半实物仿真技术是仿真技术的重要组成部分,在工业技术研究领域的应用十分广阔,其中具有代表性的有航空航天技术、轨道控制技术和机械设计等技术。半实物仿真技术是在计算机仿真回路中接入一些实物对象,所以与实际系统的情况更加相似。本文是在工业装备先进控制系统(Advanced Control Systems for Industry in Equipments,ACSIE)过程控制实验室的原有条件下,对过程控制系统实验室的硬件设备进行了系统化集成,将实物过程对象与计算机虚拟的仿真模型相结合,设计了由PC机、西门子S7-300PLC以及现场仪器仪表等构成的半实物仿真实验系统。所建立的基于冷热介质直接混合的液位-温度半实物仿真实验系统具有耦合系统的特征,可作为一种经典的过程控制实验系统用于解耦控制系统实验研究。此外,该半实物仿真系统还具有常规的工业过程控制系统的众多研究功能,为解耦控制、模型预测控制及故障诊断等方面的先进控制研究提供了验证平台。本文针对现有实验装置的结构特点及实验设计需求,首先建立了温度的数学模型,并根据液位-温度的耦合关系,确定了前馈解耦的控制方案。然后结合实际控制要求,采用西门子S7-300PLC作为底层控制器及温度对象仿真单元,设计了单回路控制模块、温度对象仿真模块及解耦模块。最后,在上位机上以WinCC为平台,设计了相应的监控系统,实现了对系统的数据采集及监控。从系统运行的结果可以看出：所建立的半实物半仿真系统能够较为真实地反映液位温度的关联作用,可用于关联系统耦合度、静态解耦控制及动态解耦控制等实验。