CN204650231U - 基于opc及s7-300 plc模块的半实物过程控制实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，包括储水容器、液位容器和供液流路；液位容器连通串接电磁阀的供液管、内置液位变送器；液位容器设在储水容器上方不同高处，排液管出口与其下方的液位容器连通；供液流路包括水泵、供液母管和电磁阀，一路供液母管上串接电动调节阀，另一路通过变频器调节供液流量；向液位容器供液的供液管道和供液母管连通；液位变送器、压力变送器、电动调节阀、变频器、电磁阀经S7-300 PLC模块和通信网络与控制主机连接。实现串级、比值、前馈-反馈、滞后和解耦多种控制方案，体验不同过程控制方案及效果，通过电磁阀切换控制方案，该装置结构简洁，直观；受控过程和效果可视，显著提高实验教学的效果。

Description

基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种过程控制教学实验装置，尤其涉及一种基于OPC技术并采用西门子S7-300 PLC的具有多种控制功能的半实物过程控制实验装置，属于教学设备领域。

背景技术

过程控制一般是指对连续性生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制，它是现代工业自动化系统的核心内容之一。过程控制原理是自动化类专业学生一门重要的专业课，其目的是使相关专业的学生获得过程控制原理及其应用的理论知识及实践技能，其中控制算法的设计及优化是其中的重要内容。传统的过程控制装置一般采用专用硬件实现调节器或使用组态软件中的PID算法实现类似的调节功能。若需实现更为复杂的神经网络控制、多变量解耦控制等则相当的困难。MATLAB软件是一种功能强大、使用灵活的，内置各种丰富的控制工具箱，也可由用户自行设计相关的优化控制算法来增强控制效果。MATLAB/SIMULINK被广泛应用于科学计算、数学建模与仿真，运算效率很高且可方便地实现各种复杂控制算法；但由于现场工控设备的数据通信标准并不统一，使得MATLAB/SIMULINK难于与现场工控设备进行直接数据通信，致使很多先进控制算法仍然只能停留在纯数字仿真阶段。人们在设计新的控制系统及控制算法的过程中，常常须借助SIMULINK完成建模和仿真，直至达到满意的仿真结果。但基于SIMULINK的纯数字仿真往往难于精确模拟实际的控制对象，在上述过程中，常常需要对对象模型作些假设和近似，也会忽略实际对象系统中可能存在的部分扰动和噪声，因而造成仿真与实际应用效果有较大出入。

在工业控制领域，PLC凭借通用性强，可靠性高，抗干扰能力强，编程简单等优势，得到了广泛的应用。西门子可编程控制器PLC在国内有着很高的市场占有率，其中又可细分成S7-200、S7-300及S7-400三个系列。S7-200主要用于各种小型的电气控制系统中，偏重于逻辑控制；S7 300主要用于稍大系统，可实现较为复杂的工艺控制等；而S7 400：主要用于大型控制系统，主要特长是实现冗余控制，相对价格较高。虽然S7-300可独立实现PID控制，但S7-300也有存储容量小，处理速度慢的缺点，通过PLC的梯形图语言实现复杂的控制算法非常困难，从而一定程度上制约了先进控制算法在PLC上的应用。

OPC(OLE for Process Control)技术是一种通用的工业化标准，它的出现改善了各仪器接口不统一而无法互联的问题。西门子S7-300 PLC的标准通信接口是多点接口MPI(Multi Point Interface)和分布式外设接口DP(Decentralized Periphery)，分别使用MPI协议和Profibus协议。但是这2种协议都不公开，使得该系列PLC与PC机的实时通信变得困难。随着OPC技术的广泛应用，S7-300目前已可借助WINCC组态软件构成OPC服务器，而MATLAB7.0也提供了OPC工具箱，支持读写OPC数据。WINCC中提供了三种OPC服务器，即OPC DA Server、OPC HAD Server、OPC AE Server，通过这三个OPC服务器，我们即可访问PLC中的实时数据，历史数据及报警信息。

由于现有教学设备中存在的储多上述缺陷，亟需开发一种基于OPC技术，结构紧凑、灵活直观的具备多种控制仿真功能的半实物过程控制实验装置，该装置可利用MATLAB/SIMULINK实现各种自定义的复杂控制算法，并采用S7-300 PLC构成现场接口。该装置不仅适用于帮助学生理解过程控制的被控对象、控制手段、实现方法及优化算法，还可以促进学生对自动控制原理课程的理解和掌握，从而全面提高学生的理论与技能水平，增强其实际动手能力和工程应用能力。而半实物仿真则可获得更真实的控制效果，借助SIMULINK环境，将会极大地提高控制系统的设计效率，同时也便于将主要的精力放在控制效果的分析以及控制算法的研究及改善上，增强教学和学习的效果。

发明内容

本实用新型的目的是实现一种以多容液位为控制对象的简易过程控制教学实验装置，通过使用不同的传感器及执行器，以及电磁阀的切换，实现各种从简单的单回路控制到多回路解耦、神经网络等控制方案的多功能过程控制实验平台。本实用新型的教学实验装置中采用S7-300 PLC模块构成现场接口模块，借助OPC技术，由SIMULINK开发的复杂控制器直接去控制现场被控对象。使SIMULINK仿真不再只局限于传统的离线计算和纯数字的仿真，而易于在实际系统上实现先进算法，从而达到更理想的控制器设计效果，并减少控制系统设计的开发周期和开发成本；还可以促进学生对自动控制原理课程的理解和掌握，从而全面提高学生的理论与技能水平，增强其实际动手能力和工程应用能力。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其设计要点在于：包括储水容器、多个液位容器和至少一条供液流路；

所述液位容器的上部设有供液管道，供液管道的流路上串接有用于控制供液的供液电磁阀，液位容器内设有用于测量液位高低的液位变送器；所述液位容器的下部设有排液管，排液管的流路上串接用于改变排液阻力的手动阀；所述液位容器均设置在储水容器的上方，相临的两个液位容器的位置关系是一个液位容器设置在另一个液位容器的上方，且所述一个液位容器的排液管的出口和所述另一个液位容器相连通；

所述供液流路包括水泵、供液母管和供液电磁阀，所述储水容器、水泵、供液母管通过管道依次连通，所述水泵出口和供液母管间连接有流量变送器和压力变送器；所述水泵出口和供液母管间串接电动调节阀或由变频器直接控制的用于驱动水泵的驱动电机；所述液位容器上部的供液管道和供液母管连通；

所述流量变送器、压力变送器和S7-300模拟量输入输出模块的输入通道电连接，所述电动调节阀、变频器和S7-300模拟量输入输出模块的输出通道电连接，所述供液电磁阀和集成有处理器单元、通信单元及开关量输入输出单元的S7-300 CPU模块电连接，所述S7-300模拟量输入输出模块和S7-300CPU模块通信连接，S7-300CPU模块则通过MPI通信电缆与控制主机通信连接。

在应用中，本实用新型还有如下进一步优化的技术方案。

进一步地，所述液位容器为3个，分别为第1液位容器（E101）、第2液位容器（E102）和第3液位容器（E103），第1液位容器（E101）的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第1排液手动阀（V101），第1液位容器（E101）的排液管的出口和第2液位容器（E102）相连通；第2液位容器（E102）的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第2排液手动阀（V102），第2液位容器（E102）的排液管的出口和第3液位容器（E103）相连通；第3液位容器（E103）的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第3排液手动阀（V103），第3液位容器（E103）的排液管的出口和储水容器（E100）相连通。

进一步地，所述供液流路为2路，分别为第1供液流路和第2供液流路；

所述第1供液流路包括第1水泵（P101）、第1供液母管、第1电动调节阀（FV101）和供液电磁阀，所述储水容器（E100）、第1水泵（P101）、第1供液母管通过管道依次连通，所述第1水泵（P101）出口和供液母管间串接第1流量变送器（FT101）和第1电动调节阀（FV101），并连接有第1压力变送器（PT101）；供液母管上连通有第1A供液管道，第1A供液管道串接有用于控制液体流通的第1A供液电磁阀（V110），第1A供液管道的出口和第1液位容器（E101）连通；供液母管上连通有第2A供液管道，第2A供液管道串接有用于控制液体流通的第2A供液电磁阀（V112），第2A供液管道的出口和第2液位容器（E102）连通；供液母管上连通有第3A供液管道，第3A供液管道串接有用于控制液体流通的第3A供液电磁阀（V114），第3A供液管道的出口和第3液位容器（E103）连通；

所述第2供液流路包括第2水泵（P102）、第2变频器（FV102）、第2供液母管和供液电磁阀，所述储水容器（E100）、第2水泵（P102）、第2供液母管通过管道依次连通，所述第2水泵（P102）出口和供液母管间串接第2流量变送器（FT102），并连接有第2压力变送器（PT102）；供液母管上连通有第1B供液管道，第1B供液管道串接有用于控制液体流通的第1B供液电磁阀（V111），第1B供液管道的出口和第1液位容器（E101）连通；供液母管上连通有第2B供液管道，第2B供液管道串接有用于控制液体流通的第2B供液电磁阀（V113），第2B供液管道的出口和第2液位容器（E102）连通；供液母管上连通有第3B供液管道，第3B供液管道串接有用于控制液体流通的第3B供液电磁阀（V115），第3B供液管道的出口和第3液位容器（E103）连通；第2水泵的驱动电机直接和第2变频器（FV102）电连接；

所述第1流量变送器（FT101）、第1压力变送器（PT101）、第2流量变送器（FT102）、第2压力变送器（PT102）和S7-300模拟量输入输出模块的输入通道电连接，所述第1电动调节阀（FV101）、第2变频器（FV102）和S7-300模拟量输入输出模块的输出通道电连接，所述第1A供液电磁阀（V110）、第2A供液电磁阀（V112）、第3A供液电磁阀（V114）、第1B供液电磁阀（V111）、第2B供液电磁阀（V113）、第3B供液电磁阀（V115）直接和S7-300 的CPU模块电连接。

进一步地，所述液位容器内置有溢流槽，溢流槽出口通过管道和储水容器连通。

进一步地，所述液位容器由透明的有机玻璃制成。

进一步地，所述流量变送器为涡轮流量变送器。

进一步地，所述S7-300模拟量输入输出模块和S7-300 CPU 模块分别为SM334模块和CPU312C模块。

本实用新型的一种半实物过程控制实验装置，它通过S7-300 PLC及其输入输出模块构成了现场被控对象的过程接口，该PLC可独立完成传统的PID控制，还再借助OPC技术，与著名的MATLAB应用软件相集成，从而方便实现各种复杂的用户自定义的优化控制算法，并在对实际控制对象的控制过程中分析和研究其控制效果及使用特点；完成从验证性实验到设计性、综合性实验的全面训练及演示。该装置以简易的多液位对象为控制核心，通过灵活的组合被控对象及不同的测量变送器，可实现串级控制、比值控制、前馈-反馈控制、滞后控制和解耦控制等多种控制形式，从而使学生学习和体验不同的过程控制方案及效果，方案的切换只需通过对不同的电磁阀控制即可方便地实现。该装置结构简便，直观；受控过程和控制效果可视，可显著提高实验教学的效果。

有益效果

液位容器由透明材料制成，可以清晰地观测液位容器中被控对象水位的变化情况，使控制效果直观简单、清晰明了，加强对过程控制的原理的理解。

结构紧凑、经济实用、制作成本低，所选用的传感器、变送器、执行器在工业过程控制中具有较好的代表性，便于学生学习、操作与体验。

被控对象配置灵活，被控对象参数包括液位、流量、压力，可实现从简单的单回路控制到复杂的高阶对象多回路、串级、比值、解耦控制；通过组合被控对象及不同的测量变送器，可实现串级控制、比值控制、前馈-反馈控制、滞后控制和解耦控制等多种控制形式，从而使学生学习和体验不同的过程控制方案及效果，方案的切换只需通过对不同的电磁阀控制即可方便地实现。

采用S7-300 PLC作为过程接口，性价比高，简单，操作方便，可靠；且该PLC也可借助内置算法独立完成传统的PID控制。

实现模糊控制、神经网络控制的复杂控制，以SIMULINK内置的丰富的包含模糊控制、神经网络等控制算法工具箱为基础，可灵活方便地实现各种自定义的优化控制算法， SIMULINK设计的数字优化控制算法经过S7-300模块构成的过程接口，对现场控制对象进行控制，从而获得可视化的真实控制效果，以使学生获得真实的控制体验。

适用于高校、科研院所、培训机构等进行自动化教学与科学研究。

附图说明

图1 本实用新型的半实物过程控制实验装置结构示意图。

图2 半实物过程控制实验装置的电气原理框图。

图3 实施方式中的一种过程控制原理框图。

具体实施方式

为了阐明本实用新型的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步的介绍。

本实用新型提供一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，以多容液位为控制对象，通过使用不同的传感器及执行器，以及电磁阀的切换，实现各种从简单的单回路控制到多回路解耦、神经网络等控制方案的多功能过程控制实验平台。

本实用新型的教学实验装置采用S7-300 PLC模块构成现场数据交互的接口模块，并和被控对象的变送器或执行器电连接，S7-300 PLC模块采用MPI通信电缆和控制主机通信连接。基于OPC技术，实现被控对象、S7-300 PLC模块、控制主机间的数据通信。控制主机中同时安装有MathWorks公司的MATLAB/SIMULINK软件，该软件支持OPC协议，S7-300 PLC模块采用S7-300模拟量输入输出模块和S7-300集成有开关量输入输出的CPU模块，S7-300 PLC模块借助WINCC组态软件支持OPC协议。基于OPC工业标准，实现现场被控对象、S7-300 PLC模块和控制主机中的MATLAB/SIMULINK软件间的实时通讯，由SIMULINK开发的复杂控制算法，如模糊控制、神经网络控制算法，直接去控制被控对象，这样就可以把精力集中在控制算法本身的设计上，而不用花过多时间去考虑各模块间由于标准不同如何实现通信问题。

如图1和图2所示，本实用新型的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其包括储水容器、多个液位容器和至少一条供液流路。

所述液位容器的下部设有排液管，排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的手动阀，液位容器内设有用于测量液位高低的液位变送器；所述液位容器均设置在储水容器的上方，相临的两个液位容器的位置关系是一个液位容器设置在另一个液位容器的上方，且所述一个液位容器的排液管的出口和所述另一个液位容器相连通。

所述供液流路包括水泵、供液母管和供液电磁阀，所述储水容器、水泵、供液母管通过管道依次连通，所述水泵出口和供液母管间连接有流量变送器和压力变送器；所述水泵出口和供液母管间串接电动调节阀，或所述水泵的驱动电机直接和变频器电连接；向液位容器供液的供液管道和供液母管连通，且供液管道上串接有用于控制液体流通的供液电磁阀。

所述流量变送器、压力变送器和S7-300模拟量输入输出模块的输入通道电连接，所述电动调节阀、变频器和S7-300模拟量输入输出模块的输出通道电连接，所述供液电磁阀和集成有处理器单元、通信单元及开关量输入输出功能的CPU模块电连接，所述S7-300模拟量输入输出模块和所述S7-300 CPU模块通信连接，S7-300 CPU则模块通过MPI通信电缆与控制主机通信连接。

所述S7-300模拟量输入输出模块和S7-300 CPU模块分别采用SM334模块和CPU312C模块。其中，SM334模块为4路模拟量输入、2路模拟量输出模块；CPU312C模块集成了开关量输入输出功能，包含有10路开关量输入通道、6路开关量输出通道、CPU处理器和通信单元，可实现各种输入输出、控制运算及网络通信功能。CPU312C模块通过MPI通信电缆与控制主机通信连接。由于S7-300 PLC模块可通过软件WINCC软件支持OPC协议，则主机可以通过MATLAB/SIMULINK软件读写上述S7-300PLC模块数据。在OPC组态配置时，需把WINCC软件配置为OPC服务器，MATLAB/SIMULINK软件配置为OPC客户端。使SIMULINK仿真不再只局限于传统的离线计算和纯数字的仿真，而易于在实际系统上实现先进算法，从而达到更理想的控制器（控制算法）设计效果，并减少控制系统设计的开发周期和开发成本。

其中，在本实施方式中，作为优先地，如图1所示，所述液位容器为3个，分别为第1液位容器E101、第2液位容器E102和第3液位容器E103，3个液位容器为均由透明的有机玻璃制成，方便观测被控对象水位的变化情况，促进对控制方案的理解和优化设计。液位容器内部设有溢流槽，可以防止水过满溢出弄湿弄脏地面或实验台，溢流槽出口通过管道和储水容器E100连通。此外，所述溢流槽也可以由溢流管所替代。第1液位容器E101的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第1排液手动阀V101，第1液位容器E101的排液管的出口和第2液位容器E102相连通；第2液位容器E102的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第2排液手动阀V102，第2液位容器E102的排液管的出口和第3液位容器E103相连通；第3液位容器E103的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第3排液手动阀V103，第3液位容器E103的排液管的出口和储水容器E100相连通。

其中，在本实施方式中，作为优先地，所述供液流路为2路，分别为第1供液流路和第2供液流路。

所述第1供液流路包括第1水泵P101、第1供液母管、第1电动调节阀FV101和电磁阀，所述储水容器E100、第1水泵P101、供液母管通过管道依次连通，第1水泵P101通过管道可以抽吸储水容器中的水，所述第1水泵P101出口和供液母管间串接第1流量变送器FT101和第1电动调节阀FV101，并连接有第1压力变送器PT101，用于测量供液压力、控制供液流量大小。供液母管上连通有第1A供液管道，第1A供液管道串接有用于控制液体流通的第1A供液电磁阀V110，第1A供液管道的出口和第1液位容器E101连通，即第1A供液管道的出口位于第1液位容器E101上部开口的正上方；供液母管上连通有第2A供液管道，第2A供液管道串接有用于控制液体流通的第2A供液电磁阀V112，第2A供液管道的出口和第2液位容器E102连通，即第2A供液管道的出口位于第2液位容器E102上部开口的正上方；供液母管上连通有第3A供液管道，第3A供液管道串接有用于控制液体流通的第3A供液电磁阀V114，第3A供液管道的出口和第3液位容器E103连通，即第3A供液管道的出口位于第3液位容器E103上部开口的正上方。

所述第2供液流路包括第2水泵P102、第2变频器FV102、第2供液母管和供液电磁阀，所述储水容器E100、第2水泵P102、第2供液母管通过管道依次连通，所述第2水泵P102出口和供液母管间串接第2流量变送器FT102，并连接有第2压力变送器。供液母管上连通有第1B供液管道，第1B供液管道串接有用于控制液体流通的第1B供液电磁阀V111，第1B供液管道的出口和第1液位容器E101连通，即第1B供液管道的出口位于第1液位容器E101上部开口的正上方；供液母管上连通有第2B供液管道，第2B供液管道串接有用于控制液体流通的第2B供液电磁阀V113，第2B供液管道的出口和第2液位容器E102连通，即第2B供液管道的出口位于第2液位容器E102上部开口的正上方；供液母管上连通有第3B供液管道，第3B供液管道串接有用于控制液体流通的第3B供液电磁阀V115，第3B供液管道的出口和第3液位容器E103连通，即第3B供液管道的出口位于第3液位容器E103上部开口的正上方。所述第2水泵的驱动电机直接和第2变频器FV102电连接。

所述第1流量变送器（FT101）、第1压力变送器（PT101）、第2流量变送器（FT102）、第2压力变送器（PT102）和S7-300 SM334 模拟量输入输出模块的输入通道电连接，所述第1电动调节阀（FV101）、第2变频器（FV102）和S7-300 SM334模拟量输入输出模块的输出通道电连接，所述第1A供液电磁阀（V114）、第2A供液电磁阀（V112）、第3A供液电磁阀（V110）、第1B供液电磁阀（V115）、第2B供液电磁阀（V113）、第3B供液电磁阀（V111）和集成有开关量输入输出功能的S7-300 CPU312C模块电连接。

本实用新型的半实物过程控制实验装置的6只电磁阀V110~V115，方便在控制主机的控制下切换实验流程，实现单容、双容、三容液位控制或供液管道流量及压力控制。控制信号也由控制主机发出，经S7-300 CPU312C模块转换后送至电磁阀。灵活的系统配置为各种控制系统的模拟创造了条件，各控制回路既可单独使用，也可以联合使用，完成从单变量实验到多变量实验，从简单PID控制到模糊控制、神经网络控制、故障诊断、容错控制，也可实现多变量非线性解耦控制。

所述模糊控制、神经网络控制、故障诊断、容错控制、多变量非线性解耦控制可由MATLAB/SIMULINK软件工具箱中丰富的内置控制算法模块构成，可可使用更为灵活方便的各种用户自定义优化控制算法。如图3所示，为用于本实用新型的半实物过程控制实验装置的通过MATLAB/SIMULINK软件实现的控制算法，如图3中虚线所围区域所示。MATLAB/SIMULINK软件实现的控制算法包括给定值输入模块、控制算法模块、数据发送模块和数据接收模块，所述数据接收模块接收的反馈信号和给定值输入模块的输入信号进行综合运算处理后，发送到控制算法模块，控制算法模块进行运算处理得到控制信号并把所述控制信号发送到数据发送模块，数据发送模块把所接收的控制信号通过MPI通信电缆发送到S7-300 PLC模块，S7-300 PLC模块操纵执行机构执行相应动作；数据接收模块通过MPI通信电缆接收由S7-300 PLC模块采集到的被控对象的被控参数的反馈信号。基于OPC技术，实现了由软件设计的控制算法，直接去控制现场实验装置的执行机构；实验者可将主要的精力放在控制效果的分析以及控制算法的研究及改善上，增强教学和学习的效果。

本实用新型的一种半实物过程控制实验装置，它通过S7-300 PLC及其输入输出模块构成了现场被控对象的过程接口，再借助OPC技术，与著名的MATLAB应用软件相集成，从而方便实现各种复杂的自定义用户优化控制算法，并在对实际控制对象的控制过程中分析和研究其控制效果及使用特点；完成从验证性实验到设计性、综合性实验的全面训练及演示。该装置以简易的多液位对象为控制核心，通过灵活的组合被控对象及不同的测量变送器，可实现串级控制、比值控制、前馈-反馈控制、滞后控制和解耦控制等多种控制形式，从而使学生学习和体验不同的过程控制方案及效果，方案的切换只需通过对不同的电磁阀控制即可方便地实现。由SIMULINK设计的优化控制算法经过S7-300 PLC模块构成的过程接口，对本实用新型装置的控制对象进行控制，从而获得可视化的真空控制效果，以使学生获得真实的控制体验。该装置结构简便，直观；受控过程和控制效果可视，可显著提高实验教学的效果。利用SIMULINK提供的强大的数据分析能力，可对控制效果进行进一步的理论分析与比较，以获得后续的改进与完善方向。由于被控对象由简单的液位容器组成，算法由纯软件完成，故控制过程的实现非常简便灵活，安全可靠。适合学生研究及体验各种控制方案。

和现有技术相比，本实用新型具有如下技术进步性。

1）液位容器由透明材料制成，可以清晰地观测液位容器中被控对象水位的变化情况，使控制效果直观简单、清晰明了，加强对过程控制的原理的理解。

2）结构紧凑、经济实用、制作成本低，所选用的传感器、变送器、执行器在工业过程控制中具有较好的代表性，便于学生学习、操作与体验。

3）被控对象配置灵活，被控对象参数包括液位、流量、压力，可实现从简单的单回路控制到复杂的高阶对象多回路、串级、比值、解耦控制；通过组合被控对象及不同的测量变送器，可实现串级控制、比值控制、前馈-反馈控制、滞后控制和解耦控制等多种控制形式，从而使学生学习和体验不同的过程控制方案及效果，方案的切换只需通过对不同的电磁阀控制即可方便地实现。

4）采用S7-300 PLC作为过程接口，性价比高，简单，操作方便，可靠，且在必要时也可独立完成传统的PID控制。

5）实现模糊控制、神经网络控制的复杂控制，以SIMULINK内置的丰富的包含模糊控制、神经网络等控制算法工具箱为基础，可灵活方便地实现各种自定义的优化控制算法， SIMULINK设计的数字优化控制算法经过S7-300 PLC模块构成的过程接口，对现场控制对象进行控制，从而获得可视化的真实控制效果，以使学生获得真实的控制体验。

6）适用于高校、科研院所、培训机构等进行自动化教学与科学研究。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：包括储水容器、多个液位容器和至少一条供液流路；

所述液位容器的上部设有供液管道，供液管道的流路上串接有用于控制供液的供液电磁阀，液位容器内设有用于测量液位高低的液位变送器；所述液位容器的下部设有排液管，排液管的流路上串接用于改变排液阻力的排液手动阀；所述液位容器均设置在储水容器的上方，相临的两个液位容器的位置关系是一个液位容器设置在另一个液位容器的上方，且所述一个液位容器的排液管的出口和所述另一个液位容器相连通；

所述供液流路包括水泵、供液母管和供液电磁阀，所述储水容器、水泵、供液母管通过管道依次连通，所述水泵出口和供液母管间连接有流量变送器和压力变送器；所述水泵出口和供液母管间串接电动调节阀或受变频器直接控制的水泵；所述液位容器上部的供液管道和供液母管连通；

所述流量变送器、压力变送器和S7-300模拟量输入输出模块的输入通道电连接，所述电动调节阀、变频器和S7-300模拟量输入输出模块的输出通道电连接，所述供液电磁阀和集成有处理器单元、通信单元及开关量输入输出单元的S7-300 CPU模块电连接，所述S7-300模拟量输入输出模块和S7-300CPU模块通信连接，S7-300CPU模块则通过MPI通信电缆与控制主机通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：所述液位容器为3个，分别为第1液位容器（E101）、第2液位容器（E102）和第3液位容器（E103），第1液位容器（E101）的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第1排液手动阀（V101），第1液位容器（E101）的排液管的出口和第2液位容器（E102）相连通；第2液位容器（E102）的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第2排液手动阀（V102），第2液位容器（E102）的排液管的出口和第3液位容器（E103）相连通；第3液位容器（E103）的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第3排液手动阀（V103），第3液位容器（E103）的排液管的出口和储水容器（E100）相连通。

3.根据权利要求2所述的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：所述供液流路为2路，分别为第1供液流路和第2供液流路；

所述第1供液流路包括第1水泵（P101）、第1供液母管、第1电动调节阀（FV101）和供液电磁阀，所述储水容器（E100）、第1水泵（P101）、第1供液母管通过管道依次连通，所述第1水泵（P101）出口和供液母管间串接第1流量变送器（FT101）和第1电动调节阀（FV101），并连接有第1压力变送器（PT101）；供液母管上连通有第1A供液管道，第1A供液管道串接有用于控制液体流通的第1A供液电磁阀（V110），第1A供液管道的出口和第1液位容器（E101）连通；供液母管上连通有第2A供液管道，第2A供液管道串接有用于控制液体流通的第2A供液电磁阀（V112），第2A供液管道的出口和第2液位容器（E102）连通；供液母管上连通有第3A供液管道，第3A供液管道串接有用于控制液体流通的第3A供液电磁阀（V114），第3A供液管道的出口和第3液位容器（E103）连通；

所述第2供液流路包括第2水泵（P102）、第2变频器（FV102）、第2供液母管和供液电磁阀，所述储水容器（E100）、第2水泵（P102）、第2供液母管通过管道依次连通，所述第2水泵（P102）出口和供液母管间串接第2流量变送器（FT102），并连接有第2压力变送器（PT102）；供液母管上连通有第1B供液管道，第1B供液管道串接有用于控制液体流通的第1B供液电磁阀（V111），第1B供液管道的出口和第1液位容器（E101）连通；供液母管上连通有第2B供液管道，第2B供液管道串接有用于控制液体流通的第2B供液电磁阀（V113），第2B供液管道的出口和第2液位容器（E102）连通；供液母管上连通有第3B供液管道，第3B供液管道串接有用于控制液体流通的第3B供液电磁阀（V115），第3B供液管道的出口和第3液位容器（E103）连通；第2水泵的驱动电机直接和第2变频器（FV102）电连接；

所述第1流量变送器（FT101）、第1压力变送器（PT101）、第2流量变送器（FT102）、第2压力变送器（PT102）和S7-300模拟量输入输出模块的输入通道电连接，所述第1电动调节阀（FV101）、第2变频器（FV102）和S7-300模拟量输入输出模块的输出通道电连接，所述第1A供液电磁阀（V110）、第2A供液电磁阀（V112）、第3A供液电磁阀（V114）、第1B供液电磁阀（V111）、第2B供液电磁阀（V113）、第3B供液电磁阀（V115）和S7-300 的CPU模块电连接。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：所述液位容器内置有溢流槽，溢流槽出口通过管道和储水容器连通。

5.根据权利要求4所述的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：所述液位容器由透明的有机玻璃制成。

6.根据权利要求5所述的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：所述流量变送器为涡轮流量变送器。

7.根据权利要求6所述的一种基于OPC及S7-300 PLC模块的半实物过程控制实验装置，其特征在于：所述S7-300模拟量输入输出模块和S7-300 CPU模块分别为SM334模块和CPU312C模块。