PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法及装置

摘要

本发明公开了一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法及装置，所述方法包括：在巴合曼PLC即目标PLC控制器中编写风电机组/风电场控制程序，通过所述风电机组/风电场控制程序对Matlb simulink中的风电机组/风电场模型进行仿真控制；在OPC配置窗口进行配置，建立OPC平台与目标PLC的完整连接；建立Matlb simulink中的风电机组/风电场模型与所述OPC的连接，完成PLC控制器的半物理仿真平台的搭建。

说明书

技术领域

本发明涉及仿真平台搭建技术领域，尤其是涉及一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法及装置。

背景技术

对于风电主控系统开发人员来说，当利用巴合曼PLC控制器完成软件代码编写需要验证时，往往需要联系业主、整机厂，并前往现场进行联机验证。这样一来，拉长了软件验证周期并增加了经济成本。

在Matlab中已经具备了较为完善的风电机组以及风电场模型，但仅仅是利用这些模型，通过在Matlab中编写代码进行一些控制策略的仿真验证。而在现场应用中，编写控制软件代码的平台是巴合曼PLC控制器，这种跨平台编写代码、验证的方式往往会重复工作，降低效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。

本发明提供一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法，包括：

在巴合曼PLC即目标PLC控制器中编写风电机组/风电场控制程序，通过所述风电机组/风电场控制程序对Matlb simulink中的风电机组/风电场模型进行仿真控制；

在OPC配置窗口进行配置，建立OPC平台与目标PLC的完整连接；

建立Matlb simulink中的风电机组/风电场模型与所述OPC的连接，完成PLC控制器的半物理仿真平台的搭建。

本发明提供一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置，包括：

编写模块，用于在巴合曼PLC即目标PLC控制器中编写风电机组/风电场控制程序，通过所述风电机组/风电场控制程序对Matlb simulink中的风电机组/风电场模型进行仿真控制；

第一连接模块，用于在OPC配置窗口进行配置，建立OPC平台与目标 PLC的完整连接；

第二连接模块，用于建立Matlb simulink中的风电机组/风电场模型与所述OPC的连接，完成PLC控制器的半物理仿真平台的搭建。

本发明实施例还提供一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述 PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法的步骤。

采用本发明实施例，通过OPC平台基于modbus TCP通信协议建立PLC 与Matlab仿真模型的联系，搭建实时半物理仿真平台，让PLC中的控制代码直接作用于MatlabSimulink仿真模型进行验证，能够大大减少控制程序代码验证周期，节约验证成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法的流程图；

图2是本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法的逻辑示意图；

图3是本发明实施例的在OPC配置窗口中新建Plant界面图；

图4是本发明实施例的OPC配置界面图；

图5是本发明实施例的在OPC配置界面选择“Add Host”界面图；

图6是本发明实施例的保留默认值“local host”作为Host Name界面图；

图7是本发明实施例的成功添加localhost界面图；

图8是本发明实施例的选择“Create Client”界面图；

图9是本发明实施例的建立新Client点击Connect按钮界面图；

图10是本发明实施例的新Client连接成功界面图；

图11是本发明实施例的“Add Group”界面图；

图12是本发明实施例的“Add Item”界面图；

图13是本发明实施例的完成输入变量的配置连接界面图；

图14是本发明实施例的建立输入MATLAB模块界面图；

图15是本发明实施例的MATLAB自动生成OPC Configuration模块界面图；

图16是本发明实施例的巴合曼PLC控制器的单台机组有功功率给定值变化图；

图17是本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置的示意图；

图18是本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置图。

具体实施方式

为了解决现有技术中的上述问题，本发明实施例提供了一种基于OPC 的MatlabSimulink与巴合曼PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法包括以下内容：

1.巴合曼PLC控制器程序编写；

2.配置OPC Configurator；

3.Matlab仿真模型与OPC平台建立连接；

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法，图1是本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法具体包括：

步骤101，在巴合曼PLC即目标PLC控制器中编写风电机组/风电场控制程序，通过所述风电机组/风电场控制程序对Matlb simulink中的风电机组/风电场模型进行仿真控制；

步骤102，在OPC配置窗口进行配置，建立OPC平台与目标PLC的完整连接；步骤102具体包括：在OPC配置窗口中，新建Plant，在Plant 中新建M1 Target即目标PLC并输入Target的IP地址及连接方式M1_TCP，建立OPC与目标PLC之间的通讯；在目标PLC中新建数据组Data Group 和数据项Data Item，其中，数据项中的数据从PLC的SVI变量列表中进行选择。

步骤103，建立Matlb simulink中的风电机组/风电场模型与所述OPC 的连接，完成PLC控制器的半物理仿真平台的搭建。步骤103具体包括：

在Matlab simulink的命令窗口中弹出OPC配置界面；

将计算机的TCP/IP地址修改为与目标PLC相匹配，在“OPC Network”参数配置的“Add Host”参数中保留默认值“local host”作为Host Name，将Host and OPC Servers成功添加localhost，自动进行设备搜索，显示 BACHMANN.OPCStandardServer.2；

通过“BACHMANN.OPCStandardServer.2”参数配置的“Create Client”参数的MATLAB OPC Client下建立一个新的Client，此时显示状态Status 为Disconnected，对Name和Tag的内容修改，启动连接，显示状态Status 为已经连接成功，并显示OPC Server的属性信息；

在新建的Client“localhost/BACHMANN.OPCStandardServer.2”中选择“AddGroup”参数，建立两个新的Group并重命名为：Input和Output，在Input目录上选择“AddItem”参数，在已经配好的Server中选择需要的输入变量并进行添加，完成输入变量的配置连接；

在Input配置参数中选择Export To，建立输入MATLAB模块，其中， MATLAB模块自动生成OPC Configuration模块，将输入MATLAB模块连接至Matlb simulink中的风电机组/风电场模型实现与PLC的OPC连接。

下面结合附图对本发明实施例的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图2所示，图2为本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法的逻辑示意图。本发明实施例提供了一种基于OPC的Matlab Simulink与巴合曼PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法，具体实施方式包括以下步骤：

步骤1：在巴合曼PLC控制器中编写风电机组/风电场控制程序，对 Matlbsimulink中的风电机组/风电场模型进行仿真控制。在本发明中，以单台机组给的有功功率定值P_dem作为OPC的输入变量(也称读取变量)为例；

步骤2：如图3所示，在OPC配置窗口中，需新建Plant。在Plant中新建M1 Target并输入Target(目标PLC)的IP地址及连接方式(M1_TCP)，当目标PLC能够联通，则说明OPC已经与PLC建立通讯。在目标PLC中可以新建数据组(Data Group)和数据项(Data Item)，且数据项中的数据从PLC的SVI变量列表中进行选择，，OPC平台已经与目标PLC建立了完整连接；

步骤3：Matlab仿真模型与OPC平台建立连接：

a)如图4所示，在Matlab命令窗口中输入“opctool”后回车，弹出 OPC配置界面；

b)如图5～图7所示，将电脑TCP/IP地址改为与目标PLC相匹配，右键“OPCNetwork”选择“Add Host”，保留默认值“local host”作为Host Name，点击“OK”，至此Hostand OPC Servers成功已经成功添加localhost，系统自动搜索设备，显示BACHMANN.OPCStandardServer.2；

c)如图8～图10所示，右键”BACHMANN.OPCStandardServer.2”选择“CreateClient”，则在MATLAB OPC Client下建立一个新的Client。此时显示状态Status为Disconnected，Name和Tag的内容可以修改。点击 Connect按钮，此时显示状态Status为Connected，证明已经连接成功；同时，左下角出现OPC Server的属性信息；

d)如图11～图13所示，右键新建的Client “localhost/BACHMANN.OPCStandardServer.2”选择“Add Group”，建立两个新的Group并重命名为：Input和Output。再在Input目录上右键选择“Add Item”，此时PLC的OPC配置已经设置好，在已经配好的Server中选择需要的输入变量，本例中选择 BACHMANN.OPCStandardServer.2/PLC1/Input/OPCTEST_P_dem，将变量移到右边，点击“Add”，即完成了输入变量的配置连接；

e)如图14、图15所示，右键单击Input，选择Export To，我们可以建立输入MATLAB模块，MATLAB自动生成OPC Configuration模块，将输入模块连接至MATLAB风电机组仿真模型即可实现与PLC的OPC连接；

如图16所示，巴合曼PLC控制器中的单台机组有功功率给定值P_dem 由1.3MW变化至1.2MW，再升至1.5MW，通过在Matlab中对OPC读取的P_dem以及风机模型输出P_act进行录播，图中虚线为OPC从PLC程序中读取的单台机组的有功功率给定值P_dem，实线为Matlab中风机模型输出的机组实际有功功率P_act，通过对比发现，从20s开始，仿真模型输出的实际有功与程序给定的有功功率基本重合。

至此，能够验证通过OPC，可以实现Matlab与PLC的半物理仿真平台搭建，并且能够从巴合曼PLC控制器中读取控制数据应用到Matlab Simulink仿真模型，且仿真效果良好。本发明实施例可大大减少主控程序开发人员的验证时间，便于随时修改验证程序，节约出差成本。

综上所述，借助于本发明实施例的基于OPC的Matlab Simulink与巴合曼PLC控制器的半物理仿真平台搭建方法，充分利用现有的PLC编程环境以及Matlab Simulink风电机组/风电场模型，本发明实施例提出了通过OPC 平台基于modbus TCP通信协议建立PLC与Matlab仿真模型的联系，搭建实时半物理仿真平台，让PLC中的控制代码直接作用于MatlabSimulink仿真模型进行验证，能够大大减少控制程序代码验证周期，节约验证成本。

装置实施例一

根据本发明实施例，提供了一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置，图17是本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置的示意图，如图17所示，根据本发明实施例的PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置具体包括：

编写模块170，用于在巴合曼PLC即目标PLC控制器中编写风电机组 /风电场控制程序，通过所述风电机组/风电场控制程序对Matlb simulink中的风电机组/风电场模型进行仿真控制；

第一连接模块172，用于在OPC配置窗口进行配置，建立OPC平台与目标PLC的完整连接；所述第一连接模块172具体用于：

在OPC配置窗口中，新建Plant，在Plant中新建M1 Target即目标PLC 并输入Target的IP地址及连接方式M1_TCP，建立OPC与目标PLC之间的通讯；

在目标PLC中新建数据组Data Group和数据项Data Item，其中，数据项中的数据从PLC的SVI变量列表中进行选择。

第二连接模块174，用于建立Matlb simulink中的风电机组/风电场模型与所述OPC的连接，完成PLC控制器的半物理仿真平台的搭建。所述第二连接模块174具体用于：

在Matlab simulink的命令窗口中弹出OPC配置界面；

将计算机的TCP/IP地址修改为与目标PLC相匹配，在“OPC Network”参数配置的“Add Host”参数中保留默认值“local host”作为Host Name，将Host and OPC Servers成功添加localhost，自动进行设备搜索，显示 BACHMANN.OPCStandardServer.2；

通过“BACHMANN.OPCStandardServer.2”参数配置的“Create Client”参数的MATLAB OPC Client下建立一个新的Client，此时显示状态Status 为Disconnected，对Name和Tag的内容修改，启动连接，显示状态Status 为已经连接成功，并显示OPC Server的属性信息；

在新建的Client“localhost/BACHMANN.OPCStandardServer.2”中选择“AddGroup”参数，建立两个新的Group并重命名为：Input和Output，在Input目录上选择“AddItem”参数，在已经配好的Server中选择需要的输入变量并进行添加，完成输入变量的配置连接；

在Input配置参数中选择Export To，建立输入MATLAB模块，其中， MATLAB模块自动生成OPC Configuration模块，将输入MATLAB模块连接至Matlb simulink中的风电机组/风电场模型实现与PLC的OPC连接。

本发明实施例是与上述方法实施例对应的装置实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。

装置实施例二

本发明实施例提供一种PLC控制器的半物理仿真平台搭建装置，如图 18所示，包括：存储器180、处理器182及存储在所述存储器180上并可在所述处理182上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器182 执行时实现如方法实施例中所述的步骤。

装置实施例三

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器182执行时实现如方法实施例中所述的步骤。

本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

需要说明的是，本说明书中关于存储介质的实施例与本说明书中关于基于区块链的服务提供方法的实施例基于同一发明构思，因此该实施例的具体实施可以参见前述对应的基于区块链的服务提供方法的实施，重复之处不再赘述。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

在20世纪30年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL 也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、 CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL (RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL (Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与 Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/ 或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等) 上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入 /输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书的一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。