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基于Matlab与PLC的实时控制系统
基于Matlab的S7-200PLC温度实时控制系统,结合Matlab强大的计算能力和灵活的编程方法,解决了PLC控制系统的局限性。该系统在上位机Matlab的Simulink中实现单神经元自适应PID控制算法,下位机S7-200PLC则负责进行实时数据采样和输出,上下位机间数据通信通过OPC技术实现,并利用MatlabGUI进行监控;研究了系统的实现机制与过程,并对该控制系统进行了测试,取得了良好的控制效果。
MaflabSimulink在控制系统领域得到了广泛的应用。Matlab语言工程计算力强大，程序设计流程灵活，可实现复杂的控制算法。但不能与现场工控设备直接进行数据通信，致使很多先进控制算法仍然只是停留在纯数字仿真阶段。而常见的可编程序逻辑控制器(programmablelogiccontroller，PLC)在控制过程中往往不能运行复杂的先进控制算法，或是勉强运行导致控制器反应实时性降低，制约了先进控制算法在PLC上的应用。为了解决此问题，本文以基于Matlab与s7—200的温度实时控制系统为例，将MatlabSimulink直接应用于实时控制现场系统。该系统的PLC进行实时数据采样和输出，在Matlab上实现控制算法，通过OPC技术实现Matlab与PLC间的数据传送，并利用Matlab内置的GUI实现上位机监控界面。该系统经实际测试，取得了较好的控制效果。本文研究为有效提高控制系统的效率与控制水平开辟一条新路。
1OPC接口技术
opt(OLEforProcessControl)规范是在微软倡导下由OPC基金会所建立的硬件和软件接口标准，它基于微软现有的OLE、组件对象模COM和分布式组件对象模DCOM技术。OPC规范的引入，提供了一种在数据源与客户端之间进行实时数据传输的通信机制。OPC标准中的软件体系结构为客户视／服务器模式，每个支持OPC接口标准的硬件厂商为其设备开发一个OPC服务器，提供必要的OPC数据访问标准子接口，主要负责从硬件设备得到数据并存人数据缓冲区；支持OPC接口的应用软件作为OPC客户，通过OPC标准接口实现与OPC服务器的数据交互，从而读写硬件设备的信息。
OPC服务器由3类对象组成，包括服务器、组和数据项。OPC的应用架构及层次对象的关系如图1所示。0PC服务器对象拥有服务器的所有信息，同时也是组对象的容器。组对象OPC项拥有本组的所有信息，同时包含并在逻辑上组织了OPC数据项。而OPC数据项是服务器定义的对象，包括值、品质、时间戳3个基本属性。OPC客户对设备寄存器的操作都是通过数据项来完成，但OPC数据项并不提供对外接口，客户不能直接对其进行操作，所有的操作都是通过组对象来进行的。

图1OPC的应用架构及基本结构图
2基于Matlab与S7—200温度实时控制系统的实现
2．1温度实时控制系统的结构
本系统的设计综合了Matlab语言强大的计算能力和PLC高抗干扰性能等优点，并通过Matlab内置的图形用户界面GUI实现系统的监控。这样控制算法可以在Matlab的Simulink中进行仿真调试，进而连接被控制对象实现温度的实时控制，从而极大简化了控制系统的设计流程、提高了设计效率。该控制系统由上位机、S7—200PLC以及温度控制对象三部分组成，系统结构图如图2所示。上位机主要完成基于Matlab的温度控制算法和控制系统监控界面，S7—200PLC配置EM235实现温度实时信号的输入与控制信号的输出，温度控制对象包括脉宽调制电路、由ADS90组成的温度检测电路、加热器等。上位机MatlabSimulink仿真模型中的实时信号通过OPC通信技术与S7200PLC中采样、控制信号进行通信。MatlabGUI则通过编制M文件的形式实现与MatlabSimulink仿真模型中控制参数的链接，从而在监控界面上控制及监测PLCs7—200的状态，采集对应的温度响应曲线。

图2温度实时控制系统结构图
2．2基于OPC技术的Matlab与S7-200数据通信实现
2．2．1通信原理
Matlab7．0集成了OPCToolbox，它是一个OPC客户端数据访问软件，通过OPCToolbox可以连接任何一个OPC数据服务器，实现对连接服务器数据的读或写。基于OPC技术的Matlab与PLCS7200通信原理图如图3所示：参照Matlab中的OPCToolbox对象模型，以s7—200OPCServer为OPC服务器，Matlab为客户端，建立OPC通信的流程，实现Matlab在实际工业控制系统中的应用。
2．2．2PCAccess与s7—200的连接
PCAccess是西门子S7—200的专用OPC服务器，支持OPCDataAccess(DA)3．0规范，可以