【正文】 規(guī)律 ............................................................................................ 16 PID 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 .......................................................................................... 17 改進的 PID 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 ............................................................................. 18 本章總結(jié) .................................................................................................................... 18 基于語句表編程的溫度控制程序設計 III 結(jié)束語 ...................................................................................................................................... 22 參考文獻 .................................................................................................................................. 23 附錄 .......................................................................................................................................... 24 致謝 .......................................................................................................................................... 31 基于語句表編程的溫度控制程序設計 1 1 引言 課題的意義 溫度是工業(yè)對象中主要的被控對象之一。 ［ 關(guān)鍵詞 ］ 語句表； 溫度控制；控制帶；輸出死區(qū)；鈍角拐點 Design of Temperature Control Program Based on Instruction List Programming Electrical Engineering and Automation Specialty XIE Zhiqiang Abstract: The design use the instruction list programming of Siemens S7300 PLC, calling FB41 PID modules and FB43 PWM modules to control the simulated industrial object about electric heating boiler water temperature. The design process includes the design of constant value temperature control and the heating curve tracking program temperature control. With the control study using the law of P PI PD and PID, and based on the parative analysis of monitoring curves, we can get the rules of constant value control PID regulation which added the controlzone and output deadzone auxiliary algorithm, and program temperature control PID regulation which added the obtuse angle inflection point control of variable parameters. When the traditional PID controller in the process of temperature control, both of these laws effectively overe the lag and overshooting phenomenon arising from the temperature inert and integral saturation. And in heat temperature overshoot, it achieved the obtuse angle control effect of inflection point which is nonovershotting and no less temperature and make the system adjusting time shorter. We can greatly improve the efficiency using the statements list programming. Compared with the the ladder diagram programming, the Instruction list program is short, the program execution is efficient. Key words: Instruction list。設計過程分別進行了定值控溫設計和對升溫曲線跟蹤的程序控溫設計。分別使用 P、 PI、 PD、 PID等規(guī)律進行控制測試，在對監(jiān)控曲線對比分析的基礎上，得到加入控制帶和輸出死區(qū)輔助算法的定值控溫 PID調(diào)節(jié)規(guī)律，以及加入變參數(shù)的 拐點控制的程序控溫 PID調(diào)節(jié)規(guī)律。 temperature control。任何物理變化和化學反應過程都與溫度密切相關(guān)。如果溫度控制系統(tǒng)有控制精度低、超調(diào)量大等缺點，就很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，但是對于積分溫度對象，由于它的積分特點，使得它的控制易出現(xiàn)欠條或超調(diào)，且超調(diào)后難以消除穩(wěn)態(tài)誤差 [1]。所以語句表編程是一個自動化工程師應該掌握的一門設計技術(shù)。結(jié)果表明改進后的 PID 的控制有效的克服了傳統(tǒng) PID 控制器在溫控過程中因溫控慣性和積分飽和而出現(xiàn)的滯后與超調(diào)現(xiàn)象。 基于語句表編程的溫度控制程序設計 2 第 3 章介紹了項目軟件 SIMATIC STEP 7 和 SIMATIC WinCC 及其組態(tài)。它具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好， J 型熱電偶的參數(shù)如表 1 所示。輸出周期 Ctl=3，采用 SSR、可控硅、電流輸出時的建議設置。輸入上線顯示值 dIH=，用于定義線性輸入信號上限刻度，與 dIL 配合使用。 （ 1）中央處理單元 (CPU) CPU模塊為 CPU314，訂貨號為 6ES73141AE040AB0。本次設計的控制系統(tǒng)選用的有以下兩種 SM 模塊：數(shù)字量輸出模 塊 SM322， 16 點輸出，點 訂貨號： 6ES7 3221BH010AA0。 被控對象（水溫）A/D轉(zhuǎn)換（SM31）sp(n)ev(n)mv(n) mv(t)c(t)pv(t)pv(n)PLC執(zhí)行機構(gòu)（繼電器/接觸器）D/A轉(zhuǎn)換（SM32）控制器（CU314）測量元件（熱電偶/智能儀表） 圖 1 鍋爐水溫控制系統(tǒng)的框圖 加熱主 回路的設計 加熱主回路的設計主要是在控制系統(tǒng)硬件已經(jīng)確定的基礎上，對加熱回路線徑進行選用。實際上 STEP 7 的功能已經(jīng)遠遠地超過了編程軟件的范疇。 WinCC 是按世界范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)進行設計的，因此從一開始就適合于世界上各主要制造生產(chǎn)商生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，如 AB， Modicon， GE 等，并且通訊驅(qū)動程序的種類還在不斷地增加。變量管理器對 項目所使用的變量和通訊驅(qū)動程序進行管理。變量記錄可以降低危險，對錯誤狀態(tài)進行早期檢查，從而提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化維護周期等。 圖 6 WinCC 過程畫面的組態(tài) 4 控制程序的設計 功能塊簡介 FB41“CONT_C”連續(xù)控制器 （ 1） PID 控制器的數(shù)字化 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 s)TsT(KEV (s)MV(s) DIP ??? 11 (3) 模擬量 PID 控制器的輸出表達式為 Mdtdev(t )Tev(t)dtTev(t)Kmv(t) DIp ??????? ??? ?1 (4) 式 4 中，控制器的輸入量（誤差信號） ev(t)=sp(t)pv(t)； sp(t)為設定值； pv(t)為過程變量（反饋值）； mv(t)是控制器的輸出信號； PK 為比例系數(shù)； IT 和 DT 分別為積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)； M 是積分部分的初始值。 對積分部分的近似處理，執(zhí)行 PID 控制功能塊的時間間隔 (PID 控制的采樣周期 )為ST ，第 n 次 PID 運算時的時間為 nTS ，因為 PID 程序運行時為 ST 常數(shù)，可以將 nTt S? 時PID 控制器的輸入量 )( SnTev 簡寫為 ev(n)，輸出量 )( SnTmv 簡寫為 mv(n)。 e v ( t )tOT sn T sE v ( n 1 )E v ( n ) 圖 7 積分的近似運算 式（ 4）中的微分用差分方程來近似，即令 sT)e v ( ne v ( n )ΔtΔ e v ( t)dtd e v ( t ) 1???? (5) 式 5 中， ev(n1)是第 n1 次采樣的誤差值，將積分和微分的近似表達式帶入表達式中，第 n 次采樣控制器的輸出為 ? ? M)e v ( ne v ( n )TTe v ( j )TTe v ( n )Kmv ( n ) SDnjISp ??????? ????? ?? 11 (6) （ 2） FB41“CONT_C”連續(xù)控制模塊 S7300/400 為用戶提供了功能強大、使用簡單方便的模擬量閉環(huán)控制功能。 PID控制的系統(tǒng)功能塊的參數(shù)很多，可以通過功能塊的框圖 (見圖 8)學習和理解這些參數(shù)。這就允許組態(tài)成 P、 PI、 PD 和 PID 調(diào)節(jié)器。該功能一般與連續(xù)控制器 “CONT_C”一起使用，用 FB43 可以構(gòu)建脈沖寬度調(diào)制的二級 (two step)或三級 (three step)PID 控制器。每個 PER_TM 周期調(diào)用 FB43 的次數(shù)反映了脈沖寬度的精度。在調(diào)用 FB41 的一個周期內(nèi)增加調(diào)用 FB43 的次數(shù)，可以提高精度。 對于程序控溫來說， STEP 7 中并無相應可用的功能塊，所以 在溫度控制程序中編寫一個來實現(xiàn)溫度曲線隨時間動態(tài)產(chǎn)生的的功能塊。 X / TY / C ),(A00 tc ),(B 11 tc),(C 22 tc ),(D 33 tc 圖 11 設定值曲線示意圖 編寫曲線控溫程序時，由于功能 FC 沒有一個永久的數(shù)據(jù)塊來存放數(shù)據(jù)，只在運行期間會被分配一個臨時的數(shù)據(jù)區(qū)，又由于 AB、 BC、 CD 段計算公式相同， 為了簡化設計過程、增加程序的可讀性，計算公式 在功能 FC 中編寫，在 FB 中進行多次調(diào)用功能FC1，來實現(xiàn)對 AB、 BC、 CD 段控溫曲線的計算。同時為了增加該塊的可利用性，在該塊的輸出參數(shù)中除了有對各段進行線性計算所的結(jié)果的輸出參數(shù) T_sp 外，還有系統(tǒng)運行時間輸出參數(shù) T_time(分鐘格式 )和各控溫段運行 時間結(jié)束標志輸出參數(shù) x x x3，可以分別用來在上位機上顯示程序控溫運行的時間長度和實現(xiàn)在任意段運行結(jié)束時溫控程序的結(jié)束。 中斷服務程序 OB35 的流程如圖 15 所示。對響應曲線的斜率沒有影響，所以iTK 就是實驗截取的響應曲線的斜率 [10]。 圖 18 繼電器不同開度下的響應曲線圖 如表 4 所示，時間為 10 分鐘下的繼電器不同開度的溫度響應曲線數(shù)據(jù)。 P 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 單獨的比例 作用 P 控制結(jié) 果如圖 19 所示。 兩次溫控整體控制效果比較好，滿足控制要求，但程序控溫超調(diào)量存在偶然性。第一溫變拐點系統(tǒng)有小段滯后時間，約 60s 左右， 在系統(tǒng)慣性作用下第二溫變拐點超調(diào)似乎很小，是由于被小幅度的曲線穿越抵消了系統(tǒng)慣性所致 。 （ 1）定值控溫 比例作用 P=5，積分作用 I=830，系統(tǒng)的超調(diào)小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差 ℃ ，調(diào)節(jié)時間 14min。 對比以上兩組可知