【正文】 設(shè)計 —PLC 監(jiān)控程序設(shè)計 12 其不但可以用于機械工程中的單用戶應用，而且還可以用于復雜的多用戶解決方案 。 WinCC 最引人注目之處還是其廣泛的應用范圍。 并 且通過 OPC的方式， WinCC還可以與更多的第三方控制器進行通訊。可以通過 WinCC OPCDA服務器訪問WinCC變量，通 過 WinCC OPCHDA服務器訪問歸檔系統(tǒng)，通過 WinCC OPCAamp。在作為 OPC 客戶機操作時， WinCC將訪問其它應用程序的數(shù)據(jù)。 圖 12 PLC 程 序流程圖 WinCC 簡介 WinCC 組態(tài)軟件的概況 WinCC中 的 OPC符合 OPC基金會的 OPC規(guī)范。實驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門 F1F1 F13 全開，將下水箱出水閥門 F14 開至一定開度，其余閥門均關(guān)閉。設(shè)備首次使用前進行靜態(tài)標定，以保證其精確度， 變基于 SIEMENS S7300PLC 和 OPC sever 技術(shù)的 MATLAB 在線單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計 —PLC 監(jiān)控程序設(shè)計 11 送器 的最大載荷力不應超過滿量程的 120％。 程序介紹 見附錄 1。 OB35 每 100ms 掃描 一次，即每 100ms 給電動調(diào)節(jié)閥一個輸出信號。 4 控制系統(tǒng) PLC 程序設(shè)計及 WinCC 實時監(jiān)控 PLC 程序設(shè)計 軟件設(shè)計 液位的控制程序中需要采集過程值并需要把整型轉(zhuǎn)換成以工程單位表示的介于下限和上限之間的實型值，因此需要功能 塊 FC105 轉(zhuǎn)換； PID 的運算輸出需要進行把工程單位表 示且標定于下限和上限的實型值轉(zhuǎn)換成整型值，因此需要功能 塊 FC106 轉(zhuǎn)換。 水泵 水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為 20CQ–12P 功率為 ，流量 3m3/h,揚程為 12 米。 執(zhí)行機構(gòu) 電動調(diào)節(jié)閥：采用智能直行程電動調(diào)節(jié)閥，用來對控制回路的流量進行調(diào)節(jié)。 給定值 控制器 執(zhí)行器 液位變送器 ＋＋ 控制對象 圖 11 控制系統(tǒng)工作原理圖 輸出值 基于 SIEMENS S7300PLC 和 OPC sever 技術(shù)的 MATLAB 在線單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計 —PLC 監(jiān)控程序設(shè)計 10 檢測裝置 壓力傳感器： KY–B380 傳感器 量程為 0～ 150Kpa； 精度為 ％ ；采用二線制傳輸方式，工作時需要提供 24V 直流電源，輸出 4～ 20mA DC。 模擬量 輸出模塊： SM332 AO 4x12 位； 4 通道 x4 輸出；精度為 12 位；每個輸出通道可編程為：電壓輸出 /電流輸出。 CPU 模塊： CPU3152DP 帶有 128KB 的集成式 RAM，最大模擬量 I/O 總數(shù)為 1024 個。 變頻器 采用 西門子 MM440 變頻器 功率為 ,頻率 0～ 650Hz。 硬件配置 實驗使用“ 悌 ” 字號過程控制綜合自動化控制系統(tǒng)實驗平臺，該實驗臺是由實驗控制對象、實驗控制臺及上位監(jiān)控 PC 機三部分組成。在 系統(tǒng)的液位變送器將標準的電信號 （ 4～ 20mA） 輸入給模擬量輸入模塊（ SM331），經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后得到與液位成比例的數(shù)字量 ，然后進行標度轉(zhuǎn)換（ FC105），通過 WinCC寫入到 Simulink 中 ， 在 MATLAB 的 Simulink 中 與液位設(shè)定值 （階躍輸入為 300） 比較，并按某種控制規(guī)律（ PID 控制算法） 對誤差值進行運算，將運算結(jié)果（數(shù)字量）送給 PLC經(jīng)過標度反變換（ FC106）后，輸入到 模擬量輸出模塊（ SM332），經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏餍盘?送給智能調(diào)節(jié)閥 ，用來控制電動調(diào) 節(jié)閥的開度 [7]， 通過它控制流入水箱的流量，實現(xiàn)對液位的閉環(huán)控制。 系統(tǒng)以‘悌’字號過程控制設(shè)備 中的水箱 為控制對象，西門子 S7300PLC對現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)進行采集，以組態(tài)軟件 WinCC為數(shù)據(jù)總控平臺，作為 OPC服務器．以 MATLAB做為 OPC客戶端，進行算法設(shè)計、實時控制和控制結(jié)果分析等， WinCC與 S7300通過 MPI通訊 [6],。 （ 3）選擇“ 經(jīng)典 本地用戶以自己的身份驗證 ” 。 本地安全策略設(shè)置 （ 1） OPC 服務器和 OPC Clicent 都要進行設(shè)置：打開“控制面板” “管理工具”選擇“本地安全策略”。 圖 9 啟動交互式用戶 基于 SIEMENS S7300PLC 和 OPC sever 技術(shù)的 MATLAB 在線單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計 —PLC 監(jiān)控程序設(shè)計 8 （注：有時做好 DCOM 配置后，需要重新啟動電腦才起作用。 圖 7 OpcEnum/OpcServer. WinCC 屬性“安全”對話框 基于 SIEMENS S7300PLC 和 OPC sever 技術(shù)的 MATLAB 在線單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計 —PLC 監(jiān)控程序設(shè)計 7 以上 3個選項分別添加 everyone， interactive， work， system 四 個用戶，并勾選上所有權(quán)限選項 ，如圖 8。 （ 請注意是 4個用戶，如果少了一個有可能出現(xiàn)找不到服務器的情況 ） 圖 5 訪問權(quán)限對話框 基于 SIEMENS S7300PLC 和 OPC sever 技術(shù)的 MATLAB 在線單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計 —PLC 監(jiān)控程序設(shè)計 6 （ 3） 在 OPC 服務器上，還要回到 “ 組件服務 ” 界面，打開 DCOM 配置 ，如圖 6，找到注冊的 OPC 服務器的名稱 ： OpcEnum、 OpcServer. WinCC 選項， 分別 打開它 們 的屬性 對話框進行編輯 。 圖 3 我的電腦屬性對話框 （ 2）打開屬性對話框 切換到“ COM 安全”屬性頁，分別編輯“編輯默認值（ E）” 、“編輯默認值（ D）”、“編輯限制（ L）”、“編輯限制（ I）”等 4個選項，如圖 4所示。 （ 1）開始 運行 輸入： dfg 打開組建服務窗口，如圖 2。 圖 1 OPC 的體系結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的數(shù)學模型 利用階躍響應法實驗測得控制系統(tǒng)的數(shù)學模型為： sessG 5190 )( ??? （ 21） 由式（ 21）知系統(tǒng)為一階慣性環(huán)節(jié)和滯后環(huán)節(jié)組成 DCOM 配置 OPC 服務器和 OPC Client 服務器都要進行設(shè)置 。 OPC Item：存儲具體 Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。 OPC 客戶機是訪問過程數(shù)據(jù)、消息和 OPC 服務器歸檔的應用程序，而 OPC 服務器則是處理過程數(shù)據(jù)的應用程序、各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和訪問這些數(shù)據(jù)的接口之間的中間設(shè)備，它提供給不同制造商的應用程序一個標準的軟件接口 ， 它有 三層接口 ， 依次呈包含關(guān)系。甚至只要在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上建立了 OPC規(guī)范，OPC客戶就可以與 實時和歷史數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。 OPC適合于應用在很短時間內(nèi)更新大量過程數(shù)據(jù)的工業(yè)場合。 2 必備基礎(chǔ)知識 OPC 體系結(jié)構(gòu) OPC以 OLE、 COM（組件對象模型 Component Object Model）和 DCOM（分布式組件對象模型）技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶 /服務器（ Client/Server）模式，定義了一套適于過程控制應用，支持過程數(shù)據(jù)訪問、報警、事件與歷史數(shù)據(jù)訪問等功能的接口，便 于 不同供應商的軟 硬件實現(xiàn)“即插即用”的連接與系統(tǒng)集成。 通過 MATLAB的 Simulink實時讀取數(shù)據(jù)和控制設(shè)備。 OPC技術(shù) 是 Windows應用程序問數(shù)據(jù)交換的主流技術(shù)，通過 OPC技術(shù)可以將 MATLAB和 WinCC很好地結(jié)合起來 [4]。 該平臺能夠在驗證算法準確性及控制系統(tǒng)有效性的測試階段，取代實際系統(tǒng)的控制對象進行仿真測試，不僅減少測試費用，降低了直接作用于真實環(huán)境的風險，而且可以建立多種有指導意義的對象模型，模擬更多的運行環(huán)境，能安全、方便、快速地驗證控制算法和系統(tǒng)的可行性，更全面真實地反映算法在實際生產(chǎn)過程中的運行效果，從而得到有指導意義的算 法改進策略和在線參數(shù)調(diào)整方法。而 MATLAB作為著名的科學工程計算軟件包，進行復雜運算的效率很高，可以很容易實現(xiàn)復 雜控制算法，并且能 夠方便地構(gòu)造復雜控制系統(tǒng)的模型對系統(tǒng)進行仿真。它具有高度的實用性，組態(tài)靈活，可生成復雜友好的交互式圖形界面。 在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID 控制， PID 控制器問世至今已有 70 多年歷史，它以其結(jié) 構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為液位控制的主要技術(shù)之一。 O 代表 OLE(Object Linking and Embedding, 對象鏈接和嵌入 )， P (Process 過程 )，C (Control 控制 )。 OPC 技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了多種設(shè)備和應用程序之間的靈活通訊 [2]。在一個工廠解決方案中，往往包含了很多對不同制造廠商的儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，以及不同應用設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。在石油工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、 機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對 各類流體液位高度進行 監(jiān)測和控制，由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，他對控制調(diào)節(jié)器要求極高 [1]。 WinCC。 [關(guān)鍵詞 ]OPC技術(shù) ； MATLAB； WinCC； 無縫鏈接 MATLAB Online Tank Level Control Design Based on SIEMENS S7300 PLC and OPC Server Technology— PLC Program Design Automation Specialty LIU Pengfang Abstract: 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 offline simulation control study,so it is hard to bine with realtime +PLC Control system is a typical realtime control system. The MATLAB for realtime control has direct practical significance for research the control algorithm, and the key is to realiz the realtime munication 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 realtime munication 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。把 MATLAB用于 實時控制 具有控制算法研究的直接現(xiàn)實意義， 但其關(guān)鍵技術(shù)就是實現(xiàn) WinCC和 MATLAB的實時通訊。 南 陽 理 工 學 院 本科生 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 學院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 自動化 學 生： 劉 朋防 指導教師 ： 殷華文 完成日期 2020 年 5 月 南陽理工學院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 SIEMENS S7300 PLC 和 OPC server 技術(shù)的 MATLAB 在線單容水箱液位控制設(shè)計 PLC監(jiān)控程序設(shè)計