引言
PLC 和 HMI 的仿真聯調環境實現了閉環控制迴路中人機界面和控制器部分的仿真功能。
被控對象和測量變送環節同樣可以通過 PLC 編程進行仿真。
此處忽略執行機構。
被控對象及閉環迴路仿真原理
- 眾所周知，我們通常使用傳遞函數來描述被控對象。以單容水箱為例，傳遞函數為
我們同樣知道 PID 控制器的時域函數為
拉普拉斯變換得到傳遞函數如下
- 在 PLC 程序當中，我們可以通過設定 PID 功能塊，使之變成一個積分環節。
設定
，禁用比例功能，並將"輸出"連回到"輸入"構成自反饋迴路。
由方框圖變換法則得到新的傳遞函數, 一個慣性環節（一階環節）
- 由此，我們可以在 PLC 當中構建一個完整的帶有"被控對象"的反饋控制迴路。
PLC 編程
- 打開SIMATIC Manager編程軟件，新建項目並完成硬件組態；
- 雙擊 "OB1"進入編程界面；
- 插入常開、常閉觸點和置位、復位線圈來製作常開、常閉靜態常量以備後用。
- 展開"Libraries"的樹狀結構→ "Standard Library" → "PID Control Blocks"，找到"FB41
CONT_C ICONT"並拖拽到"程序段 3"；
- 為此功能塊創建相對應的數據塊;
- 為功能塊設定相關參數；通過"MOVE"指令將輸出傳遞迴輸入。
- 新建"程序段 4"，從"FB blocks"中再插入一個"FB41"為之分配"DB2"並設定相關參數或地
址；
- 相關地址參數參照如下：
HMI 觸摸屏組態及聯合仿真
- 打開"TIA Portal"軟件並創建新項目，添加 HMI 設備並組態與 PLCSIM 的通訊連接；
- 在"默認變量表"中新建變量並設置相關參數和地址；
- 插入"趨勢"控件，添加趨勢並設置相關屬性。
- 插入"棒圖"元素以及靜態圖形，並設置相關屬性；
- 插入"IO 域"元素，並設置相關屬性；
- 關於"P、I、D、手自動開關"元素，它由三個部分組成；
"ON"和"OFF"圖形以"可見性"動畫關聯標籤狀態；
一個不可見的"按鈕"關聯"單擊"事件；
將三個部分重疊，並將按鈕設置為最上層；
- 打開 PLCSIM 軟件，下裝程序並打到運行狀態，啟動人機界面仿真並開始測試；
PID 控制器設為手動模式，設定手動值，可以看到 PID 輸出保持不變，被控對象的過程量
持續增長表現為一個一階慣性環節；
將 PID 控制器設置為自動模式，設置"P, I, D"參數並給出 SP 值，會看到被控對象響應更
快並跟隨 SP 值;
結語
本例僅提供給讀者一個在PID控制迴路中被控對象的仿真方法，仍然有許多地方可以改進例如：
- 使用功能和功能塊對仿真被控對象程序邏輯進行封裝；
- 使用OB35 循環中斷組織塊進行PID迴路編程；
- 被控對象使用實際工程量單位, 則加入模擬量輸入、輸出量程轉換邏輯程序；
- PID控制器加入無擾切換功能；
- 人機界面加入報警、閃爍、數據導出等功能；
- 被控對象加入純滯後環節
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