【正文】 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計 2 圖 1 前饋控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)傳遞函數(shù)如公式（ 1） )()()()()(1 sGsGsGsF s PCffPD ???? （ 1） 式中 Gpd(s)、 Gpc(s)分別為對象干擾通道與控制通道的傳遞函數(shù)。 以下列出前饋控制與反饋控制的一些不同： （ 1）前饋控制克服干擾比反饋控制及時。 由于前饋控制作用是按干擾進(jìn)行工作的，而且整個系統(tǒng)是開環(huán)的，因此根據(jù)一種干擾設(shè)置的前饋控制只能克服這一干擾，而對于其他干擾，由于這個前饋控制器無法感受到，也就無能為力了。 綜上所述，前饋反饋控制系統(tǒng)的 優(yōu)點在于： （ 1）由于增加了反饋控制回路，大大簡化了原有前饋控制系統(tǒng)。并且由于實驗條件有限外膽冷卻水也不能保證溫度恒定不變，所以我們在設(shè)計系統(tǒng)時也可以使內(nèi)膽水流動保持一個動態(tài)平衡。 由于對系統(tǒng)控制補償要求不高，同時溫度對象的傳遞函數(shù)難以求得，所以在實現(xiàn)前饋補償時我們用的是靜態(tài)前饋補償。 S7300 模塊 說明 本次設(shè)計主要是涉及到溫度、流量等模擬信號的采集，因此主要用到的是西門子的SM331 和 SM332 模塊?？梢暂敵?0~20mA 和 4~20mA 的電流信號，精度為 12 位。模擬量輸入模塊的模擬值與以百分?jǐn)?shù)表示的模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系為雙極性模擬量量 程（ 100%到 100%）分別對應(yīng)于模擬值 27648 到 27648。 OB1 用于循環(huán)處理，是用戶程序中的主程序。 （ 1） FB41 模塊說明。 %或物理值。 （ 2） FB43 模塊說明。 PER_TM:周期時間，脈沖寬度調(diào)制的恒定周期，對應(yīng)于 PID 控制器的采樣時間。下面介紹一下這兩個塊的幾個重要參數(shù)： IN:輸入?yún)?shù)， FC105 可以是 PIW，也可以是整數(shù)格式的存儲單元。 當(dāng)然，除去用以上兩個模塊外，我們也可以通過編程來實現(xiàn)量程之間的變換。 （ 2）內(nèi)部存儲器標(biāo)志位（ M）存儲器。給計數(shù)器分配的字用于存儲計數(shù)當(dāng)前值（ 0~999）。 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)識符、地址的字節(jié)部分和位部分組成，一個字節(jié)由 0~7 這 8 個位組成。 力 控監(jiān)控組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(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)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的 “ 組態(tài) ” 以 便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能 。 在設(shè)計程序之前我們首先插入 SIMATIC300 站點，并對 S7300PLC 進(jìn)行硬件組態(tài)。需要注意的是， 0~27648 是整數(shù)不是浮點數(shù)，在系統(tǒng)存儲器中是用一個字來存儲。首先在加熱過程中進(jìn)行手動的流量干擾如圖 10 所示。圖 14 為 FB43 功能塊。由于只是控制加熱絲的通斷，所以我們只需要用到 單極性兩級控制，將 MAN_ON，STEP3_ON， ST2BI_ON 設(shè)置為 FALSE 即可。所以將 SP_INT 設(shè)定為 176。 二 種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 （ 2） 系統(tǒng)偏差大，并且趨于非周期過程，需減小比例度。根據(jù)經(jīng)驗值，我們首先將 GAIN 設(shè)為 13，I 設(shè)為 2min，關(guān)閉微分作用。通過觀察穩(wěn)定時間明顯縮短，大約 10 分鐘作用。說明 前饋補償對外界的流量擾動起到了一定的作用。 當(dāng)然我們在做這次設(shè)計中還是遇到了一些問題。我們只通過對流量，液位的測量得出它們的對象傳遞函數(shù)。因此在設(shè)計控制系統(tǒng)時對于這個加熱絲的選擇如何匹配加熱對象也是一個很關(guān)鍵的問題。在設(shè) 計期間我們在殷老師的帶領(lǐng)下分工合作，各自發(fā)揮自己的特長，不斷培養(yǎng)著自己的團(tuán)隊合作精神。 此次畢業(yè)設(shè)計圓滿完成，這與因老師的指導(dǎo)是密不可分的。但是同 時我們也遇到了這樣那樣的問題。 (3)在組態(tài) PLC 的模擬量輸出模塊時要注意對量程和型號的選擇。但是在實際工程設(shè)計中卻是不行的。 結(jié)束語 我們最終比較順利的完成了這次設(shè)計。 圖 19 溫度曲線 圖 19 中紅色直線表示溫度設(shè) 定值。 圖 17 PI 作用下的溫度曲線 我們通過觀察穩(wěn)定時間較長（大約 30 分鐘），溫度控制達(dá)不到預(yù)想的效果。 （ 4） 曲線震蕩頻繁，穩(wěn)定度低且曲線偏離給定值后長時間不回來，需減少積分時間。 在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。接下來的工作就是調(diào)試 P、 I、 D 三個參數(shù)使得系統(tǒng)打達(dá)到制要求。因為OB35 的循環(huán)中斷時間為 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。在程序中 FB41 和 FB43 的各個參數(shù)在 DB41 和 DB43 中設(shè)置。 圖 11 靜態(tài)前饋補償系數(shù) 最后把采集的流量擾動乘以前饋補償系數(shù)并存儲在 MD12 中，并通過運算轉(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 15 DISV 端能夠識別的浮點數(shù)。如圖 8 和圖 9 所示。需要注意的是在選擇各個模塊時要注意訂貨號與實物保持一致，否則在下載時會提示出錯。 我們在這次設(shè)計中將用它來監(jiān)控 控制系統(tǒng)，修改參數(shù)并得到實時曲線。例如 是一個數(shù)字量輸入的地址，小數(shù)點前面的 3 是地址的字節(jié)部分，小數(shù)點后面的 2表示這個輸入點是 3 號字節(jié)中的第 2 位。 （ 5）數(shù)據(jù)塊（ DB）與背景數(shù)據(jù)塊（ DI）。 （ 3）定時器（ T）存儲器區(qū)。 S7300 系統(tǒng)存儲區(qū)分類 S7300 系統(tǒng)存儲區(qū)可分為一下幾類。 HI_LIM:輸入?yún)?shù)，實數(shù)，工程單位量程上限。 CYCLE:采樣時間，規(guī)定了相鄰兩次塊調(diào)用之間間隔的時間。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)制的二級或三級 PID 控制。 I_SEL:為 1 時激活積分作用，反之禁止積分作用，默認(rèn)值為 1?？梢宰鳛閱为毜?PID 恒值控制器，或者在多閉環(huán)控制中實現(xiàn)級聯(lián)控制、混合控制器和比例控制器。 OB100 程序在 CPU 執(zhí)行暖啟動時執(zhí)行，且只執(zhí)行一次，可用于變量的初始化。 （ 2） SM332 介紹 模擬量輸出模塊 SM332 用于將 CPU 傳送給它的數(shù)字轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號或電壓信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制，其主要組成部分是 D/A 轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號一般是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓、直流電流信號。但是因為本次設(shè)計所用到的設(shè)備是往年已經(jīng)準(zhǔn)備好的所以這些我們不需要考慮。是 一種數(shù)字運算操作的 電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。 很明顯，在這個系統(tǒng)中外膽流量的變化將做為系統(tǒng)的主要擾動。 （ 2）反饋回路的存在，降低了前饋控制模型的精度要求，為工程上實現(xiàn)比較簡單的通用型模型創(chuàng)造了條件。 前饋反饋控制系統(tǒng) 單純的前饋往往不能很好的補償干擾，存在著不少局限性，主要是單純前饋不存在被控變量的反饋，即對于補償?shù)男Ч麤]有檢驗的手段。 （ 2）前饋控制屬于“開環(huán)”控制系統(tǒng)。 單純的前饋控制系統(tǒng)根據(jù)對干擾補償?shù)奶攸c，可分為動態(tài)前饋控制及靜態(tài)前饋控制。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 。在這種情況下我們往往就需要借助別的控制方式。再通過 FB43 將 FB41 的輸出轉(zhuǎn)換成時間比例脈沖從而控制加熱絲，實現(xiàn)溫度前饋反饋控制。由于外膽冷卻水是循環(huán)的，因此一點少量的流量擾動即會對內(nèi)膽溫度產(chǎn)生影響。SIEMENS S7300 PLC 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計 目 錄 1 引言 ................................................................................................................................ 1 2 任務(wù)分析及控制方案的選擇 ........................................................................................ 1 前饋控制系統(tǒng) .................................................................................................... 1 前饋反饋控制系統(tǒng) ............................................................................................ 3 鍋爐 流量 水溫前饋反饋控制系統(tǒng)分析及控制方案選擇 ............................... 4 3 控制算法實現(xiàn)基礎(chǔ) S7300PLC 系統(tǒng)說明及組態(tài) ....................................................... 4 PLC 介紹 ............................................................................................................ 4 S7300PLC 說明 ...............................................