模糊控制器參數(shù)自尋優(yōu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、摘要模糊控制其實(shí)質(zhì)是對(duì)人的思維過(guò)程的一種模擬，但常規(guī)的模糊控制器的參數(shù)與控制規(guī)則無(wú)法隨著被控對(duì)象的改變而變化，從而無(wú)法保證始終有較好的控制性能。本設(shè)計(jì)以先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)室的PCS流量單元為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，基于S7-300，OPC及MATLAB軟件，通過(guò)校園局域網(wǎng)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的自尋優(yōu)模糊控制系統(tǒng)。首先，以校園網(wǎng)為通信基礎(chǔ)，S7-300 PLC作為OPC的服務(wù)器，上位PC機(jī)作為OPC的客戶端，搭建網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)，其次在MATLAB中搭建模糊控制模型及控制規(guī)則可調(diào)整的模糊控制器，確定以ITAE作為尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單純形法的尋優(yōu)控制，最后在搭建的NCS平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。結(jié)果表明可尋

2、優(yōu)的模糊控制器系統(tǒng)能達(dá)到快速小超調(diào)且穩(wěn)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，相比常規(guī)的模糊控制器有更好的控制效果，適用于無(wú)需精確數(shù)學(xué)模型，時(shí)變，非線性等包含較多不確定性的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：模糊控制；MATLAB控制系統(tǒng)；參數(shù)自尋優(yōu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；單純形法AbstractFuzzy Control and its essence is an analog of the human thinking process, but the conventional parameters and control rules of fuzzy controller can not change with the change of t

3、he controlled object, which can not always guarantee better control performance. The design of advanced control laboratory for the experimental device PCS traffic unit, based on S7-300, OPC and MATLAB software, developed by the campus LAN network of self-optimizing fuzzy control system. First, the c

4、ampus network as communication infrastructure, S7-300 PLC as the OPC server, host PC as an OPC client, set up the network control platform, followed by the fuzzy controller fuzzy control model to build and control rules adjustable in MATLAB OK to ITAE as optimization objective function optimization

5、control of the simplex method, and finally build the NCS platform for system debugging, analysis of system dynamic performance and optimization results. The results show that optimization of the fuzzy controller can achieve rapid system small overshoot and stable design goals, compared to convention

6、al fuzzy controller has better control effect, applicable without accurate mathematical model, time-varying, nonlinear contains Multiple control system uncertainty.Key Words: Fuzzy Control; MATLAB Control System; Parameter Self-Optimizing；Optimized design；Simplex Method目錄第一章 概述11.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)11.2

7、設(shè)計(jì)中使用的軟件硬件介紹21.3設(shè)計(jì)的任務(wù)及內(nèi)容4第二章 方案論證62.1PCS系統(tǒng)及流量控制單元62.2西門(mén)子S7-300 PLC的介紹82.3控制方案的確定9第三章 半實(shí)體平臺(tái)的建立113.1配置PC機(jī)的硬件機(jī)架123.2在STEP 7中組態(tài)PC Station133.2.1網(wǎng)絡(luò)組態(tài)163.2.2組態(tài)下載173.2.3軟件組態(tài)193.3 SIMULINK中利用OPC工具箱搭建平臺(tái)213.4 PLC模擬量輸入輸出數(shù)據(jù)處理263.5系統(tǒng)通信測(cè)試分析及虛擬網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與丟包的引入30第四章 常規(guī)模糊控制器的設(shè)計(jì)314.1模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)314.1.1模糊子集與運(yùn)算314.1.2模糊推理324.2模

8、糊控制算法原理簡(jiǎn)介344.3精確量的模糊化354.3.1模糊控制器的語(yǔ)言變量354.3.2量化因子與比例因子364.3.3語(yǔ)言變量值的選取374.4模糊控制算法的設(shè)計(jì)374.4.1常見(jiàn)的模糊控制規(guī)則374.4.2輸出信息的模糊判決384.5基于MATLAB的模糊控制器的實(shí)現(xiàn)方法394.5.1建立常規(guī)模糊控制器與OPC模塊的控制模型394.5.2建立GUI的模糊推理系統(tǒng)及控制規(guī)則404.5.3用MATLAB語(yǔ)言編程的方法實(shí)現(xiàn)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)434.6常規(guī)模糊控制器的效果分析44第五章 參數(shù)自尋優(yōu)的模糊控制器的設(shè)計(jì)465.1優(yōu)化方案的選擇465.2性能指標(biāo)的選擇475.3參數(shù)尋優(yōu)的實(shí)現(xiàn)485.3

9、.1模糊控制規(guī)則及參數(shù)的調(diào)整485.3.2尋優(yōu)過(guò)程的目標(biāo)函數(shù)選取505.3.3參數(shù)優(yōu)化的模糊控制器的建立515.4實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行555.5控制效果分析58畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)59參考文獻(xiàn)61外文資料及翻譯63致謝75IV第一章 概述1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)76隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的不斷提高，智能控制已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而模糊控制作為智能控制的一個(gè)重要分支，其實(shí)質(zhì)是對(duì)人觀察，思考，判斷，決策的思維過(guò)程的一種模擬，因?yàn)槟：刂频牧己眯阅埽苍诳刂祁I(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到

10、精確控制的目的。然而，在大多數(shù)的工業(yè)過(guò)程控制中，被控對(duì)象通常具有嚴(yán)重的滯后、時(shí)變、非線性的特性，使得傳統(tǒng)PID控制難以獲得滿意的動(dòng)、靜態(tài)效果。對(duì)于這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是工程師便利用各種方法來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有效的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無(wú)能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題?！澳：笔侨祟?lèi)感知萬(wàn)物，獲取知識(shí)，思維推理，決策實(shí)施的重要特征。“模糊”比“清晰”所擁有的信息容量更大，內(nèi)涵更豐富，更符合客觀世界。自從Lotfi A.Zadeh于1974年成功地將模

11、糊理論應(yīng)用于控制領(lǐng)域后，模糊控制日益受到人們的青睞。近年來(lái)，模糊控制在工業(yè)過(guò)程和家用電器領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但模糊控制器的參數(shù)(包括輸入、輸出變量的量化因子、比例因子，輸入、輸出變量各模糊集的隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則等)至今仍缺乏有效的設(shè)計(jì)和調(diào)整方法，而只能依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)調(diào)試，因而整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程缺乏系統(tǒng)性，造成模糊控制器的設(shè)計(jì)無(wú)法保證有最優(yōu)的控制性能。雖然常規(guī)模糊控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，有著廣泛的應(yīng)用。但也因模糊控制器的設(shè)計(jì)在很大程度上依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，帶有相當(dāng)?shù)闹饔^性。因此，對(duì)于一個(gè)特定的被控對(duì)象，需要借助某種手段對(duì)控制器進(jìn)行優(yōu)化才能取得較為滿意的設(shè)計(jì)效果。而改善模糊控制性能的

12、最有效方法是優(yōu)化模糊控制器的控制規(guī)則和有關(guān)參數(shù)。本設(shè)計(jì)提出了一種基于單純形法的優(yōu)化方法。該方法首先利用MATLAB中的模糊系統(tǒng)工具箱結(jié)合MATLAB函數(shù)構(gòu)建控制規(guī)則可調(diào)整的模糊控制器，然后利用最優(yōu)化工具箱優(yōu)化模糊控制器的控制規(guī)則和參數(shù)，從而提高模糊控制器的控制性能。最后利用OPC通訊建立與德國(guó)FESTO公司研制生產(chǎn)的PCS實(shí)驗(yàn)裝置的連接，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，使流量單元在階躍輸入信號(hào)作用下得到快小超調(diào)的速穩(wěn)定目標(biāo)。結(jié)果表明控制規(guī)則及參數(shù)優(yōu)化后系統(tǒng)有更好的動(dòng)態(tài)性能和控制效果。本設(shè)計(jì)在德國(guó)FESTO公司研制生產(chǎn)的PCS實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行調(diào)試，該裝置集成了目前工業(yè)控制中較為典型的四種控制系統(tǒng)：液位控制、流量控制

13、、壓力控制、溫度控制，分為四個(gè)獨(dú)立站。數(shù)據(jù)采集方便，利于模糊控制器自尋優(yōu)方法的實(shí)施。故本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)PCS平臺(tái)流量控制單元研發(fā)，進(jìn)行基于PCS流量單元的自尋優(yōu)模糊控制，通過(guò)校園局域網(wǎng)和相應(yīng)的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PCS流量單元和MATLAB/Simulink的半實(shí)物網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的連接，在開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)模糊控制器參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)。一論文的研究意義常規(guī)模糊控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是整個(gè)過(guò)程中的參數(shù)都是固定不變的，而且具體參數(shù)的選取依靠設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有特別理論化的選取方法，因而限制了其控制性能的進(jìn)一步提高。而改善模糊控制性能的最有效方法是優(yōu)化模糊控制器的控制規(guī)則和有關(guān)參數(shù)。本設(shè)計(jì)在完成了理論分析的

14、基礎(chǔ)上，利用MATLAB的模糊邏輯工具箱和優(yōu)化工具箱，構(gòu)建模糊控制器，通過(guò)單純形法對(duì)控制參數(shù)尋優(yōu)，并且利用搭建半實(shí)體NCS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，通過(guò)單純形法的M文件的程序?qū)?yōu)，使得比例因子Ke,Kec,和量化因子Ku得到優(yōu)化的值，當(dāng)輸入信號(hào)改變時(shí)，繼續(xù)調(diào)用程序?qū)?yōu)，改變控制參數(shù)，從而達(dá)到了比常規(guī)模糊控制器更好的控制效果。二模糊控制研究的現(xiàn)狀及發(fā)展模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實(shí)際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域，家用電器自動(dòng)化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)控制方法無(wú)法或者是難以解決的問(wèn)題，取得了令人矚目的成效。已經(jīng)引起了越來(lái)越多的控制理論的研究人員和相關(guān)領(lǐng)域的廣大工程技術(shù)人員的極大興趣。常

15、規(guī)模糊控制的兩個(gè)主要問(wèn)題在于：改進(jìn)穩(wěn)態(tài)控制精度和提高智能水平與適應(yīng)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，往往是將模糊控制或模糊推理的思想，與其它相對(duì)成熟的控制理論或方法結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，從而獲得理想的控制效果。由于模糊規(guī)則和語(yǔ)言很容易被人們廣泛接受，加上模糊化技術(shù)在微處理器和計(jì)算機(jī)中能很方便的實(shí)現(xiàn)，所以這種結(jié)合展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和良好的效果。對(duì)模糊控制的改進(jìn)方法可大致的分為模糊復(fù)合控制，自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)模糊控制，以及模糊控制與智能化方法的結(jié)合等三個(gè)方面。1.2設(shè)計(jì)中使用的軟件硬件介紹MATLAB是matrix&laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。MATLAB工作界面是由美

16、國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽

17、幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)MATLAB的用戶界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。 但MATLAB只支持部分板卡，而且與多數(shù)PLC無(wú)法進(jìn)行直接通訊，這些不足限制了MATLAB在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。OPC全稱(chēng)是OBJECT LINGKING AND EMBEDING（OLE） for Process Con

18、trol，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制應(yīng)用建立了橋梁。在過(guò)去，為了存取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)商都需要編寫(xiě)專(zhuān)用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類(lèi)繁多，且產(chǎn)品的不斷升級(jí)，往往給用戶和軟件開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)集成商和開(kāi)發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開(kāi)放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在這種情況下，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它的制定是通過(guò)提供一套標(biāo)準(zhǔn)的OLE/COM接口完成的，在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，OLE標(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等對(duì)象。通過(guò)DCOM

19、技術(shù)和OPC標(biāo)準(zhǔn)，完全可以創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放的、可互操作的控制系統(tǒng)軟件。OPC采用客戶/服務(wù)器模式，把開(kāi)發(fā)訪問(wèn)接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和可互操作性。 OPC是數(shù)據(jù)交換的主流技術(shù),通過(guò)OPC技術(shù)可以將MATLAB和PLC很好地結(jié)合起來(lái)，利用PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的通用性和MATLAB在數(shù)值計(jì)算、控制策略上的優(yōu)越性的統(tǒng)一，無(wú)疑會(huì)給復(fù)雜高級(jí)控制算法在工業(yè)控制中的實(shí)際應(yīng)用提供一條新的有效途徑。同時(shí)，在提高控制精度，滿足用戶工藝要求的基礎(chǔ)上，大大降低了生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)中，使用PLC與上位機(jī)的通信，PLC

20、目前的主要品牌有美國(guó)AB，西門(mén)子，三菱，歐姆龍，施耐德等。本次設(shè)計(jì)采用西門(mén)子S7-300 PLC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的控制。PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，它的工作原理是：當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 一輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和

21、數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入能被準(zhǔn)確讀入。 二用戶程序執(zhí)行階段：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸

22、入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，C

23、PU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。1.3設(shè)計(jì)的任務(wù)及內(nèi)容一畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)1、查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)，掌握控制、檢測(cè)、通訊等技術(shù)要求；2、基于流量控制單元的控制平臺(tái)方案論證；3、分析模糊控制算法性能；4、基于目標(biāo)函數(shù)對(duì)模糊控制器參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)；5、利用OPC進(jìn)行通訊完成對(duì)流量控制單元的實(shí)時(shí)控制；6、進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試；7、撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；8、完成指定內(nèi)容的外文資料翻譯。二畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)1、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)正文主要內(nèi)容要求 PCS流量單元控制硬件；總體方案論證分析模糊控制算法性能；模糊控制器參

24、數(shù)自尋優(yōu)；MATLAB、OPC之間的通訊步驟。全文要求邏輯嚴(yán)密、條理清晰，文字流暢，理論聯(lián)系實(shí)際，符合科技寫(xiě)作規(guī)范。2）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)裝訂及外文閱讀翻譯要求畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)由以下各部分組成，共100頁(yè)左右，其順序?yàn)椋悍饷?、前言、目錄、中文摘要（約200字）和關(guān)鍵詞（3-5個(gè)）、英文摘要（約200字）和關(guān)鍵詞（3-5個(gè)）、正文、外文原文（2-3萬(wàn)字符）和譯文、參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)、致謝、封底等。2、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能及技術(shù)指標(biāo)1）通過(guò)校園局域網(wǎng)和相應(yīng)的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PCS流量單元和MATLAB/Simulink的半實(shí)物網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的連接，為后續(xù)研究建立相應(yīng)的平臺(tái)。2）在開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)模糊控制器參數(shù)

25、進(jìn)行尋優(yōu)。 第二章 方案論證2.1PCS系統(tǒng)及流量控制單元PCS的一般工藝流程如圖2.1所示：控制器執(zhí)行器機(jī)被控對(duì)象 傳感器期望值期望值 輸出 輸出值 圖2.1 PCS工藝流程本設(shè)計(jì)中使用的PCS流量控制單元，是由德國(guó)FESTO公司研制生產(chǎn)的PCS實(shí)驗(yàn)裝置，集成了目前工業(yè)控制中較為典型的四種控制系統(tǒng)：液位控制、流量控制、壓力控制、溫度控制，分為四個(gè)獨(dú)立站。本設(shè)計(jì)使用的是流量單元的流量站。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2.2所示。圖2.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖2.3 流量控制單元流量控制單元，可以用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制，也可以有流量站本身實(shí)現(xiàn)控制控制單元的主要組成部分是，直流電機(jī)和流量傳感器。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：用站

26、或者上位機(jī)設(shè)定期望流量值，由傳感器B203測(cè)定當(dāng)前流量值，作出比較；然后由控制器依據(jù)控制策略控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。其中直流電機(jī)和流量傳感器的主要參數(shù)為：傳感器B203：輸入信號(hào)：05V；測(cè)量范圍：0.515 l/min；接線于模擬輸入模塊AI 1，傳感器的信號(hào)線（褐色線）接入AI 1的電壓輸入端口（5號(hào)端口），傳感器的接地線接于接地端口（7號(hào)端口）。直流電機(jī)P201：工作電壓：24V；控制電壓：010V；接線于模擬輸出模塊AO 1，電機(jī)的控制端口接于AO 1的電壓輸出端口（18號(hào)端口），接地端接于AO 1的接地端口（20號(hào)端口）。流量傳感器B203，如圖2.4所示： 圖2.4 流量單元控

27、制原理圖2.2西門(mén)子S7-300 PLC的介紹西門(mén)子S7-300作為下位機(jī)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，流量傳感器（B203）測(cè)得當(dāng)前的流量值是05V的電壓信號(hào)，此信號(hào)作為對(duì)PLC的一個(gè)模擬量的輸入，在PLC中進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，輸出一個(gè)模擬量為010V的電壓信號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)（P201）的轉(zhuǎn)速，從而改變泵的抽水速度，通過(guò)上位機(jī)的控制，達(dá)到需要的流量值。德國(guó)西門(mén)子公司的S7-300 PLC是模擬式中型PLC，電源，CPU和其他模塊都是獨(dú)立的。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6-0.1）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)

28、準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便給用戶給所有的模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；易于實(shí)現(xiàn)分布的配置以及性?xún)r(jià)比高、電磁兼容性強(qiáng)、抗震動(dòng)沖擊性能好，針對(duì)低性能要求的模塊化中的效控制系統(tǒng)，可配置不同檔次的CPU，可選擇不同類(lèi)型擴(kuò)展模塊，可以擴(kuò)展多達(dá)32個(gè)模塊，模塊內(nèi)集成背板總線，網(wǎng)絡(luò)連接-多點(diǎn)接口（MPI），-PROFIBUS或-工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)編程器PG可以訪問(wèn)所有的模塊，循環(huán)周期短、處理速度高，指令集功能強(qiáng)大。它的工作原理采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OBI是用于循環(huán)處理的組織塊，可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序中斷。在啟動(dòng)后，不斷的循環(huán)調(diào)用OBI，在OBI中可以調(diào)用其它邏輯塊（FB,SFB,FC或SFC）。循環(huán)處理過(guò)程

29、可以被某些事件中斷。本次設(shè)計(jì)中PLC模塊型號(hào)見(jiàn)表2.1。名稱(chēng)模塊訂貨號(hào)固件 PLCCP 313C6ES7 313-5BE01-0AB0V2.0以太網(wǎng)通訊模塊CP343-1 Lean6GK7 343-1CX10-0X0EV2.0PROFIBUS通信模塊CP 345-56GK7 343-5FA01-0XE0V2.1 IE通用模塊IE模塊IE-CPV6.21表2.1 PLC模塊型號(hào)表2.3控制方案的確定被控對(duì)象為PCS實(shí)驗(yàn)裝置的流量控制單元，在實(shí)際中這種被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型很難建立。即使在某一條件下我們建立出了它的數(shù)學(xué)模型，由于周?chē)h(huán)境的變化，這些條件也會(huì)發(fā)生變化，相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型也必然發(fā)生變化。這

30、樣由于環(huán)境的不斷變化，造成數(shù)學(xué)模型的不確定性。其次，即使我們可以忽略環(huán)境的變化，帶來(lái)的不確定性。通常的流量被控單元的結(jié)構(gòu)也不可能是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的線性模型。而一旦引入非線性環(huán)節(jié)，被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就更難建立，或者即使建出來(lái)了，也必然不是比較精確的模型。另外，流量單元存在一定的時(shí)滯環(huán)節(jié)，也必然會(huì)對(duì)數(shù)學(xué)模型的建立時(shí)的條件處理帶來(lái)困難。綜上所述，流量單元的比較精確的數(shù)學(xué)模型是很難得到的。即使我們經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理，得到了一定的模型。也必然與實(shí)際對(duì)象存在較大差距。所以，這樣得到的數(shù)學(xué)模型對(duì)于實(shí)際控制來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何實(shí)際意義。所以，我們想對(duì)一個(gè)存在很多不確定條件的模型，進(jìn)行精確的控制器設(shè)計(jì)，以便達(dá)到很高的控制精度，基

31、本上是不可能的。因此，傳統(tǒng)的基于精確數(shù)學(xué)模型的控制算法的設(shè)計(jì)是無(wú)法很好的應(yīng)用在流量控制單元的。在實(shí)際中我們最常用的是PID算法。這種算法不需要有精確的數(shù)學(xué)模型，而且原理簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好，魯棒性強(qiáng)。當(dāng)然這種算法的簡(jiǎn)單性也就決定了它不可能有較好的控制精度。這種算法一般應(yīng)用于控制精度要求不高的場(chǎng)合。而在本設(shè)計(jì)中我們想要有一種不要精確數(shù)學(xué)模型的算法，而且又有比較高的精度。其實(shí)，這種不要求精確數(shù)學(xué)模型，而又有較高的控制精度的算法，正是我們控制工程領(lǐng)域最近一直追求的目標(biāo)。近幾年來(lái)，隨著人工智能控制算法的發(fā)展。我們?cè)谥悄芸刂祁I(lǐng)域也取得比較大的進(jìn)步。比如模糊控制算法，改進(jìn)PID算法，專(zhuān)家系統(tǒng)等等。這些控制算法盡

32、管依據(jù)不盡想同。卻又一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是模仿人的大腦的控制原理。人的大腦是我們已知所有存在非線性度最高的。我們個(gè)人也可感知，雖然我們對(duì)這個(gè)世界的數(shù)學(xué)模型并不非常清楚，我們依然能夠?qū)ν饨绲淖兓鞒鲎詈玫姆磻?yīng)。而這就是模糊控制算法的依據(jù)。而今模糊控制技術(shù)，在日本、美國(guó)、德國(guó)等高技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家正在熱火朝天地研究開(kāi)發(fā)者，模糊控制技術(shù)能在信息時(shí)代得到如此快速的發(fā)展，是由于模糊控制理論模糊控制技術(shù)為信息革命提供了新的富有魅力的數(shù)學(xué)工具與手段，有許多長(zhǎng)處。模糊控制理論是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),用語(yǔ)言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),由模糊推理進(jìn)行決策的一種高級(jí)控制策略。模糊控制作為以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏

33、輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，它已成為目前實(shí)現(xiàn)智能控制的一種重要而又有效的形式尤其是模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及混沌理論等新學(xué)科的融合，正在顯示出其巨大的應(yīng)用潛力。實(shí)質(zhì)上模糊控制是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點(diǎn)是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實(shí)際應(yīng)用背景。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)：1.簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，特別適用于非線性、時(shí)變、模型不完全的系統(tǒng)。 2.利用控制法則來(lái)描述系統(tǒng)變量間的關(guān)系。 3.不用數(shù)值而用語(yǔ)言式的模糊變量來(lái)描述系統(tǒng)，模糊控制器不必對(duì)被控制對(duì)象建立完整的數(shù)學(xué)模式。 4.模糊控制器是一語(yǔ)言控制器，使得操作人員易于使用自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。 5.模糊控制器是一

34、種容易控制、掌握的較理想的非線性控制器，并且抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的魯棒性和較佳的容錯(cuò)性。 6.從屬于智能控制的范疇。該系統(tǒng)尤其適于非線性，時(shí)變，滯后系統(tǒng)的控制。由于本設(shè)計(jì)中被控對(duì)象的所有不可精確的特性，所以模糊控制十分適用于本設(shè)計(jì)。故而我們對(duì)控制器采用模糊控制算法設(shè)計(jì)。整個(gè)完整的系統(tǒng)連接完畢后工作框圖如圖2.5所示：上位機(jī)MATLAB中的模糊控制器 OPC通信電機(jī)傳感器 PLC S7-300圖2.5 系統(tǒng)工作框圖第三章 半實(shí)體平臺(tái)的建立基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的德國(guó)FESTO公司研制的PCS實(shí)驗(yàn)裝置中的流量控制單元，從通信協(xié)議、通信網(wǎng)絡(luò)、控制手段等角度來(lái)確定構(gòu)建半實(shí)體NCS

35、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的迅速發(fā)展，通過(guò)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)信道構(gòu)架的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)已得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCS)是一種通過(guò)實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，是控制、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)多種技術(shù)融合交叉的產(chǎn)物。智能化傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的誕生奠定了NCS的物質(zhì)基礎(chǔ)，高速以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)的不斷發(fā)展和成功應(yīng)用解決了NCS的可靠性和開(kāi)放性問(wèn)題。NCS的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)資源共享和遠(yuǎn)程分布控制，系統(tǒng)構(gòu)建模塊化、集成化、成本低，便于安裝、維護(hù)、擴(kuò)展和故障診斷等。NCS 已被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、制造業(yè)等復(fù)雜系統(tǒng)中。廣義

36、的NCS還包括通過(guò)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)以及Internet 實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠車(chē)間、生產(chǎn)線甚至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視與控制。NCS的研究主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制（control of network），另一類(lèi)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的控制（control through network）。前者是對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由、網(wǎng)絡(luò)流量等的調(diào)度與控制，以提高多媒體信息傳輸和遠(yuǎn)程通信服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)自身的控制。后者是指控制系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸不是傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸，是一種分布式的控制，是源于自動(dòng)控制技術(shù)以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性及其它動(dòng)態(tài)性能為目標(biāo)的，研究主要圍繞系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。由于通信機(jī)制和通信協(xié)議的原因

37、，以及網(wǎng)絡(luò)的帶寬有限且為系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)所共享，當(dāng)傳感器、控制器和執(zhí)行器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時(shí)，往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)多路徑傳輸、多包傳輸、數(shù)據(jù)碰撞、網(wǎng)絡(luò)擁塞、網(wǎng)絡(luò)連接中斷等現(xiàn)象，這使得NCS不可避免的產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)、數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂、數(shù)據(jù)包丟失等問(wèn)題。不僅降低系統(tǒng)性能，甚至?xí)蛊涫Х€(wěn)。此外，在NCS中，時(shí)變傳輸周期、多采樣率、節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式、時(shí)鐘同步方式、信息調(diào)度算法、空采樣等，將使閉環(huán)系統(tǒng)的性能結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。這些問(wèn)題往往使得NCS喪失定常性、完整性、因果性、確定性。傳統(tǒng)的控制理論和控制方法已不能直接用于NCS的分析與設(shè)計(jì)，必須針對(duì)NCS的不同特性，重新評(píng)估和建立NCS的控制理論和控制方法。這對(duì)NCS分析與設(shè)計(jì)

38、提出了新的挑戰(zhàn)，因而開(kāi)發(fā)NCS的研究平臺(tái)顯得尤其重要。半實(shí)體NCS平臺(tái)是以實(shí)際的物位裝置為受控對(duì)象，結(jié)合了實(shí)際和虛擬NCS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)二者的優(yōu)點(diǎn)，克服了仿真模型的虛擬欠缺?；诖吮敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)的半實(shí)體NCS平臺(tái)，以校園局域網(wǎng)為通信介質(zhì)，模擬遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；以實(shí)際的流量控制單元為被控對(duì)象，仿真條件更接近于實(shí)際工程背景；以O(shè)PC為通信協(xié)議，解決了硬件支持不力對(duì)MATLAB實(shí)際應(yīng)用的限制，通過(guò)校園局域網(wǎng)和OPC通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PCS流量單元和MATLAB/Simulink的半實(shí)物網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的連接，進(jìn)行模糊控制器的尋優(yōu)控制。因此，本次設(shè)計(jì)基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的PCS平臺(tái)與相關(guān)硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)半實(shí)體NCS平臺(tái)的

39、開(kāi)發(fā)與研究，實(shí)現(xiàn)半實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的平臺(tái)方案。3.1配置PC機(jī)的硬件機(jī)架（1）當(dāng)在個(gè)人計(jì)算機(jī)成功安裝SIMATIC NET軟件后，在PC機(jī)桌面上可看到Station Configurator 的快捷圖標(biāo)，同時(shí)在任務(wù)欄中也會(huì)有Station Configuration Editor 的圖標(biāo)。通過(guò)點(diǎn)擊該圖標(biāo)打開(kāi)Station Configuration Editor配置窗口，如圖3.1所示。圖3.1 Station Configuration Editor配置窗口（2）在一號(hào)卡槽上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)Add按鈕，在添加組件窗口中選擇OPC Server點(diǎn)擊OK 即完成。（3）用同樣方法選擇三號(hào)插槽

40、添加IE General，點(diǎn)擊完成。插入 IE General 后，即彈出其屬性對(duì)話框。點(diǎn)擊Network Properties，進(jìn)行網(wǎng)卡參數(shù)配置，如圖3.2所示。（4)網(wǎng)卡的配置 點(diǎn)擊 Network Properties后,WINDOWS網(wǎng)絡(luò)配置窗口即打開(kāi)，選擇本地連接屬性菜單設(shè)置網(wǎng)卡參數(shù)，如IP地址，子網(wǎng)掩碼等,使用的IP地址：172.18.224.241，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：172.18.224.12，確認(rèn)各步設(shè)置后，網(wǎng)卡配置完成。（5）分配PC Station名稱(chēng) 點(diǎn)擊“Station Name”按鈕，指定PC 站的名稱(chēng)，這里命名為lhq。點(diǎn)擊“OK”確認(rèn)即完成了PC站的硬件組態(tài),如圖3.3所

41、示。圖3.2 網(wǎng)卡參數(shù)配置圖3.3 PC站的硬件組態(tài)3.2在STEP 7中組態(tài)PC Station（1）打開(kāi) SIMATIC Manager，通過(guò)FileNew 創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，如“l(fā)ihanqing”。通過(guò)InsertStationSimatic PC Station 插入一個(gè)PC 站。特別注意的是，要將PC Station 默認(rèn)名稱(chēng)“SIMATIC PC Station(1)”改為與Station Configuration Editor 中所命名的Station Name 名稱(chēng)相同， 所以這里改名為“l(fā)hq” ，如圖3.4所示。（2）建立硬件組態(tài)，因?yàn)槲覀兪褂玫腜LC的CPU 為313C

42、，所以我破門(mén)在硬件槽，第二個(gè)槽內(nèi)插入CPU 313C，在第四個(gè)槽內(nèi)插入CP 313-1 Lean進(jìn)行通信，如圖3.5所示。圖3.4 STEP 7中創(chuàng)建新項(xiàng)目與建立Simatic PC Station圖3.5 建立硬件組態(tài)（3）接下來(lái)我們給CPU分配一個(gè)地址，作為通信連接的依據(jù)，雙擊第二個(gè)槽的CP343-1Lean彈出關(guān)于CPU 343-1 Lean的對(duì)話框，點(diǎn)擊Properties，進(jìn)入通信設(shè)置對(duì)畫(huà)框，如圖5.3所示。我們?cè)O(shè)置CP343-1Lean的IP地址為172.18.226.241，查得上位機(jī)的子網(wǎng)掩碼為255.255.,0.0，并建立新的通信連為Ethernet（1），如圖3.6所示。

43、圖3.6 以太網(wǎng)卡參數(shù)設(shè)置（4）點(diǎn)擊2.3卡槽的AI5/A02進(jìn)行PLC的輸入，輸出的信號(hào)屬相，及數(shù)值進(jìn)行與本次設(shè)計(jì)的PCS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的設(shè)置，如圖3.7和圖3.8所示。圖3.7 PLC輸入變量屬性設(shè)置圖3.8 PLC輸出變量屬性設(shè)置3.2.1網(wǎng)絡(luò)組態(tài)（1）點(diǎn)擊“Configure Network”按鈕，進(jìn)入Net Pro配置窗口。（2）在Net Pro網(wǎng)絡(luò)配置中，選擇OPC Server后在連接表的第一行鼠標(biāo)右鍵插入一個(gè)新的連接。同理用鼠標(biāo)選擇CPU 313后也建立一個(gè)新連接，如圖3.9所示。圖3.9 插入新連接（3）需注意的是在以太網(wǎng)通信模塊CP343-1 Lean 中，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊模塊

44、屬性，彈出對(duì)話框，如圖3.10。圖3.10 以太網(wǎng)通信模塊屬性（4）配置IP地址和子網(wǎng)掩碼如下，IP地址為：172.18.226.95，子網(wǎng)掩碼為：255.255.0.0，此處IP地址為PLC CPU313的地址，須與硬件配置時(shí)一致，如圖3.11所示。圖3.11 配置IP地址和子網(wǎng)掩碼（5）確認(rèn)所有配置后，已建好的S7連接就會(huì)顯示在連接列表中。點(diǎn)擊編譯存盤(pán)按鈕或選擇Network>Save and Compile，如得到No error的編譯結(jié)果，則正確組態(tài)完成。這里編譯結(jié)果信息非常重要，如果有警告信息（Warning）顯示在編譯結(jié)果對(duì)話框中，這僅僅是一條信息。但如果有錯(cuò)誤信息（erro

45、r Message），說(shuō)明組態(tài)不正確，是不能下載到PC Station 中的。3.2.2組態(tài)下載（1）完成PC站組態(tài)后，即可在NetPro 窗口點(diǎn)擊功能按鈕欄中下載按鈕將組態(tài)下載到PC 站中。需注意的是，下載過(guò)程中會(huì)刪除已有相關(guān)組件的數(shù)據(jù)，新的組態(tài)數(shù)據(jù)將被下載到PC 機(jī)。點(diǎn)擊OK 執(zhí)行下載。另外，在下載之前須在本機(jī)控制面板中的SetPG/PC Interface修改已使用的接口參數(shù)分配。改為PC internal（local）。如圖3.12所示。圖3.12 修改應(yīng)用程序訪問(wèn)點(diǎn)（2）鼠標(biāo)單擊IE General，然后再單擊圖標(biāo)進(jìn)行下載。組態(tài)下載過(guò)程開(kāi)始，在Module 欄中，必須有OPC服務(wù)器和

46、IE通用兩項(xiàng)。如圖3.13所示，點(diǎn)擊OK 即可。圖3.13 下載過(guò)程（3）下載完成后，須在Set PG/PC Interface修改已使用的接口參數(shù)分配改回自動(dòng)狀態(tài)。（4）可以打開(kāi)Station Configuration Editor窗口檢查組件狀態(tài)。OPC Server 插槽Conn 一欄一定要有連接圖標(biāo)，此項(xiàng)說(shuō)明連接激活，如圖3.14所示。圖3.14 PC Station 運(yùn)行狀態(tài)3.2.3軟件組態(tài)硬件與網(wǎng)絡(luò)配置好之后，下一步的任務(wù)是在OPC Scout中建立變量與調(diào)試以及系統(tǒng)平臺(tái)的搭建過(guò)程。（1）打開(kāi)OPC Scout,（Start>SIMATIC>SIMATICNet&g

47、t;OPC Scout），如圖3.15所示，雙擊“OPC SimaticNet”在隨之彈出的“ADD Group”對(duì)話框中輸入組名，本例命名為“l(fā)ihanqing”,點(diǎn)擊OK 確認(rèn)。圖3.15 在OPC Scout中添加一個(gè)組“l(fā)ihanqing”（2）雙擊已添加的連接組（OPC_ETHERNET），即彈出“OPC Navigator”對(duì)話框，此窗口中顯示在Configuration Console 所激活的連接協(xié)議。雙擊“S7”，在PC Station組態(tài)NetPro中所建的連接名會(huì)被顯示。雙擊此連接，即可出現(xiàn)有可能被訪問(wèn)的對(duì)象樹(shù)（objects tree），在PLC CPU 中已存在的DB

48、 塊也會(huì)出現(xiàn)。如圖3.16所示。 圖3.16 Objects in the OPC Navigator對(duì)話框（3）雙擊所需訪問(wèn)的PLC數(shù)據(jù)區(qū)都可建立標(biāo)簽變量。這里以objects 區(qū)為例。雙擊M如果所顯示的M 塊有紅叉標(biāo)記，這并無(wú)問(wèn)題。只要再次雙擊“NewDefinition”，“Define New Item”對(duì)話框即被打開(kāi)?？稍诖硕x標(biāo)簽變量與數(shù)據(jù)類(lèi)型。注：Datatype、Address、No.Value 參數(shù)必須定義，No.Value 是指數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。定義完成后，點(diǎn)擊OK 確認(rèn)，如圖3.17所示。 圖3.17 定義條目及標(biāo)簽變量地址為80，長(zhǎng)度為一個(gè)字（注：將IW1的05V的輸入信號(hào)進(jìn)行

49、數(shù)值轉(zhuǎn)換后存入內(nèi)存實(shí)數(shù)變量80的地址中。（4）在“Define New Item”中點(diǎn)擊確認(rèn)后，新定義的條目即顯示在OPC Navigator 的中間窗口。點(diǎn)擊“”就可將此條目移到OPC-Navigator 的右側(cè)窗口，再點(diǎn)擊OK 按鈕就可將此條目連接到OPC Server，如圖3.18所示。 圖3.18 建立定義條目與OPC Server 連接（5）通過(guò)上一步的確認(rèn)后，所定義的條目（Item）即嵌入到OPC Scout 中。如果“Quality”顯示“good”，則OPC Server 與PLC 的S7 連接已經(jīng)建立，也就意味著可以對(duì)標(biāo)簽變量進(jìn)行讀寫(xiě)操作，如圖3.19所示。圖3.19 OPC

50、 Scout 與OPC Server 的連接（6）用同樣的辦法建立PLC輸出變量QW1，取值范圍（0-27648）。此信號(hào)為控制水泵直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的PLC模擬量電壓輸出變量。這里不再重復(fù)。雙擊條目的“Value”欄，即可在“Write Value(s) to the Item(s)”窗口中對(duì)有關(guān)條目進(jìn)行寫(xiě)操作。但在流量控制單元中，水箱高度值為實(shí)際值，不可改變。我們只可改變QW1的Value來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。3.3 SIMULINK中利用OPC工具箱搭建平臺(tái)（1）打開(kāi)matlab軟件，點(diǎn)擊圖標(biāo)，進(jìn)入MATLAB的Simulink工具箱如圖3.20所示。圖3.20 OPC工具箱（2）點(diǎn)擊OPC Too

51、lbox，在上圖右方會(huì)出現(xiàn)所有的OPC模塊。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊OPC Configuration添加到新工程中，如圖3.21所示。 圖3.21 添加OPC 組態(tài)模塊（3）添加成功后，雙擊如圖3.21所示的OPC Configuration模塊設(shè)置模塊屬性，點(diǎn)擊Configure OPC Clients圖標(biāo)，配置和定義OPC 客戶端，如圖3.22所示。圖3.22 配置和定義OPC 客戶端（4）在OPC客戶端管理窗口中，點(diǎn)擊Add 添加OPC 客戶端，此時(shí)出現(xiàn)OPC服務(wù)器屬性窗口，如圖3.23，點(diǎn)擊Select。圖3.23 選擇服務(wù)器（5）在多個(gè)OPC客戶端中，選擇OPC.SimaticNET，點(diǎn)擊OK

52、 即可，如圖3.24所示。 圖3.24 選擇OPC.SimaticNET（6）在OPC服務(wù)器屬性窗口中，西門(mén)子網(wǎng)絡(luò)的OPC 客戶端已經(jīng)添加成功，點(diǎn)擊OK 即可。如圖3.24所示。 圖3.24 OPC 客戶端添加成功如圖，西門(mén)子網(wǎng)絡(luò)的OPC 客戶端已經(jīng)添加成功，服務(wù)器為本機(jī)。（7）在OPC Toolbox 中選擇此模塊添加到當(dāng)前工程中。雙擊OPC Read模塊，進(jìn)入屬性設(shè)置。點(diǎn)擊Configure OPC Clients。進(jìn)入設(shè)置界面，點(diǎn)擊Add添加OPC 客戶端。如圖3.25所示。（8）在OPC Server Properties 窗口中，點(diǎn)擊Select ，然后選擇OPC.SimaticNE

53、T,點(diǎn)擊OK即可，添加成功，如圖3.26所示。（9）點(diǎn)擊Add Items，添加將要讀入的變量，如圖3.27所示。圖3.25 添加OPC 客戶端圖3.26 添加成功圖3.27 添加變量（10）其中采樣時(shí)間可以自己進(jìn)行設(shè)置，但不要小于OPC Scout 中的數(shù)據(jù)更新時(shí)間，否則沒(méi)有任何實(shí)際意義。采樣時(shí)間過(guò)大可能帶來(lái)延時(shí)或丟包。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)Select Items 窗口，選擇S7 連接，添加變量MREAL80。點(diǎn)擊“>>”圖標(biāo)，變量會(huì)添加到右側(cè)窗口中。點(diǎn)擊OK 即可。如圖3.28所示。添加成功后會(huì)顯示如圖3.29所示窗口。此時(shí)，OPC Read 模塊會(huì)出現(xiàn)如圖3.29所示變化，表示成功連接到變量。其中，V 為OPC Read 模塊的輸出值，Q為數(shù)據(jù)質(zhì)量，T為時(shí)間戳矢量。圖3.28 添加變量MRE