基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p&

2、gt;<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　

3、人們的生活和工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常會(huì)涉及到液位和流量的控制問(wèn)題和技術(shù)，例如食品加工、飲料生產(chǎn)，居民用水的供應(yīng)，污水處理，化工生產(chǎn)等各種行業(yè)的生產(chǎn)加工，都要使用蓄液池。本文主要講述了如何利用MATLAB軟件中的simulink來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)液位的控制系統(tǒng)。在實(shí)際的工業(yè)控制中，很多的控制系統(tǒng)往往不是集中在特定的某個(gè)地方，輸出和輸入可分別在不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，控制系統(tǒng)不僅可以控制本地的輸出輸入，還可以和遠(yuǎn)程的輸入輸出端進(jìn)行綁定操作，這就需要一個(gè)中間軟件系統(tǒng)來(lái)達(dá)

4、成，該技術(shù)能應(yīng)用到系統(tǒng)的各個(gè)部分，提供分布式系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)軟硬件的集成等。LabMap就是自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非常優(yōu)秀的軟件中間件。利用電腦、局域網(wǎng)、LabMap和CBB公司提供的基于LabMap的Wago控制系統(tǒng)的電機(jī)、溫度傳感、液位容器等硬件，組建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室，取名為Control and Automation Training System，簡(jiǎn)稱CATS。在實(shí)驗(yàn)室中可以通過(guò)一臺(tái)電腦控制多端硬件實(shí)習(xí)復(fù)雜多樣的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M，可

5、以綜合管理和各個(gè)節(jié)點(diǎn)分機(jī)管理，更加容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和修改問(wèn)題。本文章著重介紹這些軟硬件功能和運(yùn)用，根據(jù)這些軟硬件的設(shè)計(jì)的步驟</p><p>　　關(guān)鍵詞：MATLAB/Simulink、LabMap、液位控制、Wago系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　People's lives an

6、d industrial production are often related to level and flow control issues and technologies, such as food processing, beverage production, domestic water supply, sewage treatment, chemical production and other production

7、 and processing industries, have to use storage solution pool. This article describes how to use simulink MATLAB software to design experiments liquid level control system. In practice, industrial control, many control s

8、ystems are often not concentrated in a spec</p><p>　　Keywords: MATLAB / Simulink, LabMap, Liquid level control, Wago system, Remote control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&

9、lt;b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景、意義和目的1</p><p>　　1.1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.2 研究意義和目的1</p><p>　　1.2 主要研究的問(wèn)題2</p><p>　　2 必備基礎(chǔ)知識(shí)4</p>

10、;<p>　　2.1 “CATS”系統(tǒng)4</p><p>　　2.1.1 “CATS”中的硬件基礎(chǔ)“MTU”5</p><p>　　2.1.2 單機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)5</p><p>　　2.1.3 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)6</p><p>　　3 MATLAB/Simulink使用實(shí)驗(yàn)9</p><p>　　3.

11、1 MATLAB簡(jiǎn)介9</p><p>　　3.2 Simulink應(yīng)用實(shí)驗(yàn)9</p><p>　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容9</p><p>　　3.2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?</p><p>　　3.2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與過(guò)程10</p><p>　　4 LabMap的使用實(shí)驗(yàn)16</p><p&g

12、t;　　4.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容16</p><p>　　4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?6</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和過(guò)程16</p><p>　　4.3.1 軟總線LabMap16</p><p>　　4.3.2 Wago控制系統(tǒng)18</p><p>　　4.3.3 Wago系統(tǒng)模型19</p>&

13、lt;p>　　4.3.4 配置現(xiàn)場(chǎng)總線和PC之間的以太網(wǎng)TCP/IP連接23</p><p>　　4.3.5 用LabMap軟總線連接Wago系統(tǒng)25</p><p>　　4.3.6 利用MATLAB中的simulink來(lái)設(shè)計(jì)程序和仿真模擬30</p><p>　　4.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)32</p><p>　　5 Handle句柄的

14、設(shè)置實(shí)驗(yàn)33</p><p>　　5.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容33</p><p>　　5.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3</p><p>　　5.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程33</p><p>　　5.3.1 句柄的意義33</p><p>　　5.3.2 Lab Map的輸入和輸出句柄34</p><p>　　5.3.

15、3 創(chuàng)建一個(gè)新的Handle句柄34</p><p>　　5.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)38</p><p>　　6 灌裝液位檢測(cè)和監(jiān)測(cè)溢出39</p><p>　　6.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容39</p><p>　　6.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?9</p><p>　　6.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和過(guò)程40</p><p>　　

16、6.3.1 概述40</p><p>　　6.3.2 液位裝置接線圖41</p><p>　　6.3.3默認(rèn)的LabMap®句柄42</p><p>　　6.3.4 建立液位控制LabMap控制面板42</p><p>　　6.3.5 控制容器中水的流向45</p><p>　　6.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)4

17、6</p><p><b>　　7 結(jié)論48</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：49</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 課題研究背景、意義

18、和目的</p><p>　　1.1.1 研究背景</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，液位變量是最常見(jiàn)、最廣泛的過(guò)程參數(shù)之一。在居民生活用水的供應(yīng)，溶液過(guò)濾，污水處理，化工生產(chǎn)和飲料、食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類流體液位高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，他對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。</p><p>　　因此，需要設(shè)

19、計(jì)合適的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整水容器中的進(jìn)出流量，使容器中的水保持正常，或控制水的流量和液位達(dá)到作業(yè)的要求，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和效益。而這些不同背景下的實(shí)際問(wèn)題都可以簡(jiǎn)化成一種小型簡(jiǎn)單的水箱的液位控制問(wèn)題。液位一直是工業(yè)控制中的一個(gè)重要技術(shù)，如何在一個(gè)動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下對(duì)液位進(jìn)行精確的檢測(cè)和控制，需要采用合適的方法，要通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)才能等處結(jié)論。</p><p>　　在如今的液位控制中多數(shù)為MATLAB下的模糊控法，利用Si

20、mulink的仿真來(lái)得出結(jié)論。在如今網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程控制開(kāi)始廣泛使用于各種實(shí)驗(yàn)?zāi)M，甚至運(yùn)用于實(shí)際生活中的大勢(shì)下，液位控制的實(shí)驗(yàn)研究也開(kāi)始深入到該領(lǐng)域，LabMap作為當(dāng)今最優(yōu)秀的軟件中間件，在對(duì)液位控制領(lǐng)域還沒(méi)有得到廣泛深入的使用[1]。這次我們就要在該平臺(tái)下做對(duì)液位控制的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M。運(yùn)用MATLAB強(qiáng)大計(jì)算能力和LabMap的軟硬件的無(wú)縫鏈接，使液位控制能更加的快捷迅速和精準(zhǔn)無(wú)誤。[2]</p><p>　　

21、1.1.2 研究意義和目的</p><p>　　液位控制就是對(duì)容器內(nèi)液體的進(jìn)出量進(jìn)行控制，從而使液位保持在希望的數(shù)值上，雖然其應(yīng)用范圍廣泛，以及種類多樣，但是一些大型的液位控制系統(tǒng)普遍存在時(shí)滯性，以及出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，找問(wèn)題慢，修理費(fèi)時(shí)的情況，LabMap有效的解決時(shí)滯性，CATS網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了速找速查，管理落實(shí)到分布式系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)。[1]</p><p>　　MATLAB和Simulink

22、是控制系統(tǒng)領(lǐng)域中應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛軟件，MATLAB擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，易于實(shí)現(xiàn)的控制算法，而Simulink擁有高效真實(shí)的仿真和數(shù)據(jù)顯示能力。但MATLAB只停留在純數(shù)字仿真上，無(wú)法驗(yàn)證算法的真實(shí)性和有效性，大量的先進(jìn)算法都只在理論和純仿真的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。如果能通過(guò)MATLAB的Simulink直接實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，則可以直接有效的觀測(cè)控制效果，易于進(jìn)行控制算法的設(shè)計(jì)和控制效果的分析，提高工作效率[2]。因此結(jié)合我校CATS網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室

23、的建設(shè)進(jìn)行，提出了以LabMap技術(shù)為平臺(tái)，建立MATLAB與Wago系統(tǒng)的實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)。[2]</p><p>　　1.2 主要研究的問(wèn)題</p><p>　　LabMap 是一種軟件中間件技術(shù), 可應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的多個(gè)環(huán)節(jié)。支持分布式數(shù)據(jù)的訪問(wèn), 能將應(yīng)用層從具體的硬件中抽象出來(lái), 從而將硬件層從具體的應(yīng)用層剝離出去。它支持大量軟硬件構(gòu)件的無(wú)縫鏈接, 因此也支持構(gòu)件化的軟

24、件設(shè)計(jì)。MATLAB作為著名的工程計(jì)算軟件包，能進(jìn)行高效率的復(fù)雜運(yùn)算，可以很容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法，并且能夠方便地構(gòu)造復(fù)雜控制系統(tǒng)的模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。如果將它的數(shù)學(xué)建模與仿真功能和LabMap的無(wú)縫鏈接以及控制功能相結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，則可以在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造一種方便、實(shí)用的控制平臺(tái)。該平臺(tái)能夠在驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性及控制系統(tǒng)的有效性，取代實(shí)際系統(tǒng)的控制對(duì)象進(jìn)行模擬測(cè)試，不僅減少測(cè)試費(fèi)用，降低了直接作用于真實(shí)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，而且可以建立多種有指導(dǎo)意

25、義的對(duì)象模型，模擬更多的運(yùn)行控制系統(tǒng)，能安全、方便、快速地驗(yàn)證控制算法和系統(tǒng)的可行性，更全面真實(shí)地反映在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的效果，從而得到有實(shí)際意義的改進(jìn)策略和調(diào)整方法[6]。而且，在控制算法和控制系統(tǒng)真正投入實(shí)際工業(yè)過(guò)程之前，在實(shí)驗(yàn)室的模擬環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試和考核，可以避免實(shí)際工業(yè)過(guò)程中的大量安全保障問(wèn)題[3]。</p><p>　　在控制平臺(tái)的建立過(guò)程中，MATLAB與LabMap的連接是首要解決的問(wèn)題。Phoeni

26、x Contact為自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)提供的Phoenix I/O 系統(tǒng)支持快速而簡(jiǎn)單的I/O 模塊和系統(tǒng)集成。各種設(shè)備通過(guò)INTERBUS、其他現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)互相通信?；谲浛偩€LabMap 的工業(yè)控制系統(tǒng)是針對(duì)Phoenix I/O 系統(tǒng)的應(yīng)用而提出的一種具備高性能和高擴(kuò)展性的過(guò)程控制系統(tǒng)。LabMap對(duì)MATLAB/ Simulink 的擴(kuò)展接口更加擴(kuò)大了這種思路在各種工程框架的應(yīng)用范圍。該擴(kuò)展接口支持MATLAB/ Simulink

27、工作于仿真模式并實(shí)時(shí)控制硬件系統(tǒng), 仿真時(shí)間被映射到軟總線的實(shí)時(shí)控制[2]。</p><p>　　主要解決的問(wèn)題就是：使用LabMap中間件將MATLAB與現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)MATLAB仿真在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。通過(guò)MATLAB的Simulink實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)和控制設(shè)備[2]。利用MATLAB在工程計(jì)算方面的強(qiáng)大能力和組態(tài)軟件在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)方面的優(yōu)勢(shì)，使MATLAB仿真不再只局限于傳統(tǒng)的仿真，而能

28、在實(shí)際系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)算法。根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了4個(gè)實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　2 必備基礎(chǔ)知識(shí)</b></p><p>　　2.1 “CATS”系統(tǒng)</p><p>　　“CATS”全名Control and Automation Training System，中文名叫控制與自動(dòng)化專業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)于一體，只要應(yīng)用于控

29、制工程專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)和控制技術(shù)專業(yè)[11]。目前，各個(gè)大學(xué)以及高等職業(yè)院校的課程學(xué)習(xí)與研究變得更加緊密。因而在控制工程專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)以及控制技術(shù)專業(yè)，教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生能更有效的把理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)[7]。通過(guò)“CATS”實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自動(dòng)化領(lǐng)域的論文、仿真以及測(cè)試便可像實(shí)際工業(yè)應(yīng)用一樣，以一種易于理解的方式逐步建立起來(lái)[3]。</p><p>　　通過(guò)“CATS”實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及仿真軟件（例如Matlab/Si

30、mulink）就可以建立起一套完整的單機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備自帶軟實(shí)時(shí)請(qǐng)求（>10 ms），并且能在沒(méi)有外部實(shí)時(shí)操作環(huán)境的微軟操作系統(tǒng)下運(yùn)行。直接從軟件仿真到硬件測(cè)試，無(wú)需代碼匯編與下載[11]。</p><p>　　2.1.1 “CATS”中的硬件基礎(chǔ)“MTU”</p><p>　　圖2-1實(shí)驗(yàn)室各種器材</p><p>　　“MTU”全名More Train

31、ing Unit，更多的實(shí)驗(yàn)器材。如圖2-1所示，在實(shí)驗(yàn)室中集包含下列各個(gè)實(shí)驗(yàn)器材：MTU基本機(jī)架、溫度測(cè)量與控制模型、電阻、光源與光敏調(diào)整模式- PAE聚丙烯酸模型、金屬零件檢測(cè)和計(jì)數(shù)模型、灌裝溢出檢測(cè)和監(jiān)測(cè)水平[11]。</p><p>　　MTU的基本機(jī)架是一個(gè)多可用性的基本單位，為其他器材提供了一個(gè)統(tǒng)一的硬件接口的單位。</p><p>　　隨著硬件界面知識(shí)的發(fā)展，學(xué)生可通過(guò)“MT

32、U Basic Rack”來(lái)創(chuàng)辦和定制更有創(chuàng)意和實(shí)用的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.1.2 單機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)</p><p>　　隨著“MTU”實(shí)驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展，如在圖2-2所示，它顯示了如何控制工程工業(yè)分布。當(dāng)然原來(lái)的工業(yè)組件的工作原理也是一個(gè)優(yōu)秀導(dǎo)向和寶貴的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　圖2-2單機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)</p><p>　　

33、接口到Matlab / Simulink ®或NI LabVIEW，仿真和可視化工具的各種軟件與分布式處理，都可以用“MTU”進(jìn)行，如圖2-3所示。它也能成為HIL（硬件在環(huán)）前期開(kāi)發(fā)工具[11]。</p><p>　　圖2-3 LabVIEW</p><p>　　2.1.3 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)</p><p>　　通過(guò)軟總線LabMap® 的支持，網(wǎng)絡(luò)（

34、以太網(wǎng)/Modbus）中的每臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)都能對(duì)所有學(xué)生開(kāi)放，其工作原理好比網(wǎng)絡(luò)中的共享打印機(jī)[11]。</p><p>　　圖2-4網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)“一對(duì)多”</p><p>　　“一對(duì)多”概念同樣適用于對(duì)現(xiàn)存的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行低成本升級(jí)和網(wǎng)絡(luò)化。</p><p>　　圖2-5網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)“多對(duì)多”</p><p>　　“CATS”系統(tǒng)不僅擁有多樣的

35、實(shí)驗(yàn)器材，更加擁有多元化的實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象。除此之外，還可以在多平臺(tái)中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，如圖2-7所示，可以在MATLAB / Simulink、LabVIEW 和WinFACT中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真。本次實(shí)驗(yàn)采用是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為MATLAB / Simulink[11]。</p><p>　　圖2-6 多種仿真軟件</p><p>　　3 MATLAB/Simulink使用實(shí)驗(yàn)</p>&l

36、t;p>　　3.1 MATLAB簡(jiǎn)介 </p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)化軟件，主要用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。在最新的MATLAB版本中我們添加了新的工具模板LabMap，利用該工具可以方便地實(shí)現(xiàn)在MATL

37、AB中獲取外部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.2 Simulink應(yīng)用實(shí)驗(yàn)</p><p>　　Simulink 中的“Simu”一詞表示可用于計(jì)算機(jī)仿真，而“Link”一詞表示它能進(jìn)行系統(tǒng)連接，即把一系列模塊連接起來(lái)，構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)模型。作為MATLAB的一個(gè)重要組成部分，Simulink由于它所具有的上述的兩大功能和特色，以及所提供的可視化仿真環(huán)境、快捷簡(jiǎn)便的操作方法，而使其成為

38、目前最受歡迎的仿真軟件。因此設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)主要介紹Simulink的基本功能和基本操作方法，并通過(guò)舉例介紹如何利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真。</p><p>　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</p><p>　　學(xué)習(xí)Simulink實(shí)驗(yàn)的基本要求和基本操作。</p><p>　　認(rèn)識(shí)Simulink的模塊庫(kù)和進(jìn)行系統(tǒng)仿真。</p><p>

39、　　學(xué)習(xí)子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝的制作，并且能夠熟練操作。</p><p>　　3.2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/p><p>　　學(xué)習(xí)熟練使用MATLAB/Simulink。</p><p>　　熟悉并掌握Simulink的建模與仿真，以及子系統(tǒng)的建立，并且能根據(jù)實(shí)際需求制作封裝。</p><p>　　3.2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與過(guò)程</p>&l

40、t;p>　　Simulink 基本操作</p><p>　　利用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真的步驟是：</p><p>　　啟動(dòng)Simulink，打開(kāi)Simulink模塊庫(kù)</p><p><b>　　打開(kāi)空白模型窗口；</b></p><p>　　建立Smulink仿真模型；</p><p&g

41、t;　　設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行仿真；</p><p><b>　　輸出仿真結(jié)果。</b></p><p>　　啟動(dòng)Simulink</p><p>　　單擊MATLAB Command窗口工具條上的Simulink圖標(biāo)，或者在MATLAB命令窗口輸入simulink，即彈出圖3-1所示的模塊庫(kù)窗口界面(Simulink Library Browse

42、r)。該界面右邊的窗口給出Simulink所有的子模塊庫(kù)。</p><p><b>　　圖3-1 模塊庫(kù)</b></p><p>　　常用的子模塊庫(kù)有Sources(信號(hào)源)，Sink(顯示輸出),Continuous(線性連續(xù)系統(tǒng))，Discrete（線性離散系統(tǒng))，F(xiàn)unction & Table（函數(shù)與表格)，Math(數(shù)學(xué)運(yùn)算)， Discontinu

43、ities (非線性)，Demo（演示）等。</p><p>　　每個(gè)子模塊庫(kù)中包含同類型的標(biāo)準(zhǔn)模型，這些模塊可直接用于建立系統(tǒng)的Simulink框圖模型?？砂匆韵路椒ù蜷_(kāi)子模塊庫(kù)：</p><p>　　用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊某子模塊庫(kù)(如【Continuous】)，Simulink瀏覽器右邊的窗口即顯示該子模塊庫(kù)包含的全部標(biāo)準(zhǔn)模塊，如圖3-2。</p><p>　　圖3-

44、2模塊庫(kù)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)模塊</p><p><b>　　打開(kāi)空白模型窗口</b></p><p>　　模型窗口用來(lái)建立系統(tǒng)的仿真模型。只有先創(chuàng)建一個(gè)空白的模型窗口，才能將模塊庫(kù)的相應(yīng)模塊復(fù)制到該窗口，通過(guò)必要的連接，建立起Simulink仿真模型。也將這種窗口稱為Simulink仿真模型窗口。</p><p>　　以下方法可用于打開(kāi)一個(gè)空白模型窗口：

45、</p><p>　　在MATLAB主界面中選擇File，點(diǎn)擊New中的Model菜單項(xiàng)。</p><p>　　單擊模塊庫(kù)瀏覽器的新建圖標(biāo)。</p><p>　　選中模塊庫(kù)瀏覽器，選擇File，點(diǎn)擊New中的Model菜單項(xiàng)。</p><p>　　建立Simulink仿真模型</p><p>　　打開(kāi)Simulink模

46、型窗口(Untitled)</p><p><b>　　選取模塊或模塊組</b></p><p>　　在Simulink模型或模塊庫(kù)窗口內(nèi)，用鼠標(biāo)左鍵單擊所需模塊圖標(biāo)拖到空白模型窗口中，如圖3-3。</p><p>　　圖3-3 已建立模型窗口</p><p><b>　　模塊參數(shù)設(shè)置</b><

47、;/p><p>　　用鼠標(biāo)雙擊指定模塊圖標(biāo)，打開(kāi)模塊對(duì)話框，根據(jù)對(duì)話框欄目中提供的信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或修改。</p><p>　　雙擊模型窗口的傳遞函數(shù)模塊，彈出圖示對(duì)話框，在對(duì)話框中分別輸入分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)，點(diǎn)擊OK鍵，完成該模型的設(shè)置，如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 修改參數(shù)后的模型</p><p><b>　　

48、模塊的連接</b></p><p>　　按照?qǐng)D3-5完成剩余部分模塊的選擇、設(shè)置和連接，并保存。</p><p>　　圖3-5 連接完成的程序圖</p><p>　　Simulink模型窗口下仿真步驟</p><p>　　打開(kāi)Simulink仿真模型窗口，或打開(kāi)指定的.mdl文件。</p><p>　　設(shè)置

49、仿真參數(shù)：在模型窗口選取菜單【Simulation: Parameters】,彈出 “Simulation Parameters” 對(duì)話框，設(shè)置仿真參數(shù)如圖3-6，然后按【OK】即可。</p><p>　　在模型窗口選取菜單【Simulation: Start】，仿真開(kāi)始，至設(shè)置的仿真終止時(shí)間，仿真結(jié)束，過(guò)程中點(diǎn)擊模型Scope可得仿真波形圖。</p><p>　　圖3-6 仿真參數(shù)設(shè)置&

50、lt;/p><p><b>　　子系統(tǒng)創(chuàng)建與封裝</b></p><p>　　根據(jù)圖3-7所示，完成模型的選擇、參數(shù)設(shè)置和連接。</p><p>　　選中需要建立Subsystem的3個(gè)模型，Saturation、Transfer Fcn和Transfer Fcn1。</p><p>　　點(diǎn)擊模型窗口Edit菜單下的Crea

51、te Subsystem 命令，則所選定的模型組合自動(dòng)轉(zhuǎn)化成子系統(tǒng)，如圖3-8。</p><p>　　點(diǎn)擊模型窗口Edit 菜單下的Mask Subsystem命令，根據(jù)實(shí)際情況需要按提示步驟定義提示對(duì)話框及其特性、被封裝子系統(tǒng)的描述和幫助文檔和產(chǎn)生模塊圖標(biāo)的命令，得到封裝如圖3-9。</p><p>　　圖3-7 子系統(tǒng)初始模型圖</p><p>　　圖3-8 子

52、系統(tǒng)模型</p><p>　　圖3-9 子系統(tǒng)封裝</p><p>　　3.2.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)</p><p>　　通過(guò)對(duì)于Simulink的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)以及其最重要的建模、仿真和子系統(tǒng)封裝的實(shí)驗(yàn)，對(duì)Simulink有了基本的熟悉以及掌握，我們可以熟練的建立我們今后各種實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停⑶夷軌蛑庇^形象精準(zhǔn)的進(jìn)行仿真。在遇到數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有我們需要的實(shí)驗(yàn)?zāi)K時(shí)，我們可以根據(jù)理

53、論知識(shí)來(lái)建立實(shí)用的子系統(tǒng)封裝，大大簡(jiǎn)化了我們的模型，易于觀察及修改。希望通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，在以后的操作過(guò)程中能夠舉一反三，巧用Simulink。</p><p>　　4 LabMap的使用實(shí)驗(yàn)</p><p>　　Lab Map 是由德國(guó)CBB公司研發(fā)出的一種自動(dòng)控制領(lǐng)域中的的軟件中間件技術(shù), 可應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的多個(gè)環(huán)節(jié)。它支持分布式數(shù)據(jù)訪問(wèn), 能將應(yīng)用層從具體的硬件中抽象出來(lái),

54、從而將硬件層從具體的應(yīng)用層剝離出去。它還有一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是提供大量軟硬件構(gòu)件的無(wú)縫集成，及構(gòu)件化的軟件設(shè)計(jì)[5]。</p><p><b>　　4.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　學(xué)習(xí)了解Lab Map的基礎(chǔ)知識(shí)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)部件的屬性和說(shuō)明。</p><p>　　熟悉了解Wago控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊參數(shù)，以及軟總線和PC間的以太網(wǎng)連接設(shè)置。

55、</p><p>　　嘗試?yán)肔ab Map進(jìn)行簡(jiǎn)單操作電機(jī)馬達(dá)的使用實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　學(xué)習(xí)了解Lab Map的組成和工作流程，參數(shù)設(shè)置以及連接。</p><p>　　能夠基本利用Lab Map進(jìn)行簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的使用實(shí)驗(yàn)。</p><p>

56、;　　利用Lab Map控制界面，控制電機(jī)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)并且顯示輸入電壓以及馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和過(guò)程</p><p>　　4.3.1 軟總線LabMap</p><p>　　LabMap 軟總線具有兩個(gè)層次的抽象接口:應(yīng)用軟件接口和硬件驅(qū)動(dòng)接口。其應(yīng)用軟件接口層呈現(xiàn)的是一些標(biāo)準(zhǔn)的寄存器變量, 每一個(gè)寄存器變量都有類型、值、時(shí)間戳和I/ O

57、 方向等屬性。每個(gè)寄存器變量支持4 種基本的I/ O 操作[2]。</p><p>　　獲取: 安全地讀取每個(gè)寄存器變量的值, 讀取時(shí)保證值和時(shí)間戳的一致性, 這樣就避免了應(yīng)用中多任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)變量時(shí)的變量鎖定問(wèn)題。應(yīng)用程序不清楚變量值的來(lái)源，采用策略獲取變量的值。</p><p>　　設(shè)置: 安全地設(shè)置寄存器變量的值, 這種操作不會(huì)發(fā)起一個(gè)I/ O 操作。</p>&l

58、t;p>　　請(qǐng)求: 從底層硬件請(qǐng)求一個(gè)寄存器變量的最新值。這個(gè)操作由底層的硬件驅(qū)動(dòng)完成。這是個(gè)異步操作, 上層應(yīng)用不會(huì)被阻止直到該I/ O 操作完成, 因此可能存在一個(gè)非忙時(shí)的等待時(shí)間。</p><p>　　發(fā)送: 一個(gè)寄存器變量的當(dāng)前值被發(fā)送到底層硬件。跟請(qǐng)求操作類似, 上層應(yīng)用并不清楚這個(gè)操作, 而是由底層的硬件驅(qū)動(dòng)完成。</p><p>　　圖4-1 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于Lab

59、Map 軟總線的應(yīng)用數(shù)據(jù)工作流程。</p><p>　　軟件的中間件異步的完成大部分過(guò)程中激活的操作。硬件的I/O操作時(shí)最重要的一個(gè)例子，為了同步這些操作，軟件中間件提供了多種同步機(jī)制：</p><p>　　等待I/O操作完成，一個(gè)應(yīng)用程序可能會(huì)進(jìn)入有限時(shí)間的等待，直到包含變量的I/O操作完成[10]。</p><p><b>　　等待值發(fā)生變化。<

60、/b></p><p>　　黑板，應(yīng)用程序有時(shí)候需要跟蹤某個(gè)變量值的變化過(guò)程，如通過(guò)跟蹤信號(hào)觀察信號(hào)波形，通常的方法就是通過(guò)變量的來(lái)源和程序之間的某種通告機(jī)制獲取變量值的變化，不過(guò)這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的機(jī)制，在不占用系統(tǒng)資源的情況下很難實(shí)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)用程序異常結(jié)束時(shí)也存在資源泄漏問(wèn)題[5]。這里L(fēng)abMap軟總線采用了另一種方法：將變量的所有變化都記錄在一個(gè)黑板上并且保留一段時(shí)間，所有應(yīng)用程序都可以通過(guò)檢查黑板的內(nèi)容跟蹤

61、變量值的變化[2]。</p><p>　　圖 4-1 工作流程</p><p>　　4.3.2 Wago控制系統(tǒng)</p><p>　　PC通過(guò)端口與Wago-I/O-Syatem相連，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的控制。整個(gè)控制系統(tǒng)由Wago-I/O-System，LabMap軟件，Phoenix接口和 PC組成。Wago-I/O-System包括現(xiàn)場(chǎng)總線適配器，可編程現(xiàn)場(chǎng)總線控制器

62、，750系列數(shù)據(jù)量輸入輸出模塊，750系列模擬量輸入輸出模塊，WAGO-I/O-PRO編程軟件，Wago-I/O-CHECK啟動(dòng)和診斷工具軟件。以上配置根據(jù)具體的要求做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[4]。</p><p>　　根據(jù)水位處理各個(gè)環(huán)節(jié)需要采集數(shù)據(jù)和控制輸出的類型和數(shù)量，我們來(lái)確定Wago總線750系列的配置，然后通過(guò)總線連接到PC上。LabMap通過(guò)MODBUS協(xié)議與Wago-I/O-System相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位處理各

63、個(gè)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù)的及時(shí)采集，并可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的控制。使用Labmap軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視、報(bào)警和控制等功能[4]。</p><p>　　Wago-I/O-System產(chǎn)品的主要特點(diǎn)：</p><p>　　安裝容易。模塊化結(jié)構(gòu)，體積小，節(jié)省空間，即插即用；WAGO籠式彈簧技術(shù)，接線簡(jiǎn)單可靠，抗振動(dòng)性強(qiáng)，免維護(hù)。</p><p>　　使用靈活。用戶可以根據(jù)需要任意將

64、各種功能模塊組合在一起，并可根據(jù)需要隨時(shí)更換總線適配器和其他模塊，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線提供方便。</p><p>　　功能齊全。能適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式及串行口通訊；功能模塊品種多，功能齊全，包含有適用于各種電壓等級(jí)信號(hào)的開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入/輸出模塊，繼電器模塊，計(jì)數(shù)器模塊，電源模塊，接口模塊等。</p><p>　　設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)。每個(gè)模塊上的通道數(shù)量不多，為經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)提供了條件。&l

65、t;/p><p>　　連接快速簡(jiǎn)單。通過(guò)總線適配器將現(xiàn)場(chǎng)總線輸入/輸出系統(tǒng)快速連接到PLC或PC。</p><p>　　防護(hù)箱可達(dá)IP65防護(hù)等級(jí)。為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的發(fā)展，例如化工業(yè)、食品業(yè)等系統(tǒng)的防護(hù)要求，以及冶金、化工等工礦企業(yè)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，WAGO為750系列提供了具有IP65防護(hù)等級(jí)的防護(hù)箱。</p><p>　　Wago總線控制系統(tǒng)可以靈活地采用PRO

66、FIBUS，DericeNet，CANopen，MODBUS Ethernet，PROFINET等方案。</p><p>　　4.3.3 Wago系統(tǒng)模型</p><p>　　為了了解和更加清楚深刻的掌握基于LabMap總軟線的Wago控制系統(tǒng)，我們首先利用實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)來(lái)熟悉LabMap和Wago控制系統(tǒng)。該基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要為電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)[4]。</p><p

67、>　　圖4-2顯示的就是一個(gè)簡(jiǎn)單的電機(jī)馬達(dá)Wago系統(tǒng)模型。在PC上運(yùn)行的軟總線LabMap，LabMap和Wago I/O模塊通過(guò)以太網(wǎng)連接，I/O具有反饋功能。馬達(dá)從一個(gè)Wago的模擬信號(hào)輸出模塊獲取控制電壓，電壓先通過(guò)功率放大器。可以通過(guò)控制Wago中的增量編碼器測(cè)量和獲取馬達(dá)速度。LabMap控制輸出電壓和獲得馬達(dá)狀態(tài)[4]。</p><p>　　圖4-2 Wago系統(tǒng)模型</p>&

68、lt;p>　　該系統(tǒng)的I/O配置如下：</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器的MTU基本機(jī)架和終端</p><p>　　圖4-3現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器和終端的MTU基本架</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器WAGO的750-342</p><p>　　本W(wǎng)AGO的750-342是輸出模塊，可以通過(guò)Modbus通信/ TCP輸入。它的連接通過(guò)TCP

69、 / IP，UDP / IP或串行RS232。這些協(xié)議使這耦合器作為一個(gè)分散的邊緣。</p><p>　　圖4-4現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器WAGO的750-342</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議號(hào)碼可以用來(lái)傳送過(guò)程數(shù)據(jù)。使用這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以使通用辦公工廠之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器能提供遠(yuǎn)程維護(hù)，即無(wú)論什么位置都可以控制的過(guò)程。過(guò)程數(shù)據(jù)交換是通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。總線

70、耦合器支持所有I / O模塊，能自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)本地進(jìn)程映像。</p><p>　　2通道± 10V的模擬量輸出模塊WAGO的750-556</p><p>　　圖4-5 2通道± 10V的模擬量輸出模塊WAGO的750-556</p><p>　　模擬輸出模塊750-556及其變化創(chuàng)造一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)± 10 V的模塊有兩個(gè)短路保護(hù)，輸出

71、渠道，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接指揮布線兩個(gè)2到AO地面或AO 1和2和地面。通過(guò)這些信號(hào)傳輸AO1或AO2。</p><p>　　該頻道有一個(gè)共同點(diǎn)：盾牌（屏幕）（S）。盾牌（屏幕）直接連接到DIN導(dǎo)軌上。連接一個(gè)電容時(shí)自動(dòng)在DIN導(dǎo)軌上搶購(gòu)。</p><p>　　輸入信號(hào)進(jìn)行電氣隔離，將有12位傳輸?shù)囊豁?xiàng)決議的業(yè)務(wù)準(zhǔn)備和無(wú)故障的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線通信的途徑是通過(guò)一個(gè)函數(shù)的LED顯示。</p>

72、<p>　　電源電壓是通過(guò)內(nèi)部系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)。</p><p>　　其過(guò)程處理值的標(biāo)準(zhǔn)格式：</p><p>　　雙通道模擬輸入模塊（直流+/- 10V）750-479</p><p>　　圖4-6雙通道模擬輸入模塊 750-479</p><p>　　模擬輸入模塊750-479接受±10V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。它支持每個(gè)通

73、道16比特測(cè)量值和8比特可選狀態(tài)信息。數(shù)字化處理后的測(cè)量值是以一個(gè)字為單位輸入總線，對(duì)應(yīng)總線連接器里本地程序鏡像的輸出字節(jié)0和輸出字節(jié)1。</p><p>　　其過(guò)程處理值的標(biāo)準(zhǔn)格式：</p><p>　　4.3.4 配置現(xiàn)場(chǎng)總線和PC之間的以太網(wǎng)TCP/IP連接</p><p>　　整個(gè)配置過(guò)程分為以下幾部分： </p><p>　　啟動(dòng)W

74、AGO的BOOTP服務(wù)器就會(huì)出現(xiàn)如圖4-7的屏幕</p><p>　　圖4-7 Wago啟動(dòng)界面</p><p>　　點(diǎn)擊“Edit Bootptab “命令按鈕。記事本編輯器會(huì)出現(xiàn)一個(gè)文本文件，內(nèi)容如圖4-8 </p><p>　　圖4-8 bootptab文本</p><p>　　任何行以“＃“符號(hào)開(kāi)頭

75、的注釋，不會(huì)被處理。注意看最后一行，以“hamburg” 開(kāi)頭的那一行。如果一個(gè)網(wǎng)關(guān)地址是不能被使用（典型值），會(huì)在這一行的前面出現(xiàn)一個(gè)“＃“符號(hào)。</p><p>　　下一步用“KeinProxy“來(lái)開(kāi)始檢查線路。 “KeinProxy“是一個(gè)德語(yǔ)詞匯，</p><p>　　意思是“無(wú)代理“。這個(gè)詞可以更改為你想要的任何描述，以此來(lái)確定WAGO的以太網(wǎng)I/O設(shè)備[10]。</p&g

76、t;<p>　　從總線連接器的標(biāo)簽上獲取MAC地址，在本系統(tǒng)中MAC為00:30：DE:00：A8：DA。給總線連接器選擇IP地址，必須和其互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)網(wǎng)段，在本列中采用10.60.62.58，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。然后修改“bootptab.txt”文件中的“Example of entry with no gataway”下面的配置即可，同時(shí)標(biāo)識(shí)其不用[10]。</p><p>

77、;　　測(cè)試建立的以太網(wǎng)連接，在PC上的DOS提示命令符中輸入PING命令，檢測(cè)是否應(yīng)答正確[10]。</p><p>　　4.3.5 用LabMap軟總線連接Wago系統(tǒng)</p><p>　　本系統(tǒng)中，總線連接器和電腦上運(yùn)行的LabMap軟總線之間的ModBus/TCP連接時(shí)C/S結(jié)構(gòu)?？偩€連接器是服務(wù)器，軟總線上協(xié)議驅(qū)動(dòng)的實(shí)體是客戶端。因此，我們需要在軟總線上創(chuàng)建遠(yuǎn)端服務(wù)器標(biāo)識(shí)，MdoB

78、us. Wago:10.62.60.58, ModBus. Port:520[10]。 連接后的LabMap如圖4-9</p><p>　　圖4-9 LabMap用戶界面</p><p><b>　　具體操作過(guò)程如下：</b></p><p>　　首先雙擊打開(kāi)LabMap，在Handle欄中輸入100，出現(xiàn)如圖4-10窗口：</p>

79、<p>　　圖4-10 Create界面</p><p>　　選擇Input（輸入）和Real并在Real后的方框中設(shè)數(shù)據(jù)單位V，點(diǎn)擊Create it：</p><p>　　圖4-11 控制界面屬性</p><p>　　出現(xiàn)圖4-11窗口，按圖填好相應(yīng)的選項(xiàng)，點(diǎn)擊Apply and Save后，出現(xiàn)如圖4-12窗口：</p><p

80、>　　圖4-12 控制界面</p><p>　　燈顯示綠色，在Status一欄中顯示Success，說(shuō)明該端口的連接已經(jīng)成功。同理創(chuàng)建其他3個(gè)界面，具體參數(shù)如圖4-13、圖4-14和圖4-15：</p><p>　　圖4-13 句柄1控制界面</p><p>　　圖4-14 句柄101控制界面</p><p>　　圖4-15 句柄102

81、控制界面</p><p>　　補(bǔ)充說(shuō)明Handle（句柄）1，HOST界面創(chuàng)建時(shí)選擇Sting選項(xiàng)，而Handle（句柄）102，界面Encoder control在創(chuàng)建是選擇Integer（軟/硬件測(cè)量）。其中Handle（句柄）101，界面Ratation Rate創(chuàng)建時(shí)選擇Output和Real選項(xiàng)，并在Real中設(shè)置單位1/min。LabMap軟總線連接Wago系統(tǒng)就這樣連接完成。</p>

82、<p>　　4.3.6 利用MATLAB中的simulink來(lái)設(shè)計(jì)程序和仿真模擬</p><p>　　創(chuàng)建simulink程序圖并與LabMap操作界面連接</p><p>　　首先打開(kāi)MATLAB，并且點(diǎn)擊simulink library browser，創(chuàng)建新文件，找到LabMap Function Blockset數(shù)據(jù)庫(kù)，出現(xiàn)如圖4-16界面：</p><

83、;p>　　圖4-16 數(shù)據(jù)庫(kù)界面</p><p>　　將數(shù)據(jù)庫(kù)中的LabMapSend模塊拖到新建文件窗口中，并且添加Simulink中的基礎(chǔ)模塊Step到文件中，與LabMapSend模塊連接好，雙擊LabMapSend模塊選擇對(duì)應(yīng)的Handle（句柄）No100，將Step中的輸出電壓改為5V。如圖4-17：</p><p>　　圖4-17 Simulink程序界面</p&

84、gt;<p>　　將運(yùn)行時(shí)間修改為20s，保存文件。點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕就可以開(kāi)始運(yùn)行程序，馬達(dá)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并在20s后停止。</p><p><b>　　電機(jī)馬達(dá)轉(zhuǎn)速仿真</b></p><p>　　在運(yùn)行程序圖的基礎(chǔ)上添加輸出模塊和示波器。如圖4-18</p><p><b>　　圖4-18 程序圖</b><

85、/p><p>　　Get模塊選擇Handle（句柄）No101，點(diǎn)擊開(kāi)始出現(xiàn)如圖4-19波形圖，設(shè)置初始時(shí)間為0.3s，電壓從0V逐步上升的5V。</p><p>　　圖4-19 仿真波形圖</p><p><b>　　4.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　Lab Map作為國(guó)內(nèi)引進(jìn)的一個(gè)比較新的軟件中間件，對(duì)于他的

86、運(yùn)用性的了解還不夠徹底，當(dāng)然通過(guò)一些基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)我們以及深刻體會(huì)到其功能的強(qiáng)大，它的簡(jiǎn)單易懂的操作及原理，強(qiáng)大的無(wú)縫連接屬性，都可以說(shuō)是一個(gè)非常值得我們?nèi)ヌ接懙囊粋€(gè)新型軟件，這里的介紹實(shí)驗(yàn)實(shí)在是基礎(chǔ)，它的應(yīng)用范圍更加是廣闊無(wú)比，通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)到Simulink和Lab Map的結(jié)合的實(shí)用性和緊密型，了解Lab Map的運(yùn)用原理，能夠結(jié)合實(shí)驗(yàn)室其他器材自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和運(yùn)行。</p><p>　　5 Han

87、dle句柄的設(shè)置實(shí)驗(yàn)</p><p>　　在Lab Map的使用實(shí)驗(yàn)中，在建立控制界面的時(shí)候，需要在Handle一欄中輸入指定數(shù)字才能進(jìn)一步的設(shè)置和建立控制面板。那么Handle到底是什么呢？</p><p><b>　　5.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　了解Handle句柄的意義，對(duì)Lab Map系統(tǒng)的作用和價(jià)值。</p&g

88、t;<p>　　對(duì)多個(gè)Lab Map控制界面進(jìn)行句柄設(shè)置。</p><p><b>　　5.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　掌握Handle句柄的意義和基本操作設(shè)置。</p><p>　　熟悉Handle句柄設(shè)置的步驟以及不同參數(shù)的意義。</p><p><b>　　5.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程&l

89、t;/b></p><p>　　5.3.1 句柄的意義</p><p>　　從廣義上，能夠從一個(gè)數(shù)值拎起一大堆數(shù)據(jù)的東西都可以叫做句柄。句柄的英文是"Handle"，本義就是"柄"，只是在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，被特別地翻譯成"句柄"， 然后，指針其實(shí)也是一種"句柄"，只是由于指針同時(shí)擁有更特殊的含義——實(shí)實(shí)在在地

90、對(duì)應(yīng)內(nèi)存里地一個(gè)地址——所以，通常不把指針說(shuō)成是"句柄"。但指針也有著能從一個(gè)32位的值引用到一大堆數(shù)據(jù)的作用。是你與操作系統(tǒng)打交道的一把鑰匙。 </p><p>　　句柄，是整個(gè)windows編程的基礎(chǔ)，一個(gè)句柄是指使用的一個(gè)唯一的整數(shù)值，是指一個(gè)四字節(jié)長(zhǎng)的數(shù)值，用于標(biāo)志應(yīng)用程序中的不同對(duì)象和同類對(duì)象中的不同的實(shí)例，諸如，一個(gè)窗口，按鈕，圖標(biāo)，滾動(dòng)條，輸出設(shè)備，控件或者文件等。應(yīng)用程序

91、能夠通過(guò)句柄訪問(wèn)相應(yīng)的對(duì)象的信息。 </p><p>　　句柄不是一個(gè)指針，程序不能利用它句柄來(lái)直接閱讀文件中的信息。如果句柄不用在I/O文件中，它是毫無(wú)用處的。 </p><p>　　句柄是windows用來(lái)標(biāo)志應(yīng)用程序中建立的或是使用的唯一整數(shù)，windows使用了大量的句柄來(lái)來(lái)標(biāo)志很多對(duì)象。 </p><p>　　在這里很明顯，句柄是用來(lái)表示輸出設(shè)備和

92、控制系統(tǒng)的。</p><p>　　5.3.2 Lab Map的輸入和輸出句柄</p><p>　　中間件Lab Map公布了一組其本身的變量，也就是Handle句柄。每個(gè)句柄都有有一個(gè)類型，數(shù)值，時(shí)間戳和兩個(gè)I/O（輸入/輸出）方向。有4中支持類型的寄存器：Integer整數(shù)（32位有符號(hào)整數(shù)）、Real實(shí)際值（IEEE32位浮點(diǎn)）、String字符串（最多為64K字節(jié)長(zhǎng)）、Record記

93、錄（優(yōu)化數(shù)據(jù)交換使用）。</p><p>　　圖5-1顯示了Lab Map的 I / O和WAGO的I / O的關(guān)系，而Handle句柄在這里起到了一個(gè)關(guān)鍵作用，它接受來(lái)自上一層的數(shù)值響應(yīng)，再由它發(fā)送給Wago輸出模塊，所以這里Handle句柄對(duì)應(yīng)的是輸出硬件。</p><p>　　圖5-1 Lab Map輸入和輸出流程圖</p><p>　　5.3.3 創(chuàng)建一個(gè)新

94、的Handle句柄</p><p>　　啟動(dòng)LabMap.exe，出現(xiàn)如圖5-2界面。</p><p>　　圖5-2 Lab Map控制界面</p><p>　　在Handle句柄中輸入句柄號(hào)1001，在鍵盤上按下回車，就會(huì)出現(xiàn)如圖5-3的New register界面。</p><p>　　圖5-3 New register 界面</p

95、><p>　　正如在圖5-4中看到的，我們需要選擇點(diǎn)擊“Input”或“Output“，以確定的I / O方向，而根據(jù)要求我們?cè)谶@個(gè)新的Handle句柄中選擇“Input”。根據(jù)不同類型的硬件，我們應(yīng)該選擇一個(gè)合適的“Type”，這里我們需要做一個(gè)電壓輸入控制界面，所以應(yīng)該選擇一個(gè)Real實(shí)際值（IEEE32位浮點(diǎn)），并且輸入單位V，點(diǎn)擊Create it ，如圖5-4。</p><p>　　

96、圖 5-4 Handle句柄類型設(shè)置</p><p>　　在新的Handle句柄創(chuàng)建后，會(huì)彈出一個(gè)配置對(duì)話框，如圖5-5。在這里給新句柄輸入一個(gè)名字，并且設(shè)置延時(shí)“Timeout”。在Handle句柄類型一欄中，選擇ModBus替換掉Map，說(shuō)明下ModBus意思為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，在Lab Map中均為該協(xié)議設(shè)置。</p><p>　　圖5-5 Handle句柄配置框</p>

97、<p>　　配置新的Handle句柄，如圖5-6所示相同。如果在下面的組合框“Modbus server”是空的，則點(diǎn)擊“Add new“，并為Modbus server填寫的名稱和IP地址，然后點(diǎn)擊“Create it ”。在“Address”一欄中根據(jù)實(shí)際需要填寫該句柄對(duì)應(yīng)的端口。點(diǎn)擊按鈕“Scaler”出現(xiàn)該句柄的線性規(guī)模對(duì)話框，將其設(shè)置正確。</p><p>　　圖5-6 句柄配置框</p

98、><p>　　在配置對(duì)話框中點(diǎn)擊“Appy and Save”，一個(gè)新的Handle句柄創(chuàng)建完成了。彈出一個(gè)控制面板如圖5-7所示。點(diǎn)擊按鈕“Properties”，返回到句柄的配置對(duì)話框。點(diǎn)擊按鈕“Send the new value“，送一個(gè)新的值到相應(yīng)的硬件。</p><p><b>　　圖5-7 控制面板</b></p><p>　　這個(gè)新

99、建立起來(lái)的句柄控制面板，可以控制電壓的輸出。比如在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中，有溫度，亮度的測(cè)試裝置，該控制面板就可以發(fā)送不同的電壓到相應(yīng)的輸出硬件，來(lái)控制溫度的高低、加熱的快慢以及亮度的明暗。當(dāng)然在上面的Lab Map使用實(shí)驗(yàn)中，也可以控制電機(jī)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　在更加詳細(xì)的了解了Handle句柄的建立過(guò)程，以及過(guò)程中選項(xiàng)的意義后，我們可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的各種設(shè)備配置新的Handle句柄。</p>&

100、lt;p><b>　　5.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　Handle句柄作為電腦操作系統(tǒng)中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)指向性命令，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用是非常的廣泛的。在這里我們只是針對(duì)Lab Map的Handle句柄進(jìn)行了基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)和建立。我們基本掌握了該類型句柄的設(shè)計(jì)和建立，根據(jù)不同的情況以及實(shí)際的要求，將實(shí)驗(yàn)室中的各個(gè)器材建立起基于Lab Map的句柄控制界面，能夠有效的控制實(shí)驗(yàn)器

101、材，達(dá)到理想的控制效果。</p><p>　　6 灌裝液位檢測(cè)和監(jiān)測(cè)溢出</p><p>　　在進(jìn)行了簡(jiǎn)單的基于LabMap軟總線的電機(jī)馬達(dá)實(shí)驗(yàn)后，已經(jīng)基本掌握和清楚了，整個(gè)“CATS”系統(tǒng)的應(yīng)用和操作。那么，接下來(lái)再做液位的控制實(shí)驗(yàn)就變的更加簡(jiǎn)單了，這里我們主要做的是罐裝液體的雙向流動(dòng)，以及液位檢測(cè)和檢測(cè)溢出[8]。</p><p><b>　　6.1

102、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　熟悉液位控制裝置的硬件組成和接線，控制模塊的工作原理</p><p>　　利用Lab Map控制2容器間水的轉(zhuǎn)移，液位監(jiān)測(cè)器的顯示，以及自動(dòng)防止水溢出。</p><p><b>　　6.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　了解和掌握液位控制裝置和其工作原理，設(shè)計(jì)出能

103、有效控制裝置的Lab Map控制界面。</p><p>　　做到對(duì)容器閥門和水泵的控制，以及液位的顯示，利用Simulink建模做到對(duì)液位的控制。</p><p>　　6.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和過(guò)程</p><p><b>　　6.3.1 概述</b></p><p>　　圖6-1 MTU實(shí)驗(yàn)器材中的灌裝水平的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)溢出裝置

104、</p><p>　　如圖6-1所示，液位控制裝置主要有3個(gè)傳感器組成浮動(dòng)開(kāi)關(guān)作為液位監(jiān)測(cè)器，2個(gè)單向通道的開(kāi)關(guān)閥門和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，2個(gè)抽水泵，2個(gè)Wgao控制系統(tǒng)16通道數(shù)字輸入模塊750-1405。有了MTU的這個(gè)裝置，傳感器和驅(qū)動(dòng)器之間的可以積極互動(dòng)，這樣就可以達(dá)到本實(shí)驗(yàn)的目的是控制水位在指定的位置[9]。</p><p>　　6.3.2 液位裝置接線圖</p><p

105、>　　圖6-2 液位裝置接線圖</p><p>　　由接線圖可以非常清楚的看出該裝置的核心組成部分，主要有WAGO的Modbus總線耦合器、WAGO的16通道數(shù)字輸入模塊、WAGO的16通道數(shù)字輸出模塊、WAGO的前端模塊的Modbus、2個(gè)水泵電機(jī)和2個(gè)電磁閥。</p><p>　　16通道數(shù)字輸入模塊WAGO的750-1405</p><p>　　圖6-3

106、 16通道數(shù)字輸入模塊WAGO的750-1405</p><p>　　數(shù)字輸入模塊提供16個(gè)通道，而只需維持一個(gè)只有12毫米的寬度。它接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的二進(jìn)制數(shù)字控制信號(hào)（如：傳感器，編碼器，開(kāi)關(guān)或滑動(dòng)開(kāi)關(guān)）。該模塊具有可以直接插入固體籠連接導(dǎo)線直的功能。每個(gè)輸入通道都具有噪聲抑制與3.0ms RC的濾波器。綠色LED指示每個(gè)通道的切換狀態(tài)。</p><p>　　6.3.3默認(rèn)的LabMap&

107、#174;句柄</p><p>　　句柄100到句柄102：這3個(gè)對(duì)應(yīng)處理WAGO 750-1405模塊從通道1到通道3的數(shù)字輸入。他們都是LabMap®的輸出處理，是只占有一個(gè)位的過(guò)程值。因此，他們只有兩種可能的整數(shù)值“1”或“0”，即開(kāi)和關(guān)。</p><p>　　句柄200到句柄203：這4個(gè)對(duì)應(yīng)處理WAGO 750-1405模塊從通道1到通道4的數(shù)字輸出。他們都是LabMa

108、p®輸入處理，代表只占有一個(gè)位的過(guò)程值。因此，他們只有兩個(gè)可能的整數(shù)值“1”或“0“，即開(kāi)和關(guān)。這就建立了一個(gè)只接受整數(shù)值“1”和“0”的默認(rèn)保護(hù)。因此，任何輸入句柄的大于1的整數(shù)值都將視為1（開(kāi)）。比0小的整數(shù)，都將被視為0（關(guān)閉）。</p><p>　　6.3.4 建立液位控制LabMap控制面板</p><p>　　該實(shí)驗(yàn)要建立6個(gè)句柄控制界面，主要針對(duì)輸入模塊的2個(gè)水泵電

109、機(jī)和2個(gè)電磁閥，以及輸出模塊的3個(gè)浮動(dòng)開(kāi)關(guān)液位監(jiān)測(cè)裝置。操作步驟如下：</p><p>　　打開(kāi)LabMap程序，在Handle一欄中輸入句柄100回車，選擇Input和Integer，點(diǎn)擊Create it，在Properties中修改IP地址為10.60.62.94，由于只認(rèn)整數(shù)值“1”和“0”所以在選擇Bit field[FC15 write coils]后修改字節(jié)為1。其他設(shè)置參考圖5-4：</p&

110、gt;<p>　　圖6-4 句柄100界面</p><p>　　點(diǎn)擊Apply and Save 后對(duì)應(yīng)閥門1的LabMap控制界面就建立設(shè)置好了。同理依次建立其他3個(gè)輸入模塊控制界面和3個(gè)輸出控制模塊界面，在輸出控制模塊的建立中需選擇Output，其他設(shè)置和輸入模塊類似。這樣液位控制的LabMap控制界面就設(shè)置完成了，具體如圖5-5和圖5-6：</p><p>　　圖6-5

111、 輸入模塊控制界面</p><p>　　圖6-6 輸出模塊控制界面</p><p>　　6.3.5 控制容器中水的流向</p><p>　　參考圖6-1 句柄100和101對(duì)應(yīng)容器1的閥門1和水泵1，句柄102和103對(duì)應(yīng)容器2的閥門2和水泵2，句柄200對(duì)應(yīng)容器1中的液位監(jiān)測(cè)器1，句柄201和202分別對(duì)應(yīng)容器2中的液位監(jiān)測(cè)器2和3。</p><

112、;p>　　在實(shí)驗(yàn)之前將容器2中注滿水，則現(xiàn)在句柄200到句柄202的控制界面上的顯示依次為1、0和0,1表示浮動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，該位置的液位監(jiān)測(cè)器檢測(cè)到無(wú)液體，由于容器2中注滿水，所以檢測(cè)器2和3均顯示為0，表示液體以及溢過(guò)該液位。</p><p>　　首先在句柄100的控制界面中輸入1，點(diǎn)擊Send the new value（以下簡(jiǎn)稱S），打開(kāi)閥門1，再在句柄101的控制界面中輸入1，點(diǎn)擊S，水泵1啟動(dòng)，容器