[实用新型]基于OPC及S7-200 PLC模块的半实物过程控制实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种过程控制教学实验装置，尤其涉及一种基于OPC技术并采用西门子S7-200 PLC的具有多种控制功能的半实物过程控制实验装置，属于教学设备领域。

背景技术

过程控制一般是指对连续性生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制，它是现代工业自动化系统的核心内容之一。过程控制原理是自动化类专业学生一门重要的专业课，其目的是使相关专业的学生获得过程控制原理及其应用的理论知识及实践技能，其中控制算法的设计及优化是其中的重要内容。传统的过程控制装置一般采用专用硬件实现调节器或使用组态软件中的PID算法实现类似的调节功能。若需实现更为复杂的神经网络控制、多变量解耦控制等则相当的困难。MATLAB软件是一种功能强大、使用灵活的，内置各种丰富的控制工具箱，也可由用户自行设计相关的优化控制算法来增强控制效果。MATLAB/SIMULINK被广泛应用于科学计算、数学建模与仿真，运算效率很高且可方便地实现各种复杂控制算法；但由于现场工控设备的数据通信标准并不统一，使得MATLAB/SIMULINK难于与现场工控设备进行直接数据通信，致使很多先进控制算法仍然只能停留在纯数字仿真阶段。人们在设计新的控制系统及控制算法的过程中，常常须借助SIMULINK完成建模和仿真，直至达到满意的仿真结果。但基于SIMULINK的纯数字仿真往往难于精确模拟实际的控制对象，在上述过程中，常常需要对对象模型作些假设和近似，也会忽略实际对象系统中可能存在的部分扰动和噪声，因而造成仿真与实际应用效果有较大出入。

在工业控制领域，PLC凭借通用性强，可靠性高，抗干扰能力强，编程简单等优势，得到了广泛的应用。S7-200 PLC是西门子公司推出的小型PLC，在工业控制领域获得广泛的应用。虽然S7-200可独立实现PID控制，但S7-200也有存储容量小，处理速度慢的缺点，通过PLC的梯形图语言实现复杂的控制算法非常困难，从而一定程度上制约了先进控制算法在PLC上的应用。

OPC(OLE for Process Control)技术是一种通用的工业化标准，它的出现改善了各仪器接口不统一而无法互联的问题。传统PLC模块与SIMULINK间可通过串行接口相互通讯，但其编程相对复杂。随着OPC技术的广泛应用，S7-200目前已可借助PC Access软件构成OPC服务器，而MATLAB7.0也提供了OPC工具箱，支持读写OPC数据。

由于现有教学设备中存在的储多上述缺陷，亟需开发一种基于OPC技术，结构紧凑、灵活直观的具备多种控制仿真功能的半实物过程控制实验装置，该装置可利用MATLAB/SIMULINK实现各种自定义的复杂控制算法，并采用S7-200 PLC构成现场接口。该装置不仅适用于帮助学生理解过程控制的被控对象、控制手段、实现方法及优化算法，还可以促进学生对自动控制原理课程的理解和掌握，从而全面提高学生的理论与技能水平，增强其实际动手能力和工程应用能力。而半实物仿真则可获得更真实的控制效果，借助SIMULINK环境，将会极大地提高控制系统的设计效率，同时也便于将主要的精力放在控制效果的分析以及控制算法的研究及改善上，增强教学和学习的效果。

发明内容

本实用新型的目的是实现一种以多容液位为控制对象的简易过程控制教学实验装置，通过使用不同的传感器及执行器，以及电磁阀的切换，实现各种从简单的单回路控制到多回路解耦、神经网络等控制方案的多功能过程控制实验平台。本实用新型的教学实验装置中采用S7-200 PLC模块构成现场接口模块，借助OPC技术，由SIMULINK开发的复杂控制器直接去控制现场被控对象。使SIMULINK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，从而达到更理想的控制器设计效果，并减少控制系统设计的开发周期和开发成本；还可以促进学生对自动控制原理课程的理解和掌握，从而全面提高学生的理论与技能水平，增强其实际动手能力和工程应用能力。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种基于OPC及S7-200 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其设计要点在于：包括储水容器、多个液位容器和至少一条供液流路；