44、基于PLC的过程控制硬件在环仿真系统设计

基于PLC的过程控制硬件在环仿真系统设计

1. 引言

传统的仿真系统仅通过软件仿真来验证控制系统的可行性，未考虑实际控制系统中控制器对不同被控对象的响应特性。为解决这一问题，引入硬件在环仿真系统，将实际控制对象参数化和虚拟化，保留控制器对不同被控对象的响应特性。以PLC为控制器，可测试其对不同被控对象的控制效果。

硬件在环仿真平台包含虚拟对象和物理对象，更接近实际系统，具有置信度高、安全性高和测试周期短等优点，是未来仿真系统的主要发展方向。目前，国内外研究人员主要使用OPC技术实现控制器与被控对象的连接，但通过模拟输入输出模块连接两者的研究较少。因此，本文使用模拟输入输出模块建立控制器与被控对象的连接，实现实时数据交互，使构建的硬件在环仿真系统更接近实际控制系统。

2. 硬件在环仿真系统设计

2.1 硬件在环仿真系统组成

硬件在环仿真系统由PLC、模拟输入输出模块和PC组成。系统需建立控制器部分与被控部分的连接，因此实时数据通信部分是系统设计的重点，同时根据系统需求添加必要的模拟转换模块。

运行MATLAB软件，在其中构建三阶系统的传递函数作为假定的被控对象；模拟输出模块连接PC，将被控对象的数字信号转换为模拟输出信号；PLC采集模拟输出信号，进行PID控制，并输出标准电流信号作为控制信号；模拟输入输出模块采集模拟信号，转换为上述被控对象的输入信号，传输到MATLAB形成闭环反馈控制系统。

2.2 硬件在环仿真系统控制策略

系统支持PID控制策略，控制参数通过TIA Portal软件中的Step 7设置。PID控制原理简单、易用、应用广泛、适用性强，PID控制器结构简单