本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，步驟1：組態(tài)圖及原理圖的建立；通過從組件庫中選取虛擬對象組件建立用于模擬實際設(shè)備的組態(tài)圖，并通過從控件庫中選取虛擬對象控件建立用于表征過程控制系統(tǒng)框圖的原理圖；將組態(tài)圖的虛擬對象組件和原理圖中的虛擬對象控件綁定；將原理圖中虛擬對象控件對應(yīng)的圖形與作為后臺仿真支撐的M文件或Simulink模塊綁定；步驟2：仿真運行，啟動Matlab引擎，生成仿真數(shù)據(jù)，并在組態(tài)圖中顯示控制結(jié)果。該仿真方法能夠根據(jù)可視化的原理圖對組態(tài)圖所描繪的過程控制系統(tǒng)進行在線或離線仿真，具有操作簡便、仿真效率高的特點，能夠良好地模擬工業(yè)過程控制系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及。
技術(shù)介紹
過程控制對象具有體積大、能耗高、污染大等特點，存在多變量、非線性、強耦合、干擾嚴重和工況變化頻繁等復(fù)雜特性，因此真實的模擬整個過程控制系統(tǒng)具有很大的難度。隨著自動化、信息化的快速發(fā)展，推動了模擬工業(yè)過程控制實驗系統(tǒng)的需求和開發(fā)。目前，大部分工業(yè)過程控制系統(tǒng)是針對特定領(lǐng)域特定流程進行模擬，缺乏通用性和擴展性。過程控制平臺主要是一些監(jiān)控軟件，雖然提供可視化的監(jiān)控界面，能夠非常直觀、形象的模擬工業(yè)系統(tǒng)，但只能進行簡單的數(shù)學(xué)運算、參數(shù)設(shè)定和查看系統(tǒng)運行狀況等功能，控制算法單一，而且不具備控制原理可視化功能。由于大部分軟件不是開源軟件，系統(tǒng)的二次開發(fā)時間長，使其在應(yīng)用上受到限制。Matlab是一款集算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計算等為一體的功能強大的仿真軟件，但是其界面單調(diào)，缺乏對實際過程控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)形象化描述。而基于Matlab的工業(yè)過程仿真實驗平臺開發(fā)大部分是建立在PLC或者DCS硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的，缺乏純軟件的過程控制仿真實驗平臺。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供，該可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，不但充分利用了 MATLAB的強大數(shù)據(jù)處理功能，還具有VC界面人性化、操作使用方便的優(yōu)點。專利技術(shù)的技術(shù)解決方案如下，其特征在于，包括以下步驟步驟1:組態(tài)圖(即虛擬圖)及原理圖(即控制系統(tǒng)圖，或稱為控制框圖)的建立；在可視化的工程界面中，通過從組件庫中選取虛擬對象組件建立用于模擬實際設(shè)備的組態(tài)圖，并通過從控件庫中選取虛擬對象控件建立用于表征過程控制系統(tǒng)框圖的原理圖；將組態(tài)圖的虛擬對象組件和原理圖中的虛擬對象控件綁定；將原理圖中虛擬對象控件對應(yīng)的圖形與作為后臺仿真支撐的M文件或Simulink模塊綁定；步驟2:仿真運行建立仿真機制，啟動Matlab引擎，生成仿真數(shù)據(jù)，并在組態(tài)圖中顯示控制結(jié)果。建立組件庫的方法為利用VC++調(diào)用Visual Graph繪制虛擬對象組件所需圖形；虛擬對象組件采用基于傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型、最小二乘模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)四種建模方式構(gòu)造，后兩種建模方式需進行參數(shù)設(shè)置；虛擬對象組件與原理圖中的虛擬對象控件建立自動連接；所述的虛擬對象組件是能在組態(tài)界面中操作的廣義對象圖形，廣義對象包含控制系統(tǒng)的被控對象、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器。將原理圖中Visual Graph控件圖形即虛擬對象控件和作為后臺仿真支撐的Simulink控制算法模塊綁定，控件庫中包括控制器控件和輸入控件，控制器控件包括PID控制器控件、模糊控制器控件和專家控制器控件，輸入輸出控件包括階躍信號輸入控件、正弦信號輸入控件、模擬量輸入控件、模擬量輸出控件、數(shù)字量輸入控件和數(shù)字量輸出控件。建立仿真機制的方法為在Matlab中建立wsO和wsl的兩個mdl文件,在wsO中設(shè)置初始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在《Si中將上一時刻仿真末狀態(tài)賦予下一時刻仿真初狀態(tài)；進行仿真時，首先執(zhí)行一次wsO，即進行了一個仿真步長的仿真，建立初始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，按照仿真步長執(zhí)行wsl。過程控制系統(tǒng)(即仿真系統(tǒng))運行時，對已建好的過程控制系統(tǒng)的識別是通過對組件和控件使用統(tǒng)一的命名綁定機制實現(xiàn)的，一個虛擬對象對應(yīng)于一個在組態(tài)圖中顯示的圖形外框、一個在原理圖中顯示的圖形外框和一個Simulink模塊，一個控制器控件或輸入 控件對應(yīng)于一個在原理圖中顯不的圖形外框和一個Simulink模塊；步驟I中所述的綁定指采用命名綁定機制進行綁定，即將虛擬對象組件名稱、控件名稱以及虛擬對象數(shù)據(jù)存儲單元名稱統(tǒng)一化可以理解為將同一個虛擬對象所對應(yīng)的虛擬對象組件名稱、控件名稱以及虛擬對象數(shù)據(jù)存儲單元名稱設(shè)定為同一個名稱;虛擬對象的名稱格式為Wi，其中i表示虛擬對象的序號；Wi就作為虛擬對象在整個仿真過程中的唯一標(biāo)識；仿真過程中涉及到的運行數(shù)據(jù)交換是指Simulink與組態(tài)圖、原理圖運行時的變量數(shù)據(jù)交換，三者之間通過同一的命名來實現(xiàn)關(guān)聯(lián)；仿真進行時，以Matlab workspace作為數(shù)據(jù)交換中心,其中Simulink仿真運行時所需的輸入?yún)?shù)通過VC調(diào)用Matlab引擎執(zhí)行Simulink仿真命令來實現(xiàn)，Simulink仿真運行時所產(chǎn)生數(shù)據(jù)上傳到Matlab workspace,同時Simulink仿真運行時所產(chǎn)生數(shù)據(jù)也作為原理圖與組態(tài)圖中的數(shù)據(jù)進行顯示。所述的虛擬對象主要包涵兩個方面內(nèi)容，一個方面是實物外觀的表示，包括名稱、編號、形狀、顏色等；一個方面是虛擬對象的數(shù)學(xué)模型，主要是使用虛擬對象描述的實物對象物理特性，輸入輸出特性。虛擬對象建模過程為(I)從組件庫中組件拖動到組態(tài)圖中或利用繪圖工具欄繪制圖形，組合成所需圖形；(2)雙擊選擇建模方式，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方式需設(shè)置虛擬對象參數(shù)，包括輸入個數(shù)、輸出個數(shù)、導(dǎo)入數(shù)據(jù)，基于最小二乘擬合的建模方式需要設(shè)置輸入個數(shù)、輸出個數(shù)、擬合曲線階次；(3)在原理界面中單擊，得到虛擬對象的框圖，即虛擬對象控件，雙擊進行虛擬對象參數(shù)設(shè)定，對于基于傳遞函數(shù)建模方式需要設(shè)定分子、分母，對于基于狀態(tài)空間的建模方式需設(shè)置狀態(tài)矩陣A、B、C、D。所述的組件庫，指為方便用戶操作預(yù)先設(shè)定的基本虛擬對象圖形庫。步驟2中，對所述的控制器的形式包含有PID控制器、模糊控制器、專家控制器，所述的輸入輸出的形式包含有階躍輸入、方波輸入、正弦波輸入、模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出。仿真系統(tǒng)控制器、輸入的建立過程為(I)從控件庫中將所需控制算法的控制器控件或所需輸入輸出控件拖動到原理界面中；(2)雙擊設(shè)定控制器參數(shù)或輸入?yún)?shù)。PID控制器需設(shè)定P、1、D參數(shù)值，模糊控制器需設(shè)置輸入個數(shù)、輸入規(guī)則、輸出個數(shù)、輸出規(guī)則、解模糊方法，還可以從Excel中進行規(guī)則導(dǎo)入，專家控制器需設(shè)置輸入個數(shù)、輸入條件、輸出個數(shù)、輸出量。所述的控件庫，指指為方便用戶操作預(yù)先設(shè)定的基本控制器、輸入、輸出控件集。將虛擬對象控件、控制器控件、輸入輸出控件根據(jù)組態(tài)圖虛擬對象間的相互關(guān)系按照所需控制系統(tǒng)規(guī)則連接起來，得到仿真系統(tǒng)原理圖。建立仿真機制，在Matlab中建立名為wsO，wsl的兩個mdl文件，在wsO中設(shè)置初始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一個通過進行短暫的(如Is)。仿真，保存末狀態(tài)，即為wsl運行的初始狀態(tài)；wsl主要是通過調(diào)用定時器來運行，從wsO中自動繼承了運行的初始狀態(tài)，運行時將上一時刻仿真末狀態(tài)賦予下一時刻仿真初始狀態(tài)。wsl每次運行后將其末狀態(tài)覆蓋workspace中的狀態(tài)，以這樣的方式保證了運行的連續(xù)性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不斷的滾動更新。有益效果本專利技術(shù)的可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，能夠根據(jù)可視化的原理圖對組態(tài)圖所描繪的過程控制系統(tǒng)進行在線或離線仿真，解決了現(xiàn)有過程控制仿真平臺缺乏通用性，對環(huán)境依賴較強等問題，可以避免如matlab等軟件沒有很好的監(jiān)控畫面，仿真畫面單調(diào)，不夠形象的缺點，可以生成生動形象的仿真界面模擬實際現(xiàn)場設(shè)備，且易于操作，直觀性好。本專利技術(shù)的可視化仿真系統(tǒng)借助matlab軟件，可以建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等的復(fù)雜控制系統(tǒng)，可選控制器的種類豐富，而且功能強大；通過實際工業(yè)控制的應(yīng)用需求，建立如經(jīng)典PID控制、模糊控制、模糊PID控制、專家控制等工業(yè)過程中運用較多的專用算法控件，使仿真軟件更接近工業(yè)應(yīng)用的需求，解決了目前市場上仿真系統(tǒng)個性較強，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：組態(tài)圖及原理圖的建立；在可視化的工程界面中，通過從組件庫中選取虛擬對象組件建立用于模擬實際設(shè)備的組態(tài)圖，并通過從控件庫中選取虛擬對象控件建立用于表征過程控制系統(tǒng)框圖的原理圖；將組態(tài)圖的虛擬對象組件和原理圖中的虛擬對象控件綁定；將原理圖中虛擬對象控件對應(yīng)的圖形與作為后臺仿真支撐的M文件或Simulink模塊綁定；步驟2：仿真運行建立仿真機制，啟動Matlab引擎，生成仿真數(shù)據(jù)，并在組態(tài)圖中顯示控制結(jié)果。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1:組態(tài)圖及原理圖的建立；在可視化的工程界面中，通過從組件庫中選取虛擬對象組件建立用于模擬實際設(shè)備的組態(tài)圖，并通過從控件庫中選取虛擬對象控件建立用于表征過程控制系統(tǒng)框圖的原理圖；將組態(tài)圖的虛擬對象組件和原理圖中的虛擬對象控件綁定；將原理圖中虛擬對象控件對應(yīng)的圖形與作為后臺仿真支撐的M文件或Simulink模塊綁定；步驟2 :仿真運行建立仿真機制，啟動Matlab引擎，生成仿真數(shù)據(jù)，并在組態(tài)圖中顯示控制結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，其特征在于，建立組件庫的方法為利用VC++調(diào)用Visual Graph繪制虛擬對象組件所需圖形；虛擬對象組件采用基于傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型、最小二乘模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)四種建模方式構(gòu)造，后兩種建模方式需進行參數(shù)設(shè)置；虛擬對象組件與原理圖中的虛擬對象控件建立自動連接；所述的虛擬對象組件是能在組態(tài)界面中操作的廣義對象圖形，廣義對象包含控制系統(tǒng)的被控對象、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可視化過程控制系統(tǒng)組態(tài)仿真方法，其特征在于，將原理圖中Visual Graph控件圖形即虛擬對象控件和作為后臺仿真支撐的Simulink控制算法模塊綁定，控件庫中包括控制器控件和輸入控件，控制器控件包括PID控制器控件、模糊控制器控件和專家控制器控件，輸入輸出控件包括階躍信號輸入控件、正弦信號輸入控件、模擬量輸入控件、模擬量輸出控件、數(shù)字量輸入控件和數(shù)字量輸出控件。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳敏，曹衛(wèi)華，王芳，安劍奇，何勇，王冠華，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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