【正文】 JCN _000 L MD 36 T MD 88 T MD 92 _000: BE 周期性中斷 OB35 程序 A Q JCN _00f FP M //置位 ，初始化 fb41 R Q = A //當(dāng) 為 1 時(shí)，用設(shè)定值，否則手動(dòng)賦值。實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)停止、程序控溫過(guò)程與定值控溫過(guò)程的自由切換，并在線修改整定參數(shù)并監(jiān)控溫控曲線的變化。其 E 點(diǎn)調(diào)節(jié)器的輸出值的大小和 F 點(diǎn)積分清零的條件以及 E、 F 兩點(diǎn)的時(shí)間需在要在具體調(diào)試中進(jìn)一步確定確定。 P I D控 制 器s p ( n ) m v ( n )e v ( n )執(zhí) 行過(guò) 程c ( n )Tc ( n ) 圖 26 帶死區(qū)輸出的 PID 控制框圖 其控制算式為 000 ev |ev(n) | ev |ev(n) |mv(n)mv(n) ?????? (14) 式 14 中，值 0ev 是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，具體值可以根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象由實(shí)驗(yàn)確定。必須確?？刂茙Х秶荒芴?。系統(tǒng)超調(diào)量 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ ，曲線穿越幅度明顯減小，在溫變的拐點(diǎn)幾乎沒(méi)有超調(diào)。系統(tǒng)超調(diào)較大，完全超過(guò)了系統(tǒng)的控制要求，主要是由于程序控溫段由升溫慣性所致。系統(tǒng)的超調(diào)量小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ ，由于第一溫變點(diǎn)約 60s 左右的滯后時(shí)間，使系統(tǒng)產(chǎn)生偏差，積分作用不斷累加為較大值輸出系統(tǒng)后偏差、輸出較小，這樣加熱便產(chǎn)生滯后，以至于進(jìn)一步產(chǎn)生較大偏差，積分進(jìn)一步累加為較大值，使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的穿越幅度。 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 16 圖 20 比例微分作用 PD調(diào)節(jié)控制曲線圖 （ 2）程序溫控 比例作用 P=119，微分作用 D=3，系統(tǒng)的最大穿越幅度 ℃ ，超調(diào)量小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ 。同時(shí) 為了總結(jié)溫度對(duì)象的 PID 控制規(guī)律，分別用 P、 PI、 PD、 PID 和改進(jìn)后的 PID 控制規(guī)律同時(shí)對(duì)鍋爐水溫進(jìn)行升高 10℃ 的定值控溫控制和程序控溫的控制過(guò)程。 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 13 執(zhí) 行 初 始 化程 序 OB100對(duì) 雙 字 MD0和 MD28賦 值 0程 序 結(jié) 束復(fù) 位 復(fù) 位 圖 16 初始化程序流程圖 5 溫度對(duì)象數(shù)學(xué)模型測(cè)試和 控制規(guī)律測(cè)試 溫度對(duì)象的數(shù)學(xué)模型測(cè)試 電加熱鍋爐水溫散熱較慢，為開(kāi)環(huán)非自衡環(huán)節(jié)，并且溫度對(duì)象有較大的滯后，所以把溫度對(duì)象等效為一階積分加純滯后環(huán)節(jié)，故傳遞函數(shù)為 τseT G(s)=i?s1 (8) 式 8 中STi1為一階積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)， se?? 為純滯后環(huán)節(jié)，輸入的階躍信號(hào)為 sK R(s)= (9) 故開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)為 s2 τesT KG(s)R(s)C (s)i?? (10) 拉氏反變換為時(shí)域函數(shù)為 τ)t(tTK(t) i ?? (11) 其中 τ)δ(t? 為脈沖函數(shù)，會(huì)使階躍響應(yīng)延遲一段時(shí)間。本算法同樣適用于任何其他相關(guān)控制系統(tǒng)，若如控制要求中有更多段升溫、恒溫或降溫過(guò)程，只需要在 FB1 在進(jìn)行多次調(diào)用 FC1 即可。 控溫程序的編寫 主程序 OB1 的編寫 語(yǔ)句表寫的控制程序中，在 OB1 編寫的程序中加入使控制系統(tǒng)既可以進(jìn)行定值控溫又可以進(jìn)行 溫度跟隨曲線動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的恒溫、升溫、恒溫的 程序控溫過(guò)程 ，同時(shí)又可以 進(jìn)行定值控溫與程序控溫的自由切換，同時(shí)加入拐點(diǎn)控制作用的觸發(fā)條件 。每個(gè)周期輸出的 脈沖寬度與輸入變量 INV 成正比，PER_TM 與 FB43 的處理周期是不同的， “PER_TM”是 FB43 處理周期的若干倍 (見(jiàn)圖10)。它的比例運(yùn)算、積分運(yùn)算（ INT）和微商運(yùn)算（ DIF）是并行連接的，基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 8 可以單獨(dú)激活或取消。當(dāng) ST 較小時(shí)，積分的誤差不大。圖形編輯器是用于創(chuàng)建過(guò)程畫面并使其動(dòng)態(tài)的編輯器，圖 6 為 WinCC 組態(tài)的過(guò)程畫面，包括趨勢(shì)畫面、過(guò)程值歸檔、I/O 域和控制按鈕的組態(tài)。 WinCC 使用變量管理器來(lái)組態(tài)變量。 T I1 0 1T c1 0 1上 位 機(jī)組 態(tài) 軟 件A I M : S M 3 3 1A I 8 * 1 2 b i tT E R W : N O1 41 5D O M : S M 3 2 21 6 * D C 2 4 / 0 . 5 AT E R W : N O21M P I+2 4 V+繼 電 器A 1A 2L 1T 1L 2T 2 加 熱 絲接 觸 器78T I T1 0 1T E1 0 1A I 8 1 8 智 能 儀 表J 型 熱 電 阻C P U 現(xiàn) 場(chǎng) 控 制 站操 作 臺(tái)9 1 023藍(lán)紅871 0 5 A C 2 2 0 V1 0 61 0 5 A C 2 2 0 V1 0 6 圖 2 鍋爐水溫控制 系統(tǒng)的制回路接線圖 3 軟件設(shè)計(jì)和組態(tài) SIMATIC STEP 7 習(xí)慣上將 STEP 7 稱為編程軟件，西門子稱之為標(biāo)準(zhǔn)工具。其中模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、 DC 420mA 和 DC 010V等多種不同類型和不同量程的模擬信號(hào)。輸入下線顯示值 dIL=，對(duì)外給定、變送輸出均有效，用于定義線性輸入信號(hào)下限刻度。 2 鍋爐溫控 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件介紹 傳感器 控制系統(tǒng)的傳感器是 J 型熱電偶，型號(hào)為 WRF120/Ⅱ 250，它是鐵 銅鎳熱電偶，它的正極 (JP)的化學(xué)成分為純鐵，負(fù)極 (JN)的化學(xué)成分為銅鎳合金。并對(duì)溫度對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的測(cè)試，并對(duì)傳統(tǒng) P、 PI、 PD、 PID的控制規(guī)律和本設(shè)改進(jìn)后的 PID 控制規(guī)律進(jìn)行控制。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。 ［ 關(guān)鍵詞 ］ 語(yǔ)句表； 溫度控制；控制帶；輸出死區(qū)；鈍角拐點(diǎn) 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。分別使用 P、 PI、 PD、 PID等規(guī)律進(jìn)行控制測(cè)試，在對(duì)監(jiān)控曲線對(duì)比分析的基礎(chǔ)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(diǎn)控制的程序控溫 PID調(diào)節(jié)規(guī)律。任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)。所以語(yǔ)句表編程是一個(gè)自動(dòng)化工程師應(yīng)該掌握的一門設(shè)計(jì)技術(shù)。 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 2 第 3 章介紹了項(xiàng)目軟件 SIMATIC STEP 7 和 SIMATIC WinCC 及其組態(tài)。輸出周期 Ctl=3，采用 SSR、可控硅、電流輸出時(shí)的建議設(shè)置。 （ 1）中央處理單元 (CPU) CPU模塊為 CPU314，訂貨號(hào)為 6ES73141AE040AB0。 被控對(duì)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(jī)構(gòu)（繼電器/接觸器）D/A轉(zhuǎn)換（SM32）控制器（CU314）測(cè)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(shè)計(jì) 加熱主回路的設(shè)計(jì)主要是在控制系統(tǒng)硬件已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上，對(duì)加熱回路線徑進(jìn)行選用。 WinCC 是按世界范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此從一開(kāi)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(dòng)程序的種類還在不斷地增加。變量記錄可以降低危險(xiǎn)，對(duì)錯(cuò)誤狀態(tài)進(jìn)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(hù)周期等。 對(duì)積分部分的近似處理，執(zhí)行 PID 控制功能塊的時(shí)間間隔 (PID 控制的采樣周期 )為ST ，第 n 次 PID 運(yùn)算時(shí)的時(shí)間為 nTS ，因?yàn)?PID 程序運(yùn)行時(shí)為 ST 常數(shù)，可以將 nTt S? 時(shí)PID 控制器的輸入量 )( SnTev 簡(jiǎn)寫為 ev(n)，輸出量 )( SnTmv 簡(jiǎn)寫為 mv(n)。 PID控制的系統(tǒng)功能塊的參數(shù)很多，可以通過(guò)功能塊的框圖 (見(jiàn)圖 8)學(xué)習(xí)和理解這些參數(shù)。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(jí) (two step)或三級(jí) (three step)PID 控制器。在調(diào)用 FB41 的一個(gè)周期內(nèi)增加調(diào)用 FB43 的次數(shù)，可以提高精度。 X / TY / C ),(A00 tc ),(B 11 tc),(C 22 tc ),(D 33 tc 圖 11 設(shè)定值曲線示意圖 編寫曲線控溫程序時(shí)，由于功能 FC 沒(méi)有一個(gè)永久的數(shù)據(jù)塊來(lái)存放數(shù)據(jù)，只在運(yùn)行期間會(huì)被分配一個(gè)臨時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)，又由于 AB、 BC、 CD 段計(jì)算公式相同， 為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程、增加程序的可讀性，計(jì)算公式 在功能 FC 中編寫，在 FB 中進(jìn)行多次調(diào)用功能FC1，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) AB、 BC、 CD 段控溫曲線的計(jì)算。 中斷服務(wù)程序 O