本實(shí)用新型屬于過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Matlab與WinCC的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

過(guò)程控制課程是高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)課程，是銜接自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論課與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的課程，因此建設(shè)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室，從而加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培訓(xùn)對(duì)高校教育以及社會(huì)是具有現(xiàn)實(shí)的意義。現(xiàn)有的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)復(fù)雜的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)涉及較少，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)放性較低，價(jià)格也偏高，適用范圍較窄，無(wú)法很好地服務(wù)于各高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有較高開(kāi)放性的基于Matlab與WinCC的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并且本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，能夠有效滿足學(xué)生教學(xué)和科學(xué)研究的雙重要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種基于Matlab與WinCC的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括：過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置、PLC控制器和上位機(jī)；所述上位機(jī)設(shè)置有用于監(jiān)控實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的WinCC模塊，以及用于接收WinCC模塊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)的Matlab模塊；所述WinCC模塊與PLC控制器控制連接；所述PLC控制器還連接有MCC柜，所述MCC柜的控制輸出端與過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置連接；所述WinCC模塊還連接有WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)。

進(jìn)一步的，所述Matlab模塊和WinCC模塊均設(shè)置有OPC讀寫(xiě)接口，所述Matlab模塊和WinCC模塊內(nèi)OPC讀寫(xiě)接口連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

進(jìn)一步的，所述上位機(jī)設(shè)置有通訊卡，WinCC模塊通過(guò)通訊卡與PLC控制器控制連接。

進(jìn)一步的，所述上位機(jī)的Matlab模塊設(shè)置有示波器。

進(jìn)一步的，所述PLC控制柜采用西門(mén)子S7-300PLC控制柜。

進(jìn)一步的，所述過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置為水槽實(shí)驗(yàn)裝置或其他可用于過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置。

進(jìn)一步的，所述通訊卡采用CP5611通訊卡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果：通過(guò)在上位機(jī)中設(shè)置WinCC模塊，在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入至Matlab模塊，通過(guò)Matlab模塊生成控制數(shù)據(jù)并通過(guò)WinCC模塊發(fā)送至PLC控制器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的控制。通過(guò)設(shè)置Matlab模塊和WinCC模塊，使得本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有較高的開(kāi)放性。并且通過(guò)設(shè)置獨(dú)立的MCC柜，使本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)上更為完整，充分模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，讓學(xué)生工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有更直觀的認(rèn)識(shí)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，能夠有效滿足學(xué)生教學(xué)和科學(xué)研究的雙重要求。

進(jìn)一步的，通過(guò)設(shè)置示波器，能夠?qū)崟r(shí)查看Matlab模塊得到實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比分析，方便理解實(shí)驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型原理框圖。

其中：1為Matlab模塊；2為WinCC模塊；3為PLC控制器；4為OPC讀寫(xiě)接口；5為MCC柜；6為過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括：過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置6、PLC控制器3和上位機(jī)；所述上位機(jī)設(shè)置有用于監(jiān)控實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的WinCC模塊2，以及用于接收WinCC模塊2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)的Matlab模塊1；所述WinCC模塊2與PLC控制器3控制連接；所述PLC控制器3還連接有MCC柜5，所述MCC柜5的控制輸出端與過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置6連接；所述WinCC模塊2還連接有WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)。所述Matlab模塊1和WinCC模塊2均設(shè)置有OPC讀寫(xiě)接口4，所述Matlab模塊1和WinCC模塊2內(nèi)OPC讀寫(xiě)接口4連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

所述上位機(jī)設(shè)置有通訊卡，WinCC模塊2通過(guò)通訊卡與PLC控制器3控制連接。所述上位機(jī)的Matlab模塊1還設(shè)置有示波器。

所述PLC控制柜3采用西門(mén)子S7-300PLC控制柜。所述過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置6為水槽實(shí)驗(yàn)裝置或。

實(shí)施例

本實(shí)用新型以PLC為控制器，以水槽實(shí)驗(yàn)裝置為被控對(duì)象，通過(guò)液位變送器、壓力變送器、溫度傳感器、流量計(jì)將實(shí)驗(yàn)裝置中的液位、壓力、溫度、流量等物理量傳送給PLC，PLC和上位機(jī)通過(guò)CP5611通訊卡進(jìn)行通訊，通過(guò)上位機(jī)中的WinCC模塊進(jìn)行監(jiān)控，將控制指令傳送給PLC控制器，進(jìn)而通過(guò)變頻器、閥門(mén)等執(zhí)行器對(duì)被控量進(jìn)行控制；通過(guò)OPC接口實(shí)現(xiàn)Matlab和WinCC模塊數(shù)據(jù)交換，Matlab模塊以PLC為過(guò)程接口對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。

上位機(jī)中的WinCC模塊從下位機(jī)中讀取現(xiàn)場(chǎng)變量數(shù)據(jù)并放入WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而上位機(jī)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行監(jiān)控。此外，在MATLAB模塊中預(yù)設(shè)將各種控制算法，直接在WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取控制需要的輔助變量的數(shù)據(jù)，并將控制算法的運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到WinCC模塊中的變量中去，WinCC模塊將變量數(shù)值進(jìn)一步下傳至下位機(jī)PLC并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器的動(dòng)作。

將物理實(shí)驗(yàn)裝置中被控變量的實(shí)測(cè)值通過(guò)OPC接口模塊讀入到MATLAB模塊中，將實(shí)物實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)曲線結(jié)果顯示在同一個(gè)示波器即同一個(gè)坐標(biāo)系中，實(shí)現(xiàn)相同條件下的實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比分析，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理解更加透徹。

將被控變量的設(shè)定值和實(shí)際值通過(guò)OPC接口模塊讀入到MATLAB模塊中，把實(shí)際的數(shù)據(jù)送給PLC控制器，并把計(jì)算結(jié)果通過(guò)OPC接口模塊送給WinCC模塊，進(jìn)而對(duì)物理實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)MATLAB模塊中建立的各種高級(jí)控制算法在物理實(shí)驗(yàn)裝置上的應(yīng)用，使算法效果得到驗(yàn)證，可以解決下位機(jī)PLC中編程實(shí)現(xiàn)高級(jí)算法難，占用儲(chǔ)存空間大等問(wèn)題。

獨(dú)立設(shè)置的MCC柜包括變頻器、空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、三相固態(tài)繼電器和接線端子，并與PLC控制柜相連。

本實(shí)用新型可以完成二十余種常用的典型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)，很好的滿足自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀、易于制作和便于學(xué)生學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)Matlab和WinCC數(shù)據(jù)交換，從而將Matlab強(qiáng)大的功能引入到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)物實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，顯著提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果；方便實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的用戶自定義的優(yōu)化控制算法，提高實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)放性，為科研理論成果提供了一個(gè)驗(yàn)證的實(shí)際平臺(tái)，從而可以滿足學(xué)生教學(xué)和科學(xué)研究的雙重要求。

盡管上面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。