基于OPC的MATLAB和西門子1215c PLC 的控制系統設計

傅鵬

摘 要：本文以MATLAB為計算平臺，通過OPC通信協議，進行與西門子PLC 1215C寄存器內數據和MATLAB數據之間的交換，并利用易控組態軟件進行上位機顯示，為解決現階段PLC較難以實現復雜、智能控制算法找到一個切實可行方法。

關鍵詞：OPC；MATLAB；組態軟件；PLC 1215C

MATLAB和Simulink在控制系統領域的模擬和應用已經非常廣泛，不僅由于MATLAB具有強大的工程計算能力，還由于其易于實現復雜的控制算法。隨著現代控制理論的進一步完善和控制算法的不斷提出，工業控制領域也逐漸把先進的控制算法應用于工程實踐。但是在應用實踐中也遇到了一些問題。最主要的原因為較復雜智能控制算法處理模塊有時需要單獨進行購買，其價格昂貴。同時作為PLC，PLC只為邏輯處理設備，其處理復雜數據的能力有限，在PLC中進行智能控制算法編程并進行較復雜運算是比較困難的。針對此問題本文提出的方法是：通過PLC采集數據，通過OPC協議，把數據傳輸到上位機中，進行計算，再把計算結果反饋到PLC，進行相應的控制。

1 系統內容介紹

本文思路如圖1系統框圖所示，通過OPC協議實現PLC 1215C中的數據與MATLAB進行實時數據交換。

2 實現步驟

本文使用的是PLC 1215C 作為控制器，在與上位機軟件MATLAB通訊時，由于MATLAB并不支持西門子的通信協議，所以在上位機中要安裝SIMATIC NET軟件，對上位機和PLC進行設置。以1215C PLC作為服務器，以MATLAB為客戶端。Simulink搭建被控對象，通過OPC通訊協議完成PLC 1215C和MATLAB之間的簡單的PID控制算法，上位機易控組態軟件有對PLC 1215C的驅動支持，可以讀取PLC寄存器中的數據，在上位機組態中顯示控制過程。

2.1 PLC 1215C的設置

（1）在西門子編程軟件TIA PORTAL V13版本中，進行PLC 1215C組態，添加PLC 1215C和PC STATION在組態中完成PC STATION的配置，添加OPC SERVER和IE GENERAL。并生成對應的XBL文件。

（2）在Station Configurator中添加剛才設置好的PC station，如圖所示，Status中表示設置正確。

2.2 MATLAB的設置

在MATLAB中既可以通過M語言來編寫代碼完成OPC客戶端的設置，也可以通過OPC TOOL工具來進行界面設置，還可以在Simulink中搭建OPC功能模塊來實現功能。本文通過在MATLAB中使用Simulink搭建OPC功能模塊來完成控制。如圖3所示。

OPC配置中，點擊Configure OPC clients，添localhost/OPC.SimaticNET.1再點擊connect即可完成OPC客戶端和服務器連接，配置OPC READ和OPC WRITE，在進行MATLAB中，設置如此所示。在西門子PLC 1215C中設置PID三個參數直到滿足要求。在設置PID參數為：Kp=2，Ki=1，Kd=1。

2.3 易控組態軟件的設置

在易控組態軟件中使用端口設置為102，1215C PLC設置IP地址為192.168.0.66，如圖4所示。

3 運行結果

將Simulink中仿真時間設置為inf無窮，運行可以同時在MATLAB和易控組態軟件中都觀察到波形，并在窗口中對PID參數進行修改，直到滿足控制要求為止。運行結果如圖所示： （下轉第120頁）

（上接第147頁）

4 結束語

本文中使用的是簡單PID調節，不可能對每種被控對象都適用。各類型的被控對象都有與其相適應的控制算法，不過本文提出一種適于對復雜控制算法驗證和使用的應用于工業控制方面的思路。使用這種思路并結合MATLAB軟件中大量的先進控制算法函數和Simulink將在工業控制算法的開發和應用中大大縮減開發周期和成本。同時組態軟件也不局限于易控組態軟件一種。

參考文獻：

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[4]Inspect開發環境幫助文件[K].