【正文】 4） 靈活的便捷菜單 （ 5） 圖形對(duì)象豐富 。 取 自英國(guó)的 SCADA 系統(tǒng) Supervisory Control and Data Acquisition（ 數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng) ）。 圖 Step 名稱欄 菜單欄 工具欄 項(xiàng)目區(qū) 工作區(qū) 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)） 15 點(diǎn)開塊文件夾里的塊或者變量表會(huì)出現(xiàn)不同的窗口，例如點(diǎn)開 OB1 就可以出現(xiàn)對(duì)OB1 進(jìn)行編程的窗口（圖 ）， 我們可以選用梯形圖邏輯、語句表和功能塊圖進(jìn)行編程，值得注意的 是在使用 STEP 7 下載程序到 PLC 時(shí)要先設(shè)置好 PC/PG 接口。 在SM331 模塊中還涉及到了標(biāo)度變換，它會(huì)將 4～ 20mA 的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成 0～ 27648 的整數(shù)，占用一個(gè)字大小的系統(tǒng)儲(chǔ)存區(qū)。 電磁流量計(jì)的 工 作電壓為 220V，可以測(cè)量的流量范圍是 0～ ，測(cè)量 精度 是 %，測(cè)量結(jié)果 輸出 為 4～ 20mA 的直流電流 。 模擬量輸出（簡(jiǎn)稱 AO）模塊 SM332 有 3325HB0 3325HD0 3325HF00、 3327ND02四種分別支持 4（同步模式）點(diǎn)的模擬量輸出。 S7300 PLC 常用的數(shù)字量模塊有數(shù)字量輸入模塊 SM32數(shù)字量輸出模塊 SM322 和數(shù)字量輸入 /輸出模塊 SM323： 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)過程送來的數(shù)字量電平 轉(zhuǎn)換成 PLC 的內(nèi)部信號(hào)電平， SM321有四種型號(hào)可選：直流 16 點(diǎn)輸入、直流 32點(diǎn)輸入、交流 16 點(diǎn)輸入、交流 8點(diǎn)輸入。 目前 S7300 的 CPU 模塊大致可以分為以下幾類： 緊湊 型 CPU： CPU 312C、 CPU 313C、 CPU 314C2DP 等 。 PLC作為 集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已 經(jīng) 躍居 至 工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的首位。由圖 2可以看出該溫度主要由兩個(gè)因素共同決定一個(gè)是水的流量，流量加大，溫度降低；另一個(gè)是加熱管的基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)） 5 功率，功率加大，溫度升高。反饋系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它 引入 了 被 控 變量的變化作為輸入量 的參考依據(jù)，系統(tǒng)因此獲得了一定的自適應(yīng)能力。前饋控制的系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 前饋控制系統(tǒng)框圖 圖 上面那條支路為干擾通道支路，下面的支路是控制通道支路，因此，前饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： )()()( sG p csG f fsG p dRY ??? (公式 ) 當(dāng)滿足以下兩式時(shí)系統(tǒng)對(duì) R干擾可以實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償： 0?R , 0?Y 所以可以求得前饋控制器的傳遞函數(shù)為： )( )s()( sGpcGpdsGff ? （公式 ） 根據(jù)公式 中的負(fù)號(hào)可以看出控制器的作用跟擾動(dòng)的作用方向是相反的，起到了補(bǔ)償擾動(dòng)的作用。 過程控制是生產(chǎn)過程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。本設(shè)計(jì)將圍繞西門子 S7300 PLC 從前饋 反饋控制系統(tǒng)的介紹、 PLC 及測(cè)量變送儀表設(shè)備的選擇、軟件的展示及組態(tài)編程這三個(gè)方面來闡述鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，力求展示出前饋 反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 。 近年來，可編程控制器（ PLC）依托著可靠性高，抗干擾，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)得到了廣泛的運(yùn)用，隨著生產(chǎn)和編程的技術(shù)不斷進(jìn)步，越來越多的控制方式得以在 PLC 上實(shí)現(xiàn)。因此，越來越多場(chǎng)合的自動(dòng)化改造被提上了日程。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 基本背景知識(shí) 前饋 反饋控制 前饋控制系統(tǒng) 前饋控制，簡(jiǎn)稱 FFC（ Feed Forward Control）是一種開環(huán)的控制方式，它能根據(jù)干擾量的變化補(bǔ)償干擾量對(duì)被控量的影響， 其特點(diǎn)是當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還未發(fā)生變化以前， 就能 根據(jù)擾動(dòng)的大小進(jìn)行控制，以補(bǔ)償擾動(dòng) 產(chǎn)生的 影響 ,在理想狀態(tài)的前饋控制甚至可以實(shí)現(xiàn)無差 補(bǔ)償。 前饋 反饋控制系統(tǒng) 由于單純的前饋控制系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)，無法對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，但是我們的控制系統(tǒng)中往往不單只前饋控制器克服的那些擾動(dòng)還有一些次要擾動(dòng)，如果對(duì)每一個(gè)擾動(dòng)都設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的前饋控制器往往會(huì)使得系統(tǒng)過于繁瑣且經(jīng)濟(jì)成本太高，因此為了既經(jīng)濟(jì)又有較好的控制效果，保證輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性我們引入了反饋控制系統(tǒng)組成前饋反饋控制系統(tǒng)。鍋爐內(nèi)膽和夾套的水都來自磁力泵的管道，夾套的水一直在流動(dòng)起到帶走一部分熱量的作用因此又稱為冷卻水；鍋爐內(nèi)膽的水可以通過加熱管進(jìn)行加熱，它的溫度就是我們要控制的量。 PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用： 邏輯運(yùn)算； 弱電控制強(qiáng)電，所以 PLC 在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 S7300 PLC 的 CPU有 4種操作模式 分別 是 ： STARTUP（啟動(dòng)）、 RUN（運(yùn)行） 、 HOLD（保持） 和 STOP（停機(jī)） 。按輸入輸出量的不同信號(hào)模塊又可以分為數(shù)字量模塊和模擬量模塊兩類。 SM331 主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、光電隔離部件、模擬切換開關(guān)、恒流源、邏輯電路和補(bǔ)償電路等組成。 流量計(jì) 流量計(jì)是用來測(cè)量流體流量的儀表，本設(shè)計(jì)裝置的流量計(jì)有電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)兩種：電磁流量計(jì)用以測(cè)量 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的動(dòng)力支路，它的優(yōu)點(diǎn)是零點(diǎn)比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不受被測(cè)介質(zhì)壓力、溫度、粘度、密度等物理參數(shù) 變化的影響，反應(yīng)靈敏，輸出信號(hào)與流量成線性關(guān)系，量程比 較 寬。 模擬量信號(hào)的采集分為兩個(gè)過程一個(gè)是測(cè)量一個(gè)是變送，鍋爐內(nèi)膽水的溫度 由溫度傳感器采集后經(jīng)過 溫度變送器轉(zhuǎn)換成 成 4～ 20mA 的電流信號(hào)送入 S7300PLC 的模擬量輸入模塊（ SM331），同樣的，流量信號(hào)也是轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后才送入 SM331 模塊。 邏輯塊是含有一部分用戶程序的塊：邏輯塊包括組織塊（ OB）、功能塊（ FB）、功能（ FC）、系統(tǒng)功能塊（ SFB）、系統(tǒng)功能（ SFC），數(shù)據(jù)塊則只包含數(shù)據(jù) 沒有邏輯指令。這個(gè)整數(shù)信號(hào)應(yīng)該送至 FB41 的管腳，但是 FB41 又只能識(shí)別 0～1 的浮點(diǎn)數(shù)，因此在送入 FB41 之前我們將該整數(shù)經(jīng) FC105 轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)，其中溫度信號(hào)放在 FB41 的背景數(shù)據(jù)塊（ DB41）中，流量信號(hào)放在雙字寄存器 MD20 中，因此我們編寫的主要程序如下： 圖 流量 信號(hào) 的引入 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)） 17 圖 前饋系數(shù)的設(shè)置 圖 前饋補(bǔ)償?shù)挠?jì)算 圖 轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù) 圖 溫度信號(hào) 的引入 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 PID算法的實(shí)現(xiàn) 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)） 19 圖 對(duì)應(yīng)的 DB41數(shù)據(jù)塊 5 組態(tài)的建立 過程 組態(tài)軟件介紹 組態(tài)軟件，也被稱為組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。組態(tài)王正是提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具 。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 控制參數(shù)的 整定 一般來說，前饋控制器參數(shù) 的整定方法 有以下幾種： 1. 開環(huán)整定法 ：開環(huán)整定法是在系統(tǒng)斷開反饋回路的情況下，僅采用靜態(tài)前饋?zhàn)饔茫瑏砜朔?duì)被控參數(shù)影響的一種整定法。 工程經(jīng)驗(yàn)法是指根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)在控制系統(tǒng)上進(jìn)行邊監(jiān)測(cè)邊調(diào)整參數(shù)，通常利用臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法三種方法在實(shí)際中按照工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置大致的參數(shù)，按照調(diào)節(jié)效果的好壞再進(jìn)行整定。其實(shí)自動(dòng)化的定義是以機(jī)械代替將人類從手工勞動(dòng)中解放出來，既能提高生產(chǎn)效率又能節(jié)約人力成本，是一門博大精深的學(xué)問。如今，四年彈指而過，我已深深愛上這里，卻又即將離開。 如今，四年轉(zhuǎn)眼已過，前路漫漫而往事隨風(fēng)。 感謝我的導(dǎo)師李虎山老師，在論文的撰寫過程中，給予我細(xì)心的指導(dǎo)和中肯的建議。 無論如何，經(jīng)過一 個(gè)多月的努力， 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文 終于完成 了，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我體會(huì)到： 畢業(yè)設(shè)計(jì)是 一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程，從最初對(duì) 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng) 的模糊認(rèn)識(shí)到最后 從軟、硬件到實(shí)際控制都有一定的見解 ，我體會(huì)到實(shí)踐對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是明白 了 理論， 而 沒有經(jīng)過實(shí)踐考察，對(duì)知識(shí)的理解 往往 不夠明確， 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)真正實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際相結(jié)合 。這樣 最終我得出了一組控制效果較好的數(shù)據(jù)分別是： P=18； I=2min； D=10s， 此時(shí) 控制曲線如下圖所示： 圖 控制曲線圖 從圖 我們可 以看出反饋控制系統(tǒng)的控制效果還是比較好的，最終的溫度也能趨于穩(wěn)定，但是這樣是否意味著前饋控制沒有意義呢，下面我們通過一幅圖片來對(duì)比一廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 下不加入前饋控制與加入前饋控制之后的控制效果有什么不同： 圖 有無前饋控制效果對(duì)比 根據(jù)圖 ，在時(shí)間 600s 的時(shí)刻可以明顯看出加入前饋的控制系統(tǒng)要超前于沒加入前饋的控制系統(tǒng)，隨后有前饋的控制系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，而無前饋的控制系統(tǒng)直至 700s后才趨于穩(wěn)定。 2. 前饋 反饋整定法： 在圖 所示系統(tǒng)反饋回路整定好的基礎(chǔ)上，先合上開關(guān) K，使系統(tǒng)為前饋 反饋控制系統(tǒng)，然后由小到大調(diào)節(jié) KF值，可得到在擾動(dòng) f（ t）作用下如圖 所示的一系列響應(yīng)曲線，其中圖 (b) 所示的曲線補(bǔ)償效果最好。作為具有一定的地位的國(guó)內(nèi)本土品牌《組態(tài)王》，裝機(jī)量不容小視，同時(shí)其功能也是相當(dāng)完善的，而且上手較快，因此本次設(shè)計(jì)選用組態(tài)王來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的