基于SIEMENSS7300PLC和OPCserver技术的MATLAB在线单容水箱液位控制设计PLC监控程序设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）基于SIEMENS S7-300 PLC 和OPC server技术的MATLAB在线单容水箱液位控制设计-PLC监控程序设计MATLAB Online Tank Level Control System Design Based on SIEMENS S7-300 PLC and OPC Server Technology-PLC Program Design总 计： 21 页表 格： 0 个插 图： 0 幅基于SIEMENS S7-300 PLC 和OPC技术的MATLAB在线单容水箱液位控制设计-PLC监控程序设计 摘 要MATLAB具有强大的数值分析和计算处理功能，是控制算法设计的有力工具，但是通常局限于离线仿真控制研究，难以和实时对象结合起来。WinCC+PLC控制系统是典型的实时控制系统。把MATLAB用于实时控制具有控制算法研究的直接现实意义，但其关键技术就是实现WinCC和MATLAB的实时通讯。本文阐述了开放式标准接口OPC技术，以WinCC +PLC控制系统的监控程序设计为基础，详细介绍了基于OPC技术实现WinCC与MATLAB之间的实时通讯的实现方案，实现了MATLAB和WinCC +PLC控制系统的无缝链接。关键词OPC技术；MATLAB；WinCC；无缝链接MATLAB Online Tank Level Control Design Based on SIEMENS S7-300 PLC and OPC Server TechnologyPLC Program DesignAutomation Specialty LIU Peng-fangAbstract: The MATLAB has powerful numencal analyis and calculatio function, which is a powerful tool for the control algorithm design, but it is usually confined to off-line simulation control study,so it is hard to combine with real-time object.WinCC +PLC Control system is a typical real-time control system. The MATLAB for real-time control has direct practical significance for research the control algorithm, and the key is to realiz the real-time communication between WinCC and MATLAB. The open type standard interface OPC technology is set forth in the issue, based on the design of the monitoring program of WinCC +PLC Control system,introduces the implementation scheme of realizing real-time communication between WinCC and MATLAB based on the OPC technology in detail, realized the seamlessly links between MATLAB and WinCC + PLC control system.Key words:OPC technology; Mtalab; WinCC; seamlessly links目 录1 引言11.1 课题研究背景、意义和目的11.1.1 研究背景11.1.2 研究意义和目的11.2 课题主要研究的问题12 必备基础知识22.1 OPC 体系结构22.2 系统的数学模型32.3 DCOM配置32.6 本地安全策略设置83 控制系统结构、原理及配置83.1 系统结构及原理83.1.1 系统结构83.1.2 系统原理83.2 硬件配置93.2.1 智能仪表93.2.2 变频器93.2.3 S7-300PLC93.2.4 检测装置103.2.5 执行机构103.2.6 水泵103.3 软件配置104 控制系统PLC程序设计及WinCC实时监控104.1 PLC程序设计104.1.1 控制流程104.1.2 软件设计104.2 WinCC简介114.2.1 WinCC组态软件的概况114.2.2 WinCC组态软件的主要功能和组件124.3 WinCC监控画面的组建124.3.1 建立WinCC变量124.3.2 建立WinCC组态监控画面135 MATLAB在线控制135.1 MATLAB基础135.1.1 MATLAB简介135.1.2 MATLAB安装145.1.3 OPC工具的安装145.2 MATLAB与WinCC通讯的建立145.2.1 通讯流程145.2.2 建立通讯155.3 建立Simulink实时控制工作空间185.4 实时控制效果195.4.1 阶跃响应控制效果195.4.2 加入扰动时的响应曲线20结束语21参考文献21附录22附录A22附录B23致谢261 引言1.1 课题研究背景、意义和目的1.1.1 研究背景在工业生产过程中，液位变量是最常见、最广泛的过程参数之一。在石油工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类流体液位高度进行监测和控制，由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，他对控制调节器要求极高1。随着现代工业自动化技术的发展和工业复杂程度的不断增加，工业自动化集成程度逐渐提高。在一个工厂解决方案中，往往包含了很多对不同制造厂商的仪器设备的数据采集和监控，以及不同应用设备之间的数据交换。传统意义上的通过设备驱动和现场设备通讯的方式，出现了很多局限性。OPC 技术的出现很好的解决了多种设备和应用程序之间的灵活通讯2。OPC（OLE for Process Control）是用于工业控制领域的一个技术规范和工业标准，它是由一些世界上著名的自动化系统和硬件、软件公司和Microsoft(微软)紧密合作而建立的。O 代表OLE(Object Linking and Embedding, 对象链接和嵌入)，P (Process 过程)，C (Control 控制)。OPC 是专为在现场设备、自控应用、企业管理应用软件之间实现系统无缝集成而设计的接口规范3。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，PID控制器问世至今已有70多年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为液位控制的主要技术之一。1.1.2 研究意义和目的MATLAB和Simulink在控制系统领域的应用已经非常广泛，MATLAB拥有强大的工程计算能力，易于实现复杂的控制算法，而Simulink拥有极强的仿真能力和数据显示能力但因为MATLAB只停留在纯数字仿真上，无法验证算法的有效性，大量的先进算法都只在理论和纯数字仿真的基础上实现如果能通过MATLAB的Simulink直接实时控制现场设备，则可以使研究人员直观观测控制效果，易于进行控制算法的设计和控制效果的分析，提高研控工作效率本研究结合南阳理工学院工业过程控制实验室的建设进行，提出了以OPC技术为平台，建立MATLAB与PLC的实时过程控制系统1.2 课题主要研究的问题WinCC是在生产过程和过程自动化解决可视化和控制任务的人机接口(HMI)软件，可以开发在管理级别上的监控和数据采集系统。它具有高度的实用性，组态灵活，可生成复杂友好的交互式图形界面。但是它的数据处理能力较弱，不易实现复杂控制算法。而MATLAB作为著名的科学工程计算软件包，进行复杂运算的效率很高，可以很容易实现复杂控制算法，并且能够方便地构造复杂控制系统的模型对系统进行仿真。如果将它的数学建模与仿真功能和组态软件WinCC的人机交互以及控制功能相结合，发挥各自优势，则可以在实验室构造一种方便、实用的控制平台。该平台能够在验证算法准确性及控制系统有效性的测试阶段，取代实际系统的控制对象进行仿真测试，不仅减少测试费用，降低了直接作用于真实环境的风险，而且可以建立多种有指导意义的对象模型，模拟更多的运行环境，能安全、方便、快速地验证控制算法和系统的可行性，更全面真实地反映算法在实际生产过程中的运行效果，从而得到有指导意义的算法改进策略和在线参数调整方法。而且，在控制算法和控制系统真正投入实际工业过程之前，在虚拟的环境中进行测试和考核，可以避免实际工业过程的大量保障工作，在控制平台的建立过程中，MATLAB与WinCC的通信是首要解决的问题。OPC技术是Windows应用程序问数据交换的主流技术，通过OPC技术可以将MATLAB和WinCC很好地结合起来4。本课题主要解决的问题是：使用OPC技术将MATLAB与现场过程设备连接，实现MATLAB仿真在现场设备的实时控制。通过MATLAB的Simulink实时读取数据和控制设备。利用MATLAB在工程计算方面的强大能力和组态软件在现场实时数据采集和监控系统方面的优势，使MATLAB仿真不再只局限于传统的离线计算和纯数字的仿真，而易于在实际系统上实现先进算法。2 必备基础知识2.1 OPC 体系结构OPC以OLE、COM（组件对象模型Component Object Model）和DCOM（分布式组件对象模型）技术为基础，采用客户/服务器（Client/Server）模式，定义了一套适于过程控制应用，支持过程数据访问、报警、事件与历史数据访问等功能的接口，便于不同供应商的软硬件实现“即插即用”的连接与系统集成。作为工业控制系统的一种核心数据交换技术，OPC标准可以应用在许多领域，并且其功能还在不断丰富发展之中。OPC适合于应用在很短时间内更新大量过程数据的工业场合。OPC接口可以适用在数据监控系统和管理控制台之间，从数据采集和监控系统或分布式控制系统（DCS）将数据传输到更高级的客户应用，实现在线数据监测，还可以实现PLC、DCS、FCS（Fieldbus Control System）等不同类型控制系统和设备的集成。甚至只要在数据库系统上建立了OPC规范，OPC客户就可以与实时和历史数据库实现数据交互。OPC接口还可以通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为OPC客户端的应用程序，也适用于应用程序和物理设备的直接连接，OPC是具有高度柔性的接口标准，屏蔽不同系统之间的差异，提供统一的数据访问接口，所以可以应用于多种场合。OPC客户机是访问过程数据、消息和OPC服务器归档的应用程序，而OPC服务器则是处理过程数据的应用程序、各种网络协议和访问这些数据的接口之间的中间设备，它提供给不同制造商的应用程序一个标准的软件接口，它有三层接口，依次呈包含关系。OPC Server：OPC启动服务器，获得其他对象和服务的起始类，并用于返回OPC Group类对象；OPC Group：存储由若干OPC Item组成的Group信息，并用于返回OPC Item类对象。OPC Item：存储具体Item的定义、数据值、状态值等信息。图1为OPC体系结构5。OPC ServerOPC ClientVisual C+Visual Basic、ExcelJava AppletInternet Exploreropc groupopc group驱动程序和应用软件：PLC、DCS、工业网络系等Item itemItem itemItemItemItem通用接口自动化接口图 1 OPC 的体系结构2.2 系统的数学模型利用阶跃响应法实验测得控制系统的数学模型为： （2-1）由式（2-1）知系统为一阶惯性环节和滞后环节组成2.3 DCOM配置OPC服务器和OPC Client服务器都要进行设置。一定要配置正确，否则会出现“找不到服务器”或“服务器拒绝访问”的错误。（1）开始-运行-输入：dcomcnfg 打开组建服务窗口，如图2。图 2 组件服务窗口图进入我的电脑属性的总体默认属性页面，将“在这台计算机上启用分布式COM”打上勾，将默认身份级别改为“无”，如图3所示。图 3 我的电脑属性对话框（2）打开属性对话框-切换到“COM安全”属性页，分别编辑“编辑默认值（E）”、“编辑默认值（D）”、“编辑限制（L）”、“编辑限制（I）”等4个选项，如图4所示。图 4 COM属性对话框以上4个选项分别添加“everyone”、“interactive”、“network”“system”等4个用户，并勾选上所有权限选项，如图5。（请注意是4个用户，如果少了一个有可能出现找不到服务器的情况）图 5 访问权限对话框（3）在OPC服务器上，还要回到“组件服务”界面，打开DCOM配置，如图6，找到注册的OPC服务器的名称：OpcEnum、OpcServer. WinCC选项，分别打开它们的属性对话框进行编辑。图 6 DCOM对话框打开属性切换到“安全”属性页面，分别编辑下面3个选项，如图7。图 7 OpcEnum/OpcServer. WinCC属性“安全”对话框以上3个选项分别添加everyone，interactive，network，system四个用户，并勾选上所有权限选项，如图8。（请注意是3个用户，如果少了一个有可能出现找不到服务器的情况）图 8 启动权限对话框启用交互式用户，选择“交互式用户”，如图9。图 9 启动交互式用户（注：有时做好DCOM配置后，需要重新启动电脑才起作用。所以为了安全起见，建议最好重新启动一下电脑，再做下一步）。2.6 本地安全策略设置（1）OPC 服务器和OPC Clicent都要进行设置：打开“控制面板”-“管理工具”-选择“本地安全策略”。（2）打开“安全选项”-“网络访问”-本地账户的共享和安全模式-属性。（3）选择“经典-本地用户以自己的身份验证”。（这一步不能忘，否则在连接OPC服务器时会出现“拒绝访问”错误提示！）3 控制系统结构、原理及配置3.1 系统结构及原理3.1.1 系统结构MATLAB与PLC的远程实时过程控制系统结构如图10所示。系统以悌字号过程控制设备中的水箱为控制对象，西门子S7-300PLC对现场设备数据进行采集，以组态软件WinCC为数据总控平台，作为OPC服务器以MATLAB做为OPC客户端，进行算法设计、实时控制和控制结果分析等，WinCC与S7-300通过MPI通讯6,。 MatlabWinCCS7-300PLC悌字号过程设备OPC数据交换MPIAI/AODI/DO数据采集过程设备图10 MATLAB和PLC远程实时过程控制系统示意图3.1.2 系统原理在此系统中要求给定值即液位设定值为300mm，控制器为MATLAB及PLC，MATLAB主要实现的是PID参数的控制，PLC主要是实现信息采集及模/数、数/模的转换。在系统的液位变送器将标准的电信号（420mA）输入给模拟量输入模块（SM331），经A/D转换后得到与液位成比例的数字量，然后进行标度转换（FC105），通过WinCC写入到Simulink中，在MATLAB的Simulink中与液位设定值（阶跃输入为300）比较，并按某种控制规律（PID控制算法）对误差值进行运算，将运算结果（数字量）送给PLC经过标度反变换（FC106）后，输入到模拟量输出模块（SM332），经D/A转换后变为电流信号送给智能调节阀，用来控制电动调节阀的开度7，通过它控制流入水箱的流量，实现对液位的闭环控制。系统的工作原理图如图11。给定值控制器执行器液位变送器控制对象图11 控制系统工作原理图输出值3.2 硬件配置实验使用“悌”字号过程控制综合自动化控制系统实验平台，该实验台是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。3.2.1 智能仪表采用厦门宇电仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表AI818，它是PID控制型的智能仪表，输出为420mA DC信号。3.2.2 变频器采用西门子MM440变频器 功率为0.37KW,频率0650Hz。3.2.3 S7-300PLC电源模块： PS307（5A）书出电流为5A；输出电压为24VDC；防短路和开路保护。CPU模块： CPU315-2DP带有128KB的集成式RAM，最大模拟量I/O总数为1024 个。模拟量输入模块：SM331 AI 4xO/420mA；为一通道4输入点；精度为15位。模拟量输出模块：SM332 AO 4x12位；4通道x4输出；精度为12位；每个输出通道可编程为：电压输出/电流输出。网卡：西门子CP5611专用通讯网卡支持MPI，PROFIBUS 和工业以太网协议，用于连接PLC 与WinCC 或者PLC之间互联8。3.2.4 检测装置压力传感器：KYB380传感器 量程为0150Kpa；精度为0.25；采用二线制传输方式，工作时需要提供24V直流电源，输出420mA DC。液位变送器：KYB3803变送器 量程为06KPa，精度为0.25；采用二线制传输方式，工作时需要提供24V直流电源，输出420mA DC。3.2.5 执行机构电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀型号为：QS智能型电动调节阀 公称直径为20mm,行程为16mm；具有精度高，技术先进，体积小、重量轻，推动力大、控制单元与电动执行一体化、可用性高、操作方便等优点；电源单相220V，控制信号为420mA DC或15V，输出为420mA DC的阀位信号，使用和校正非常方便。3.2.6 水泵水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为20CQ12P 功率为0.37KW，流量3m3/h,扬程为12米。3.3 软件配置系统所用到的软件主要有：MATLAB 7.6，Step7 V5.1编程软件，WinCC V5.2监控软件等。4 控制系统PLC程序设计及WinCC实时监控4.1 PLC程序设计4.1.1软件设计液位的控制程序中需要采集过程值并需要把整型转换成以工程单位表示的介于下限和上限之间的实型值，因此需要功能块FC105转换；PID的运算输出需要进行把工程单位表 示且标定于下限和上限的实型值转换成整型值，因此需要功能块FC106转换。在组织块OB1中进行启动和停止的控制而液位的采集、输出、数据转换存放在中断服务程序OB35中。OB35每100ms扫描一次，即每100ms给电动调节阀一个输出信号。PLC程序流程如图12。程序介绍见附录1。4.1.2 控制流程由PLC作为控制器，调节阀作为执行机构，压力液位变送器作为检测装置等来构成一个单回路的恒液位控制系统。设备首次使用前进行静态标定，以保证其精确度，变送器的最大载荷力不应超过满量程的120。系统选择水箱作为被测对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-3全开，将下水箱出水阀门F1-4开至一定开度，其余阀门均关闭。系统初始化数据转换（A/D转换）从PIW294读入现场数据标度变换（FC105）开始Simulink中进行PID运算写入MATLAB的Simulink中标度反变换（FC106）结束写回PLC中注：1、 输入通道为PIW2942、 输出通道为PQW3043、 图中虚线框中为MATLAB应用程序4、 PLC程序放在OB35组织块中，OB35运行方式为循环扫描。数据转换（D/A转换）从PQW304输出现场数据实物结构图如图13。图12 PLC程序流程图4.2 WinCC简介4.2.1 WinCC组态软件的概况 WinCC中的OPC符合OPC基金会的OPC规范。WinCC可作为OPC服务器和OPC客户机。在作为OPC 客户机操作时，WinCC将访问其它应用程序的数据。当WinCC用作OPC 服务器时，WinCC数据将对其他应用程序可用。可以通过WinCC OPCDA服务器访问WinCC变量，通过WinCC OPCHDA服务器访问归档系统，通过WinCC OPCA&E服务器访问消息系统9。并且通过OPC的方式，WinCC还可以与更多的第三方控制器进行通讯。适用于所有工业和技术领域的解决方案。WinCC 最引人注目之处还是其广泛的应用范围。独立于工艺技术和行业的基本系统设计，模块化的结构，以及灵活的扩展方式，使其不但可以用于机械工程中的单用户应用，而且还可以用于复杂的多用户解决方案。4.2.2 WinCC组态软件的主要功能和组件 WinCC的主要功能如下10：包括强大的标准接口、支持所有主要PLC系统的通讯通道、与制作执行系统和企业资源管理无缝连接。组态软件WinCC是很多应用程序的核心，包括九大部件：变量管理器、图形编辑器、报警记录、变量归档、报表编辑器、全局脚本、文本库、用户管理器、交叉引用表等 图13 系统实物结构图4.3 WinCC监控画面的组建4.3.1 建立WinCC变量（1）添加驱动程序： 打开WinCC选中“变量管理”并右击选择“添加新的驱动程序”,然后选择“SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN”，然后点击“打开”即可添加新的驱动程序。（2）建立驱动连接：在“SIMATIC S7 Protocol Suite”的下拉菜单中右击“MPI”选择“新驱动程序的连接”点击“NewConnection”即可建立新的驱动连接。（3）添加变量：在“NewConnection”右侧空白处点击右键选择“新建变量”或者右击“NewConnection”选择“新建变量”即可添加变量。在出现的变量属性对话框中进行变量的设置，系统中加入的两个变量分别为：yewei1和yeweixie，两个变量的数据类型均选择为无符号32位浮点型，存储地址选择“位存储”，yewei1的存储地址为 MD80，yeweixie的存储地址为MD90。4.3.2 建立WinCC组态监控画面（1）点击WinCC主界面中的“图形编辑器 ”在右侧空白处点击右键选择“新建画面”或者右击“图形编辑器”选择“新建画面”即可建立自己所需要的监控画面。（2）在图形编辑区中建立如图14画面（具体建立方法及步骤参见西门子WinCC V6.0精通手册）。图 14 WinCC监控画面5 MATLAB在线控制5.1 MATLAB基础5.1.1 MATLAB简介MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分11。在最新的MATLAB版本中添加了工具箱OPC Toolbox，利用该工具箱可以方便地实现在MATLAB中获取外部实时数据。5.1.2 MATLAB安装因为控制系统要使用OPC技术，所及MATLAB版本要求为7.0以上版本（低于此版本的MATLAB中无OPC工具箱），网络上很多7.0以上的版本但是有相当一部分是下载了不可安装或者安装后无法运行的。在系统中所使用的MATLAB版本为R2008a（即MATLAB7.6大小为3.76G），在安装时参考MATLAB英文安装说明。注意所有安装和激活都是使用无网络状态下，在MATLAB安装文件夹里的“crack”文件夹里的“install.txt”中有版本的安装序列号。最后激活使用时需要的一个文件也是“crack”文件夹中的，名字为“license_standalone.dat”，激活这一步一定要做，非常关键，否则无法运行MATLAB。5.1.3 OPC工具的安装MATLAB安装成功后，在安装路径下的如“D/Program File/MATLAB/R2008a/” 找到“toolbox/OPC/opc/private”并打开，找到名为“OPC Core Components.2008Redistributable 2.20.msi”安装文件双击即可。对于初用OPC者这一步骤非常重要，否则运行OPC tool时就会出现“找不到OPC Core Components.2008Redistributable 2.20.msi”的错误，无法使用OPC。在OPC使用的过程中会出现这样一个问题：当OPC使用一次或者几次后，再次打开使用时，MATLAB输入命令界面会闪烁一下且电脑下方的任务栏也会出现OPC Tool（这说明OPC Tool正在运行），但就是不会出现OPC主界面，无法进行建立通讯。解决方法为：右击工具任务栏中“OPC Tool”选择“最大化”即可，但对于Win7系统则是把鼠标放到工具任务栏“OPC Tool”上，等出现小的黑色“OPC Tool”页面时右击页面选择“最大化”即可。5.2 MATLAB与WinCC通讯的建立5.2.1 通讯流程WinCC作为OPC服务器，MATLAB作为OPC客户端，通过Simulink仿真工作空间的“OPC Read”获取现场过程数据，在Simulink中编写相关控制算法，运算后在经过“OPC Write”再把运算结果写入到WinCC变量中，通过WinCC在把数据送入到PLC中。通讯流程如图15所示。创建OPC数据访问客户端对象开始在OPC客户端对象添加组对象在OPC客户端对象添加项对象对WinCC数据项进行读/写操作完成？结束YN图15 WinCC与MATLAB通讯流程图5.2.2 建立通讯运行MATLAB后，单击主页面左下角的“start”然后按图操作到“OPC Tool”，就打开了OPC页面，如图16。图16 运行OPC Tool 然后右击“OPC Network”选择“Add Host”，然后点击图17中的“确定”即可把主机（系统中用“Localhost”）添加到OPC页面中。注意此时一定要让WinCC服务器处在“运行（激活）”状态，否则会出现“服务器没有注册类别”或者“找不到服务器”的错误提示。图 17 添加主机“localhost”然后再“Localhost”下拉菜单中选择“OPCServer.WinCC”并右击选择“Create Client”来创建客户端。如图18。图 18 创建客户端 在已创建的“MATLAB OPC Client”中进行添加工作组和创建网路连接，方法为：右击“Localhost/OPCServer.WinCC”选择“Add group”和“Connect”如图19。图19添加OPC工作组“yewei”在已创建的项目组中添加变量,右击已经创建的组“yeiwei”选择“Add Item”在“Add Item”对话框中选择要添加的WinCC中的变量“yewei1”与“yeweixie”后点击“Add” 即可，如图20：图 20 添加OPC项“yewei1”及“yeweixie”建立MATLAB与WinCC的过程看似很简单，但是这个过程中的每一步都很重要。因为初次接触这方面，在做的过程中，每一步都是探索，当中也遇到一些难题，比如：我用OPC Read 从WinCC变量中读取数据成功后，再用同样的方法使用OPC Write 向WinCC中的变量写数据时，想了很多办法，做了很多次尝试，怎么做都不通，最后经过老师的指导才找到解决方法：写的过程一定要与实际的PLC相连接并且运行PLC,否则OPC 的连接状态会显示：Bad。5.3 建立Simlink实时控制工作空间 右击项目组“yewei”选择“Export To”中的“Simullink OPC Read/Write”，把所需变量添加到Simulink仿真环境下，如图21。也可以直接在Simulink中使用“OPC Read/Write”建立图 21 把变量导入Simulink中在Simulink仿真窗口中双击“OPC Read/Write”对对象进行属性设置和进行采样时间设置，如图22，本设计中采样时间均设为0.01s。图22 在Simulink中设置变量属性在Simulink中建立工作空间，Simulink仿真参数需要进行设置，仿真结束时间(stop time)设为“inf”（为了使系统运行在无时间限制条件下而设置），Simulink仿真算法设置为Fixstep固定步长类型，并选择ODEl(EULER)算法12设定值为300,经过调试，得到了一组效果比较理想的PID参数：Kp=100，Ti=0.1，Td=1，如图23所示。图 23 Simulink工作空间搭建图5.4 实时控制效果5.4.1 阶跃响应控制效果图24中蓝色直线为液位设定值300mm曲线，黑色线为实时液位监控曲线。图24 MATLAB实时控制曲线图由上图控制曲线可知，液位虽然有一定的超调，但是很快就能返回到设定值附近，最终基本稳定到设定值。5.4.2 加入扰动时的响应曲线所加扰动为：在原平衡的基础上向水箱中加入一盆水，来影响水位，如图25所示。图25加入阶跃扰动响应曲线图最终恢复平衡图如图26。图26最终稳定实时曲线图以上二幅图的时间长度均为1分钟，有控制曲线图可以看出，水位在很短的时间内基本恢复到设定值。说明控制效果也是比较理想。结束语在OPC技术、西门子工控产品PLC和WinCC组态软件的基础上，我们成功的使MATLAB方便地实现了实时控制现场过程设备，设计出了稳定可靠的液位控制系统。虽然系统没有直接用MATLAB语言编写的控制算法进行控制，但却改变了以往MATLAB的纯数字仿真研究方法。为控制研究人员通过Simulink实时观察和控制现场数据，进行控制算法的研究和控制结果的分析提供了一个平台。 尚存在的问题：PID算法单一，有待改进为先进控制算法，比如PID自整定算法及模糊控制PID算法等；PID参数仍然不太理想，还需要调整参数，以达到无超调量及和较小的响应时间的良好效果。参考文献1 蒋近，段斌.基于OPC技术的监控主站实时数据传输J.电力自动化设备，2008，28：972 王克平，王宪.基于DDE技术的MATLAB与WinCC通信设计J.自动化仪表,2006，17：233 梁飞.基于WinCC和OPC的配料监控系统的设计与实现J.上海交通大学工程硕士学位论文，2008，784 胡剑杭，陈冲.基于OPC技术的MATLAB实时过程控制系统J.福州大学学报(自然科学版)，2008，36（增刊）：1065 廖常初.S7-300/400PLC应用教程M.北京：机械工业出版社，2009年1月.2646 魏克新.自动控制综合应用技术M.北京：机械工业出版社，2007年7月.2747 马江涛.基于OPC的组态软件和MATLAB的通信实现J.微计算机信息(测控自动化)，2008，2968 http：wwwadsiemenscomcndownloadinfo-mationasp?classidup =0000l&classid=000152004039 张静，马俊丽，岳境.MATLAB在控制系统中的应用M.北京：电子工业出版社,2007年5月.10 The Math Works Inc.OPC toolbox for use with MATLABEB/OL. 2004-10. http//access/help-desk/help/pdf_doc/opc/opc.pdf.附录附录A PLC 程序OB1：A( O I 0.0 %上电运行点 O M 0.0 %保持通路 ) AN I 0.1 %停止运行输入点 = M 0.0 %中间继电器点OB35中的标度转换功能块F105： A I 0.7 %输入I0.7为0说明输入值为单极 = L 20.0 BLD 103 A M 0.0 %保持通路 JNB _001 CALL SCALE IN :=PIW294 %从PIW194中输入信号 HI_LIM :=6.000000e+002 %输入上限为600 LO_LIM :=0.000000e+000 %输入下限为0 BIPOLAR:=L20.0 RET_VAL:=MW60 %出错信息查看地址 OUT :=MD80 %输出值存放地址为MD80OB35中的标度反转换功能块F106： A I 0.7 %输入I0.7为0说明输入值为单极 = L 20.0 BLD 103 A M 0.0 %保持通路 JNB _002 CALL UNSCALE IN :=MD90 %从MD90中输入信号 HI_LIM :=6.000000e+002 %输入上限为600 LO_LIM :=0.000000e+000 %输入下限为0 BIPOLAR:=L20.0 RET_VAL:=MW120 %出错信息查看地址 OUT :=PQW304 %从PQW304中输出信号附录B 致谢经过3个月是在我的导师刘忠超的精心指导和悉心关怀下完成的，在毕业设计和论文撰写的过程中无不倾注着刘老师辛勤的汗水和心血。导师的严谨治学的态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向刘老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在毕业设计和课程学习的过程中，还得到了张风蕊、肖东岳老师的热心指导和帮助，同学们也给予我很大的支持和鼓励。在此向所有关心帮助过我的老师、同学们表示深深的感谢！也对在设计中参考资料的作者们表示衷心的感谢！袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿