用率的因素树立了一个悲观的上界。目前大部分的CAN是基于调度的方法近似的讯息释放期的最低释放间隔讯息。然而，在TTCAN的释放期是已知的推理和一个不是悲观的估计。TTCAN允许高很多的网络带宽的使用率超过90%，作为讯息在发生错误时不会再传染的，而不是该系统将读取正确的讯息，在这个讯息的下次可用的时段中。一个高度确定性和强劲的配置才能实现，即使在存在错误。在所提供的误差分布的范围内可以采取的步骤，以确保讯息符合各自的最终期限。TTCAN基本上认识到检测和遏制的两个单独的水平误差。首先是清楚界定指明，象CAN的规格ISO11898-1的指定，在物理和数据链路层执行。二是在目前新的会晤层，其重点是触发时间调度错误。目前，错误的管理功能在会话层的设计是为了提供无声故障的功能，以避免象“胡说什么白痴”（严重的行为，可以节点）的可能性干扰网络。
（2）、TTCAN的矩阵周期
时间触发附表由一个固定的时段序列或时间窗组成。在每个时间窗中，一个讯息可能会交换了整个网络。完整的交易序列称为矩阵周期，当网络是在正常运作时会重复循环。矩阵周期本身由基本周期，以每个参考讯息开始和与发生在未来的参考讯息结束组成。图4说明了矩阵周期构成的四个基本周期的一个例子。
当网络节点有充分的传送容量的媒介的时间此窗口时分配时间窗。TDMA插槽的序列，其中每个节点传送的讯息框架，形成了一个基本周期，或TDMA的一轮。所有基本的周期在时域中是同样大小，虽然在价值域可能发生差异，如内容和/或长度的帧发送。当一个基本周期完成后，下一步的基本周期，与同一时间访问模式，但可能是不同框架序列，这只是是开始。基本周期的数（0-63最高）决定的长度群集周期或矩阵的周期。当一个矩阵的周期完成后，传输模式就开始一次又一次的与重复的矩阵周期。
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图4
撰写矩阵周期的时间窗，可能会有三分之一种不同类型。专访时间窗是分配给一个单一的特定的信息。一仲裁时间窗是分配给一个以上的讯息，及BUS冲突可以用CAN的母语非破坏性比特方式的仲裁制度来解决。两个或两个以上的仲裁窗口可能合并或附加。这为转让仲裁讯息有了较大的时间间隔。在他们的时间间隔中，免费的时间窗没有讯息预定期间。这些时间窗是预留作日后扩展网络。
5、时间的全球性意识
同步调度的一个先决条件的要求在分布式网络应用是全球性的时基的定义，这是所有调度行动中涉及的。在TTCAN中的每个节点，参与该计划的转让信息持有的全球时间的翻版，以计数器的形式，其中增量是它的特点，周期性，每个网络时间单元一次（NIU）。为建立和保持绝对的参考和速度的时间内网络集成，一个参考消息以高频率得到传播。这将创建一个间隔时间，以基准本地鉴于时间和作出任何必要的调整，在整体见以维持一个指定的程度同步的质量。在TTCAN中有两个级别的时间同步的可能：第1级和2级。第1级的实施，支持同步功能，这是要实现的时间触发调度的信息。第2级是对第一级的加强。在第2级中提供了高精度全球的时间基地，涉及到了物理秒。
参考讯息的出现，是通过所产生的网络时代主节点发起一个预定的序列信息交易。该网络节点，是当前时间掌握者，传递参考讯息。这个节点是一套可能的时间的主人，并使用其本地时钟的成员之一，当一个基本周期的开始，以确定绝对的时间点。其他的所有的节点（时间接收节点）参考他们的信息交易的附表，用来参考讯息的发生。如果一个参考的讯息是杂乱的，并企图传输，这是立即转发。在实际参考的讯息中，第2级的时间掌握传递额外的信息，以支持第2级的分布式全球的时间特点。时间接收节点便可以使用此绝对参照在全球的时间设定自己的本地时钟。通过定义时间掌握，时间是相等于该网络的意识，全球时间，或共同的时间的见解。在一个TTCAN网络中的通信，构建了周围的参考信息的框架，这些可以被认为是作为一种参考信息作为导火线“的烟花”协议。以确保参考信息的出现，并这样通信。议定书允许任何节点内部的一套节点（最高为8）在网络上能够被的时间掌握。
单位时间（ntus）取值可能有一些不同取决与TTCAN的实施标准。在标准1上NTU是等于网络比特率以名比特时间的持续。在标准2上物理时间秒的一小部分。因为NTU是一小部分物理时间秒可以简单的跨越不同的网络协议创造同步的大型分布式应用。举例来说，这可以允许TTCAN衔接到其他网络，如蓝牙，TTP/A,TTP/C,或者一个GPS系统。
6、CAN和TTCAN的混合网络节点
该TTCAN规格将允许在一个单一CAN网络混合时间触发和传统的网络节点。这样的执行，然而该系统设计师需要仔细考虑，。非TTCAN节点作为TTCAN节点的网络的一个观测都必须不破坏的基本的时间触发结构。该非TTCAN节点可能，例如，具体的预定讯息已被观察到后触发释放的讯息。这些事务可能发生在一个仲裁窗口或在一个自由的时间窗。该不定期的讯息转让必须在预定的转让信息恢复之前完成。一些应用技术可能使用这种技术如果成本重新设计硬件在TTCAN的基础上是过度，或者如果一个软件的实施是不可能的，因为有限的系统资源。然而，这样一个网络可能是第一步在提升一个完整的体系，以实现TTCAN的优势。
7、TTCAN核查工作
（1）、利默里克大学的正式的验证
利默里克大学的研究人员，通过国际标准化组织的工作组是直接参与在TTCAN的规格。一个研究项目是集中于正式核实TTCAN协议规范的任务，用形式逻辑和模型的前后关系的来强调时间域。通过使用正式的逻辑设计验证工具，仿真和核查工作正在取得。用模型的话来说，这类工具有兴建摘要模型系统和模拟动态行为-然后指定和验证的安全和范围，生动活泼性的能力。对任何系统来说这是非常有用的，可以模拟作为一个收集的不确定性时序进程与有限的控制结构和真正的价值的钟表，与对方通沟通过渠道和/或共享变量。验证过程能够检查不变的和达到能力的性能，通过系统-实现的探索状态空间变量，基于象征性的国家所代表的制约因素的能够达到的能力分析。核查过程中，包括测试自动操作和充实该系统的描述与调试信息，然后检查达到能力属性（以确保一些负面的事不可能的事情）和检查生动活泼的物业范围（以确保一些积极的事将一直发生）。该TTCAN议定结构允许象这样的核查工作得以进行。一旦本议定书的核查工作是完成TTCAN用户的应用可以信任TTCAN议定书的设计，然后依赖于简单的信息调度，在分布式应用环境中以实现安全的分布控制的讯息。
（2）、需要一个“测试”标准
由于TTCAN会话层规格现在是以草案的形式存在着，目前正被BoschGmbH，NEC，Atmel或其他可能的公司用来解释硅的执行情况。自从要求杰出的细节要公开的解释任何这种复杂的议定书，所以在个别的公司致力于硅的实现之间，行业迫切的需要一个“试验”的标准。这是预计将在短期内商定。
8、新出现的补充TTCAN的42伏的解决方案
在汽车业的这两个概念，TTCAN和悬而未决的切换至42伏系统，没有直接的联系。不过，依靠实时网络能够连接相对高功率马达和驱动器的方式为工业自动化解决方案提供了一些很好的机会。由于电力的电压值的平方成正比应用与42伏的系统意味着指数增加在控制环境电力可以供应给各装置的致动器。由于汽车产业是非常敏感花费组件的产品和运作，与庞大的研究经费—在未来几年内一个可以期望看到的新技术，高压驱动器装置将投放到市场，在工业自动化设计的领域提供了新的机会，在汽车的研究成果之上—象CAN以同样方式应用到工业自动化领域。
经济者联合会（EIU）估计，在2003年在车中将会首次出现的42伏系统（经济学家智能单元，2000年），而奥迪，可望在三年内装备42伏系统在新A8的车辆中。图5显示，预计全球生产的42伏配备车辆的产品数量（Standard&Poors，2000年）。这些新的42伏系统将有一个36伏电池（装12伏电池的车辆有一个名义上的用发动机运行的14.4伏的电压）。
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图5
9、进一步的工作
在今年即2001年，希望TTCAN的规格将被工业认可通过国际标准化组织和一个测试标准，期待今年年底的硅元素可用性的测试。现在新的TTCAN研究被提议用来发展基于网络的冗余的容错TTCAN网络。
10、总结
新兴的TTCAN控制网络，正被研制用在汽车工业的线控的应用中。汽车工程师所预计了时间触发网络可靠性的期望值，应鼓励工业自动化的设计师要为实时网络考虑新的应用领域，它可取代许多传统解决方案的基础上的机械系统，就是在此之前不能信任的关心的实时网络控制。42伏的技术的出现为工业自动化的设计师补充等于CAN解决，并提供了进一步的机会。
TTCAN解决方案将提供完整所需的control-bywire解决方案，但任有机会进一步的研究在工业自动化中安全的现场总线的要求的容错操作中探讨空间冗余功能
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