引言
PLC 和 HMI 的仿真联调环境实现了闭环控制回路中人机界面和控制器部分的仿真功能。
被控对象和测量变送环节同样可以通过 PLC 编程进行仿真。
此处忽略执行机构。
被控对象及闭环回路仿真原理
- 众所周知，我们通常使用传递函数来描述被控对象。以单容水箱为例，传递函数为
我们同样知道 PID 控制器的时域函数为
拉普拉斯变换得到传递函数如下
- 在 PLC 程序当中，我们可以通过设定 PID 功能块，使之变成一个积分环节。
设定
，禁用比例功能，并将"输出"连回到"输入"构成自反馈回路。
由方框图变换法则得到新的传递函数, 一个惯性环节（一阶环节）
- 由此，我们可以在 PLC 当中构建一个完整的带有"被控对象"的反馈控制回路。
PLC 编程
- 打开SIMATIC Manager编程软件，新建项目并完成硬件组态；
- 双击 "OB1"进入编程界面；
- 插入常开、常闭触点和置位、复位线圈来制作常开、常闭静态常量以备后用。
- 展开"Libraries"的树状结构→ "Standard Library" → "PID Control Blocks"，找到"FB41
CONT_C ICONT"并拖拽到"程序段 3"；
- 为此功能块创建相对应的数据块;
- 为功能块设定相关参数；通过"MOVE"指令将输出传递回输入。
- 新建"程序段 4"，从"FB blocks"中再插入一个"FB41"为之分配"DB2"并设定相关参数或地
址；
- 相关地址参数参照如下：
HMI 触摸屏组态及联合仿真
- 打开"TIA Portal"软件并创建新项目，添加 HMI 设备并组态与 PLCSIM 的通讯连接；
- 在"默认变量表"中新建变量并设置相关参数和地址；
- 插入"趋势"控件，添加趋势并设置相关属性。
- 插入"棒图"元素以及静态图形，并设置相关属性；
- 插入"IO 域"元素，并设置相关属性；
- 关于"P、I、D、手自动开关"元素，它由三个部分组成；
"ON"和"OFF"图形以"可见性"动画关联标签状态；
一个不可见的"按钮"关联"单击"事件；
将三个部分重叠，并将按钮设置为最上层；
- 打开 PLCSIM 软件，下装程序并打到运行状态，启动人机界面仿真并开始测试；
PID 控制器设为手动模式，设定手动值，可以看到 PID 输出保持不变，被控对象的过程量
持续增长表现为一个一阶惯性环节；
将 PID 控制器设置为自动模式，设置"P, I, D"参数并给出 SP 值，会看到被控对象响应更
快并跟随 SP 值;
结语
本例仅提供给读者一个在PID控制回路中被控对象的仿真方法，仍然有许多地方可以改进例如：
- 使用功能和功能块对仿真被控对象程序逻辑进行封装；
- 使用OB35 循环中断组织块进行PID回路编程；
- 被控对象使用实际工程量单位, 则加入模拟量输入、输出量程转换逻辑程序；
- PID控制器加入无扰切换功能；
- 人机界面加入报警、闪烁、数据导出等功能；
- 被控对象加入纯滞后环节
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