【正文】 去用以上兩個(gè)模塊外，我們也可以通過編程來實(shí)現(xiàn)量程之間的變換。 過程映像輸入在用戶程序中的標(biāo)識(shí)符為 I，過程映像輸出在用戶程序中的標(biāo)識(shí)符為 Q。 （ 2）內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位（ M）存儲(chǔ)器。給定時(shí)器分配的字用于存儲(chǔ)時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)間值（ 0~999）。給計(jì)數(shù)器分配的字用于存儲(chǔ)計(jì)數(shù)當(dāng)前值（ 0~999）。 （ 6）外設(shè) I/O 區(qū)（ PI/PQ）。 I/O 模塊的地址分配 S7300 的數(shù)字量（或稱開關(guān)量）地址標(biāo)識(shí)符、地址的字節(jié)部分和位部分組成，一個(gè)字節(jié)由 0~7 這 8 個(gè)位組成。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 表 1 為 I/O 模塊的起始地址字節(jié)地址。 力 控監(jiān)控 組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的 “ 組態(tài)方式 ” 而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的 “ 組態(tài) ” 以 便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能 。溫度基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 傳感采集的溫度模擬信號(hào)經(jīng)過變送器變送成 4~20mA 的電流信號(hào)送入 S7300PLC 的SM331 模塊。 在設(shè)計(jì)程序之前我們首先插入 SIMATIC300 站點(diǎn)，并對(duì) S7300PLC 進(jìn)行硬件組態(tài)。 圖 6 S7300PLC 硬件組態(tài)示意圖 由于實(shí)驗(yàn)室沒有用到 IM 模塊，因此第三個(gè)槽位 在組態(tài)時(shí)要將其空出。需要注意的是， 0~27648 是整數(shù)不是浮點(diǎn)數(shù)，在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中是用一個(gè)字來存儲(chǔ)。由表 1 可知兩個(gè)信號(hào)的地址分別為 PIW292 和 PIW294。首先在加熱過程中進(jìn)行手動(dòng)的流量干擾如圖 10 所示。 圖 12 流量補(bǔ)償運(yùn)算 然后我們要編寫 PID 控制器，并引入前饋擾動(dòng)。圖 14 為 FB43 功能塊。在 DB41 和 DB43 中每個(gè)變量都有各自在數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)區(qū)的地址，如 DBB、 DBW、DBD 等。由于只是控制加熱絲 的通斷，所以我們只需要用到單極性兩級(jí)控制，將 MAN_ON，STEP3_ON， ST2BI_ON 設(shè)置為 FALSE 即可。 圖 15 DB43 塊 圖 16 為 DB41 的設(shè)置。所以將 SP_INT 設(shè)定為 176。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。 二 種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 （ 2）對(duì)于比例積分來說，先將積分時(shí)間無限大，按純比例作用正定比例度。 （ 2） 系統(tǒng)偏差大，并且趨于非周期過程，需減小比例度。 （ 6） 曲線震蕩頻繁，可以適當(dāng)減 少微分時(shí)間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，我們首先將 GAIN 設(shè)為 13，I 設(shè)為 2min，關(guān)閉微分作用。在更改參 數(shù)之后，控制效果較好。通過觀察穩(wěn)定時(shí)間明顯縮短，大約 10 分鐘作用。而后將設(shè)定值改為 45176。說明前饋補(bǔ)償對(duì)外界的流量擾動(dòng)起到了一定的作用。時(shí)，超調(diào)量小于 2176。 當(dāng)然我們?cè)谧鲞@次設(shè)計(jì)中還是遇到了一些問題。例如電纜線徑、傳感器量程、調(diào)節(jié)閥工作方式、加熱絲功率、 PLC 模塊等等。我們只通過對(duì)流量，液位的測(cè)量得出它們的對(duì)象傳遞函數(shù)。我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中曾多次遇到調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)錯(cuò)誤問題，當(dāng)時(shí)這個(gè)問題困擾了我們很長(zhǎng)時(shí)間。因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)對(duì)于這個(gè)加熱絲的選擇如何匹配加熱對(duì)象也是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。這也我們看到了自己和真正的自動(dòng)化工程師之間的差距。在設(shè)計(jì)期間我們?cè)谝罄蠋煹膸ьI(lǐng)下分工合作，各自發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，不斷培養(yǎng)著自己的團(tuán)隊(duì)合作精神。同時(shí)也向各位在設(shè)計(jì)中幫助過我的同學(xué)和老師表示感謝。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿完成，這與因老師的指導(dǎo)是密不可分的。 參考文獻(xiàn) [1] 孫洪程，李大宇，翁維勤． 《 過程控制工程 》 ．高等教育出版社， 2021 [2] 廖常初． 《 S7300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)第二版 》 ．機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2021 [3] 鐘肇，馮太合，陳宇居． 《 西門子 S7300系列 PLC及應(yīng)用軟件 STEP7》 [4] 程子華． 《 PLC原理與編 程實(shí)例分析 》 ．國(guó)防工業(yè)出版社， 2021 [5] 宮淑貞，王冬青，徐世許． 《 可編程控制器原理及應(yīng)用 》 ．人民郵電出版社， 2021． [6] SIMATIC用于 S7300和 S7400的標(biāo)準(zhǔn)軟件 PID控制用戶手冊(cè) [7] 柴瑞娟 ,陳海霞 .《西門子 PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用》 .機(jī)械工業(yè)出版社 [8] 王樹清 .《工業(yè)過程控制工程》 .化學(xué)工業(yè)出版社 致謝 為 期 16 周的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在設(shè)計(jì)當(dāng)中檢驗(yàn)了大學(xué)期間學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了好多實(shí)用的技術(shù)，受益頗多 。但是同時(shí)我們也遇到了這樣那樣的問題。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 (4)在溫度控制中由于加熱絲的功率想多較大，溫度對(duì)象的熱慣性也比較大。 (3)在組態(tài) PLC 的模擬量輸出模塊時(shí)要注意對(duì)量程和型號(hào)的選擇。 (2)在整定 PID 參數(shù)時(shí)大多還是用的經(jīng)驗(yàn)公式。但是在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中卻是不行的。左右達(dá)到了控制要求。 結(jié)束語 我們最終比較順利的完成了這次設(shè)計(jì)。左右，穩(wěn)態(tài)誤差在 1%左右。 圖 19 溫度曲線 圖 19 中紅色直線表示溫度設(shè)定值。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 18 PID 作用下的溫度曲線 在整定 P、 I、 D 參數(shù)時(shí)我們加入微分作用，一是起到一個(gè)提前調(diào)節(jié)作用；二是使得PID 輸出有一定震蕩，使得當(dāng)溫度接近設(shè)定值時(shí)通斷頻繁一點(diǎn)。 圖 17 PI 作用下的溫度曲線 我們通過觀察穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)（大約 30 分鐘），溫度控制達(dá)不到預(yù)想的效果。因此在加熱時(shí)熱慣性很大，一般當(dāng)加熱絲停止加熱時(shí)溫度能超調(diào)兩度左右。 （ 4） 曲線震蕩頻繁，穩(wěn)定度低且曲線偏離給定值后長(zhǎng)時(shí)間不回來，需減少積分時(shí)間。 （ 3）對(duì)于 PID 控制，先將微分時(shí)間置零，按照調(diào)比例積分 控制方法得到滿意取先后將比例度將到比原值?。?10～ 20） %位置，適當(dāng)減小積分時(shí)間后，將微分時(shí)間逐漸加大，直到獲得滿意的曲線。 在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。接下來的工作就是調(diào)試 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)使得系統(tǒng)打達(dá)到制要求。再 將 P_SEL， I_SEL設(shè)置為 TRUE,D_SEL 設(shè)置為 FALSE 使 FB41 成為一個(gè) PI 控制器（必要時(shí)可加上微分）。因?yàn)镺B35 的循環(huán)中斷時(shí)間為 100MS（即 PULSEGEN 100MS 調(diào)用一次），由于控制器 FB43的輸出周期為 4S，所以每調(diào)用一次 FB41 就調(diào)用 40 次 FB43。 圖 15 為 DB43 中的主要設(shè)置。在程序中 FB41 和 FB43 的各個(gè)參數(shù)在 DB41 和 DB43 中設(shè)置。 接下來要將 FB41 的輸出接入脈沖發(fā)生器 FB43 轉(zhuǎn)換成脈沖序列控制繼電器的通斷。 圖 11 靜態(tài)前饋補(bǔ)償系數(shù) 最后把采集的流量擾動(dòng)乘以前饋補(bǔ)償系數(shù)并存儲(chǔ)在 MD12 中，并通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換為基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 DISV 端能夠識(shí)別的浮點(diǎn)數(shù)。因此轉(zhuǎn)換后的值分別存放在 和 MD20 中。如圖 8 和圖 9 所示。同時(shí)為了防止積分飽和所以在 OB1 中設(shè)置了“積分分離控制帶”及時(shí)切除和啟動(dòng)積分作用（程序見后附圖） 我們?cè)?OB35 中編寫 PID 控制程序。需要注意的是在選擇各個(gè)模塊時(shí)要注意訂貨號(hào)與實(shí)物保持一致，否則在下載時(shí)會(huì)提示出錯(cuò)。 S7300PLC 程序的實(shí)現(xiàn) S7300PLC 硬件組態(tài) 本次設(shè)計(jì)使用 S7300PLC 來實(shí)現(xiàn)前饋反饋控制。 我 們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中將用它來監(jiān)控控制系統(tǒng)，修改參數(shù)并得到實(shí)時(shí)曲線。 在使用 STEP7 給 PLC 下程序時(shí)要先設(shè)置好 PC/PG 接口。例如 是一個(gè)數(shù)字量輸入的地址，小數(shù)點(diǎn)前面的 3 是地址的字節(jié)部分，小數(shù)點(diǎn)后面的 2表示這個(gè)輸入點(diǎn)是 3 號(hào)字節(jié)中的第 2 位?？梢园醋止?jié)（ PIB 或 PQB）、字（ PIW 或 PQW）或雙字（ PID 或 PQD）訪問，不能以位為單位訪問 PI 和 PQ。 （ 5）數(shù)據(jù)塊（ DB）與背景數(shù)據(jù)塊（ DI）。 （ 4）計(jì)數(shù)器（ C）存儲(chǔ)器區(qū)。 （ 3）定時(shí)器（ T）存儲(chǔ)器區(qū)。在程序循環(huán)掃描過程中，將程序運(yùn)算得到的輸出值寫入過程映像輸出表。 S7300 系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)分類 S7300 系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)可分為一下幾類。如果框中功能執(zhí)行正常 ，輸出值為 0，反之為 1. OUT:輸出參數(shù)， FC105 的為浮點(diǎn)數(shù)，輸出工程單位實(shí)數(shù)值。 HI_LIM:輸入?yún)?shù)，實(shí)數(shù)，工程單位量程上限。在 處理后的數(shù)值輸出給 SM332 之前也要經(jīng)過一個(gè)變換。 CYCLE:采樣時(shí)間，規(guī)定了相鄰兩次塊調(diào)用之間間隔的時(shí)間。下面介紹 FB43 幾個(gè)常用的參數(shù)： MAN_ON:手動(dòng)模式打開，可以手動(dòng)設(shè)置輸出信號(hào)。該功能一般 與連續(xù)控制器 FB41 一起使用， FB43 可以構(gòu)建脈沖寬度調(diào)制的二級(jí)或三級(jí) PID 控制。 LMN_HLM:控制器輸出上限值。 I_SEL:為 1 時(shí)激活積分作用，反之禁止積分作用，