可编程逻辑控制器（PLC）用于控制问题，从相对简单的单输入单输出控制环路与多个耦合环路和复杂的监控算法的系统。对于简单的控制问题，如单比例 - 积分 - 微分（PID）回路，工程师可以实现一个PID控制器和调谐增益作为机器运行。对于更复杂的控制的问题，编码和检验的PLC控制逻辑是更具挑战性。设计师必须确定值，多个控制器参数，并确保控制算法工作的各个部分组合在一起的预期。调谐在硬件原型或实际处理的复杂控制器不仅费时;它涉及损坏设备的相当大的风险。
该解决方案是使用仿真模型来设计和验证复杂的控制策略。然后将相同的模型可被用于自动地生成IEC 61131结构化文本到程序的PLC进行部署。本文演示使用钢轧机系统为例这种方法。
轧钢厂系统:控制设计目标
轧钢厂用厚板生产出厚度均匀的薄板。它通常由几个轧制阶段组成，每一阶段的轧辊都对穿过它的钢板进行压缩(图1)。在轧辊阶段之间，活套阶段保持钢板的张力，防止撕裂和松弛的形成。
为了模拟多阶段过程，我们首先对单个轧机阶段进行建模和控制。通过连接这些更简单的设置，可以分析更一般的配置。
我们简易轧机的控制系统必须满足以下要求:
- 在最后一个轧辊的出口处保持所生产的钢的厚度为8毫米+/- 0.1毫米
- 保持所需的输送量到1米/秒+/- 0.1米/秒在最后一个辊的出口
- 保持在材料中的张力，以1.75 N / M ^ 2×10 ^ 5 100秒后为每个辊
- 检测传感器和执行机构的故障，并从中恢复或安全关闭
创建植物模型
我们首先创建一个Simulink金宝app®轧机模型，我们将用于开发和测试我们的控制器。我们将这个过程分为两个步骤进行建模，首先对各个滚动阶段进行建模，然后对它们之间的活套进行建模。在轧制阶段，液压执行机构用于产生轧制压缩力，从而压缩钢带。由电机驱动产生的轧制扭矩有助于控制轧制速度。使用SimMechanics™,Simscape™,SimHydraulics®我们可以分别对滚筒的机械、电气和液压元件进行建模，而不必显式地推导出方程。
我们使用SimMechanics对活套进行建模，将活套与前后的钢带表示为三个由接头连接的物体。然后，我们将滚动阶段和弯管阶段模型合并到一个Simulink系统模型中(图2)。金宝app
设计并验证控制器
下一步是使用工厂模型来设计控制器。图3显示了一个典型的多阶段轧机过程控制系统的多回路结构。
控制系统由以下补偿器组成:
AGR-控制液压阀的开启，产生滚动压缩力，控制带钢厚度
ASR-控制直流电机的电压，从而产生轧制扭矩，从而控制带钢的速度
大型强子对撞机-设置托辊的转速参考值，间接达到所需的材料张力(当张力高于要求值时，则设置更高的转速设定值，以提供额外的材料来降低张力。如果张力低于要求的值，则通过降低板材的吞吐量来消除松弛。)
中国铁建-指令活套电机的电流，以定位活套，保持材料张力
请注意，所有循环耦合。例如，由AGR补偿器控制的液压致动器不仅影响带材厚度，而且剥离速度。LHC和ASR补偿器一起工作，以保持所要求的张力和带速度。
我们首先设计了控制单辊运行的补偿器。我们首先使用Simulink控制设计对非线性模型进行线性化金宝app™。然后利用Simulink控制设计中的PID设计工具对控制器进行优化，计算控制器增益。金宝app调谐器(图4)根据所需的响应时间自动计算PID增益。与Simu金宝applink设计优化™我们微调控制器的增益，以使系统执行井在非线性的存在。整体设计是通过运行非线性仿真验证。需要注意的是该工厂模型有两个目的：我们使用Simulink的控制设计产生的调整我们的补偿线性化的工厂模型，我们使用完整的，非线性工厂模型采用闭环仿真来验证我们的控制器的设计。金宝app
对多级过程进行建模和仿真
使用自定义库块，我们在多阶段流程中将轧机阶段和活套阶段子系统作为组件重用(图5)。
附加的子系统用于对流程的其他方面进行建模，如不同磨机阶段的质量守恒和运输延迟。图6显示了流程中三个阶段中的每个阶段的流程变量。每个阶段的厚度设定值已达到要求中规定的厚度。不同机架之间的张力干扰也被有效地消除了。
设计和验证故障检测逻辑
除了反馈补偿器，过程控制器还必须包括监控和故障检测以及恢复逻辑，例如，监控系统中传感器和执行器的状态。我们的重点是故障恢复逻辑，检测液压阀故障并采取纠正措施。具体地说，我们的逻辑将把总体减薄目标分配到多阶段过程中各阶段的各个厚度设定值。当一个阶段的液压压缩失败时，逻辑检查看看其他阶段是否能补偿失败的阶段。如果可以，重新计算各工作阶段的减薄设定值，以达到总的减薄目标。
我们使用Stateflow®请注意，此逻辑是实际过程控制中必须开发的内容的简化表示，因为它假设失效阶段不提供任何压缩，但允许材料通过。在实际的设置中，需要更全面、更复杂的逻辑。
我们可以通过人为地将故障引入Simulink模型来测试逻辑。金宝app图8显示了容错逻辑的仿真结果。当一个阶段失败时，监控控制器检查负载是否可以分配到其余的健康阶段。如果可以，则要求各阶段agr设置新的厚度减少设定值。如果不能，则通过停止工作表移动来关闭进程。
实现对PLC控制器
我们使用Sim金宝appulink PLC编码器™从控制器中自动生成iec61131结构化文本。然后，可以将这个可移植的结构化文本导入到用于我们的目标PLC硬件的IDE中。图9显示了由故障检测和调整逻辑生成的IEC 61131结构化文本。注意，生成的结构化文本具有良好的注释，可以轻松地追溯到模型。
这可能会与手动编码引入，有助于确保最终的结构化文本产生的PLC紧密匹配，我们在看到模拟的结果计算结果自动代码生成消除错误。金宝appSimulink的PLC编码器生成一个测试平台，让我们从原来的模拟结果的IDE比较测试执行的结果。
如果我们想要使用硬件在环测试来测试完全实现的PLC硬件和软件，我们可以使用Simulink编码器从工厂模型生成C代码金宝app™并在实时模拟器(如xPC目标)上运行它™，连接PLC控制系统。
