Modelado, control y simulación de procesos mediante Matlab Simulink y PLC a través de protocolo OPC UA

Abstract

La dependencia de la disponibilidad del hardware en los laboratorios de automatización y control en la ETS de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación de la Universidad de Cantabria ha motivado la búsqueda de distintas formas de trabajo con los que poder llevar a cabo la simulación y el control de procesos sin necesidad de utilizar las plantas físicas. A través del entorno de programación MATLAB y su herramienta complementaria Simulink, llevaremos a cabo la construcción del modelo de proceso de las plantas de Control de Nivel de Tanque y Control de posición de motor DC existentes en el laboratorio anteriormente mencionado. Para la parte de control, utilizaremos un controlador proporcional, integral y derivativo (PID) configurado en un proyecto de Siemens TIA Portal V15.1, que descargaremos al controlador virtual PLCSIM Advanced V2.0 para probarlo en el contexto de los modelos de simulación. La comunicación entre el modelo en MATLAB Simulink y el controlador virtual se llevará a cabo a través del protocolo de comunicación OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), que nos permite el intercambio de datos en sistemas industriales. Se realizará un SCADA con WINCC, con el cual podremos manipular el control de las diferentes plantas a través de una Interfaz Humano Máquina (HMI), que es una pantalla interactiva simulada en la cual podremos proporcionar valores de entrada a nuestros modelos, observar la evolución de la respuesta ante esas entradas y cambiar los parámetros de nuestros controladores PID con el fin de poder ver cómo afectan al control del proceso. El fin de este proyecto es académico, para que aquellos alumnos de la Universidad de Cantabria que tengan asignaturas de automática y control puedan reforzar su conocimiento de la materia poniendo en práctica lo aprendido durante las clases teóricas

The dependency on hardware availability in the automation and control laboratories at the Industrial and Telecommunications School of Engineering of the University of Cantabria has motivated the search for different ways of working to carry out simulation and process control without the need to use physical plants. Through the MATLAB programming environment and its complementary tool Simulink, we will construct the process model of the Tank Level Control and DC Motor Position Control plants existing in the aforementioned laboratory. For the control part, we will use a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller configured in a Siemens TIA Portal V15.1 project, which we will download to the virtual controller PLCSIM Advanced V2.0 to test it within the simulation models context. Communication between the MATLAB Simulink model and the virtual controller will be conducted through the OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) communication protocol, allowing data exchange in industrial systems. A SCADA system will be implemented with WINCC, through which we can manipulate the control of different plants via a Human-Machine Interface (HMI), a simulated interactive screen where we can input values into our models, observe the response to these inputs, and adjust PID controller parameters to observe their impact on process control. The purpose of this project is academic, aimed at allowing students at the University of Cantabria taking courses in automation and control to reinforce their understanding by applying what they have learned in theoretical classes.