【正文】 B35 的流程如圖 15 所示。 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據。 兩次溫控整體控制效果比較好，滿足控制要求，但程序控溫超調量存在偶然性。 （ 1）定值控溫 比例作用 P=5，積分作用 I=830，系統(tǒng)的超調小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差 ℃ ，調節(jié)時間 14min。 控制結果如圖 22 所示。系統(tǒng)超調量小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ ，調節(jié)時間為 9min 左右。 ts p ( n )e v ( n ) 0 時 積 分 面 積e v ( n ) 0 時 積 分 面 積 圖 24 定值控溫積分量累積 為了解決引入積分作用所帶來的問題，引入控制帶，控制帶是一種遇限消弱積分項的 PID 控制，對消除系統(tǒng)超調和縮短調節(jié)時間非常有效 [12]。如果最大或最小可調節(jié)變量輸出遠沒有達到新工作點所要求的可調節(jié)變量，則控制帶會導致在不過調或欠調的情況下，使調節(jié)盡快穩(wěn)定。 （ 3） 變參數的鈍角拐點 PID 控制 如圖 27 所示為程序控溫拐點圖。采用語句表編程，大大提高了編程效率，和梯形圖編程相比，源程序短，程序執(zhí)行效率高。 JCN _001 L MD 4 T MD 68 JC _002 _001: L MD 72 T MD 68 _002: L MW 104 //計數 100 次， 5s。 （ 2）在 WinCC 進行了變量組和 IO 域組態(tài)，設計了鍋爐溫度的監(jiān)控畫面。在第二溫變拐點 C 提前一基于語句表編程的溫度控制程序設計 21 定時間 (在 F 點的時間 )消弱調節(jié) 器的積分項輸出來抵消系統(tǒng)的慣性。當誤差的絕對值超過設定值 0ev 時，開始正常的 PID 控制。當 偏差值 |ev(n)|≤ ε 時，采用正常的 PID 控制來實現系統(tǒng)的精度控制， ε 是一個可調參數， ε 大小要大于控制系統(tǒng)最大慣量，其值可以根據實際現場控制對象特點，根據調試效果而確定，本控制系統(tǒng)中 ε=℃ 。 （ 2） 程序控溫 比例作用 P=50，積分作用 I=120，微分作用 D=10，穿越幅度小于 ℃ 。 （ 2） 程序控溫 比例作用 P=108，積分作用 I=380，微分作用 D=8，剛開始系統(tǒng)的穿越幅度為 ℃ ，接下來穿越幅度逐漸減小，但最后卻達到 ℃ 。 （ 2）程序控溫 比例作用 P=105，積分作用 I=350，開始時系統(tǒng)的穿越幅度為 ℃ ，緊接著 系統(tǒng)穿越幅度減小，但隨后最大穿越幅度卻達到 ℃ 。 （ 1） 定值溫控 比例作用 P=12，微分作用 D=7，系統(tǒng)的超調小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差 ℃ ，調節(jié)時間 10min 左右。溫度對象的傳遞函數模型為 (s) ?? (12) 表 4 對不同繼電器開度下測得曲線參數表 繼電器輸出開度 升溫范圍 滯后時間 溫度曲線斜率 Ti 40% ~℃ 76s 60% ~ ℃ 66s 80% ~℃ 58s 100% ~℃ 54s 40%開度 60%開度 80%開度 100%開度 基于語句表編程的溫度控制程序設計 15 溫度 控制規(guī)律的測試 隨著工業(yè)的發(fā)展，在某些熱處理工業(yè)要求中，需要 溫度控制過程對升溫斜率有要求，即按照一定的恒溫、升溫、恒溫的曲線控制溫度，即程序控 溫過程。如圖 16 為 暖啟動 OB100 的初始化程序流程圖，主要復位各個開關和輸出。 執(zhí) 行 F B 1計 算 當 前時 間 t m xt m x t m 1 ？是裝 載 系統(tǒng) 時 鐘調 用 F C 1 ， 對 A B 段進 行 線 性 計 算否程 序 結 束t m x t m 2 ？否T m x t m 3 ？否是是調 用 F C 1 ， 對 B C 段進 行 線 性 計 算調 用 F C 1 ， 對 C D 段進 行 線 性 計 算 執(zhí)行FC1裝在運行時間程序結束裝在設定點坐標112112 Ttt)t) ( tT(TTmmmm ???執(zhí)行計算：結束時間觸發(fā)X 圖 12 程序控溫算法流程 圖 如圖 13 所示為語句表下調用的程序控溫算法功能塊 FB1 和功能 FC1， FB1 輸入參數包括 START、 tm tm tm T T T T4，分別表示啟動該塊、各段的運行基于語句表編程的溫度控制程序設計 11 時間（以 ms 為時間單位）和溫度設定點（浮點格式）。本課題控制值的分辨率為 1%。 FB 43 通過調制脈沖寬度，將輸入變量 INV(即 PID 控制器的輸出量 LMN)轉換為具基于語句表編程的溫度控制程序設計 9 有恒定周期的脈沖列，該恒定周期用周期時間 PER_TM 來設置， PER_TM 應與“CONT_C”的采樣周期 CYCLE 相同。 FB4 的算法設計完善，使用靈活。為了書寫方便將 SS )( TnjTev 簡寫為 ev(j)，各塊矩形面積為 ??n evT1S )(j j。 圖 5 過程值歸檔組態(tài)圖 基于語句表編程的溫度控制程序設計 6 在 WinCC 中，通過構建與實際生產過程相關聯的過程畫面，可以實時而形象地反映出當前的生產狀態(tài) ，從而可以更加直觀地對產品的生產流程進行監(jiān)控和管理，而這一過程中的畫面組態(tài)主要是通過圖形編輯器來實現的 [6]。 WinCC 的變量系統(tǒng)是變量管理器。 （ 1）加熱回路電流 I 估算 由于鍋爐為功率為 ，為純阻性負載，所以功率因數 cosφ 為 1，所以加熱回路電流 I為 PI 7562202000cos ??? (2) （ 2）導線的選用 表 3 銅導線載流量與截面積之間的關系表 導線截面積（ 2mm ） 1 4 6 10 16 25 載流是截面倍數 9 8 7 6 5 4 載流量（ A） 9 14 23 32 42 60 80 100 220V電功率（ W） 380V電功率（ W） 由表 3 銅導線載流量與截面積之間的關系可知道，加熱回路導線選用 BVV2*1 (載流量為 A )銅芯聚氯已烯絕緣聚氯已烯護套兩芯每芯截面積為 1 2mm ；則鍋爐水溫控制系統(tǒng)的制回路接線圖如圖 2 所示。信號模塊主要有數字量輸入模塊SM321 和數字量輸出模塊 SM322，模擬量輸入模塊 SM331 和模擬量輸出模塊 SM332。小數點位置 dIP=1，線性輸入時，定義的小數點位置，表示溫度顯示分錢率為 ℃ 。 第 5 章介紹了溫度對象數學模型以及對 控制規(guī)律 進行測試和總結。本課題介紹了控制系統(tǒng)的主要硬件以及控制電路的設計，介紹了 FB41 “CONT_C”連續(xù)控制模塊、 FB43 “PULSEGEN” 脈沖輸出模塊的工作原理，以及實現基于語句表編程的溫控程序的編寫。對于不同生產情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。采用語句表編程，大大提高了編程效率，和梯形圖編程相比，源程序短，程序執(zhí)行效率高。這兩種規(guī)律有效地克服了傳統(tǒng) PID控制器在溫控過程中因溫控慣性和積分飽和而出現的滯后與超調現象并使系統(tǒng)調節(jié)時間變短。在科學研究和生產實踐的諸多 領域中，溫度控制占有著極為重要的地位 , 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。 本課題包含的主要工作 本課題以過程控制實驗室自制過程控制實驗裝置為平臺，設計了鍋爐溫度加熱控制系統(tǒng)。 第 4 章介紹了 FB41“CONT_C”連續(xù)控制器和 FB43“PULSEGEN”脈沖發(fā)生器的 工作原理、介紹了主程序、中斷服務和初始化程序的編寫，其中主程序編寫又包含程序控溫算法的設計。輸入規(guī) 格 Sn=5，表示儀表接收的是 J 型熱電偶 020mV電壓信號。 技術數據如表 2 所示： 基于語句表編程的溫度控制程序設計 3 表 2 CUP314 的技術數據表 （ 2）信號模塊 (SM) 信號模塊是數字量輸入、輸出模塊和模擬量輸入、輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與 PL 內部的信號電平匹配。其中回路電流 I 的計算公式為 φUPI cos? (1) 額定電壓 輸入電流 功率損失 工作存儲器 裝載存儲器 緩沖 帶電池 DC24V 1000ma 8W 24KB 40KB(集成 ) 存在 是 基于語句表編程的溫度控制程序設計 4 式 1中， I為負載電流 (A)， P為功率 (W)， U為相電壓 (V）， cosφ為功率因數。通過 OPC 的方式， WinCC 還可以與更多的第三方控制器進行通訊 [5]。組態(tài)的過程值歸檔如圖 5 所示。式子 (4)中的積分對應與圖 7 中曲線與坐標軸包圍的面積，一般用矩形積分來近似精確積分，每塊矩形的面積為 SS )( TnjTev 。 FB41“CONT_C”是采用位置式 PID 算法思想設計的控制軟件模塊。 PLC 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。例如調用 FB43 的次數增加為 100 次時，控制值的分辨率將達到 1%，一般分辨率不大于 5%為佳。程序控溫算法流程圖如圖 12 所示。 中 斷 結 束否執(zhí) 行 周 期 性中 斷 O B 5手 動 賦 值程 序 控 溫 賦 值減 計 數 1 0 0 次每 5 s 觸 發(fā)一 次 M 1 . 3定 值 控 溫 觸 發(fā)M 2 . 5調 用 F B 4 1調 用 F B 4 3拐 點 控 制M 1 . 3 = 1 ？M 2 . 3 = 1 ？開 始D B 1 . D B X 0. 0 = 1 ?初 始 化 F B 4 1復 位 一 次 Q 4 . 2M 1 . 5 = 1升 溫 段 積 分限 幅 及 P I D 參數 賦 值是是積 分 清 零拐 點 控 制輸 出 死 區(qū)M 2 . 4 = 1 或M 2 . 5 = 1 ？是是是否否否否復 位 Q 4 . 2復 位 L M NE R = 5 ？是否M 1 . 5 = 0M 1 . 5 = 0 且M 2 . 5 = 1 ?輸 出 上 限 圖 15 中斷服務程序流程圖 初始化程序 OB100 的編寫 OB100 稱為暖啟動，主要是來執(zhí)行初始化程序的，當系統(tǒng)上電后初始化一些參數和狀態(tài)，使系統(tǒng)達到一個想要的就緒狀態(tài)。綜合四組結果得：滯后時間為 ， iT 為 ℃ 。 PD 調節(jié)控制規(guī)律 當控制器接通 PD 作用時，由于微分作用的是阻礙被控量的變化，所以在參數整定時，加入微弱的微分作用的同時要放大比例作用 P[11]，控制結果如圖 20 所示。由于 P 作用減小的同時，調節(jié)時間變長，最后積分作用累加輸出值較大，以致系統(tǒng)受到干擾影響較大，同一組整定的參數，上午調節(jié)效果較好，下午便不合適。 圖 22 比例積分微分作用 PID 調節(jié)控制曲線圖 基于語句表編程的溫度控制程序設計 18 （ 1） 定值控溫 比例作用 P=5，積分作用 I=930，微分作用 D=50，系統(tǒng)超調小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ，調節(jié)時間 12min 左右。超調量很穩(wěn)態(tài)誤差小，調節(jié)時間較短。其控制方法如下：如圖 25所示，根據實際調試情況，人為設定一閾值 ε(ε0)；當偏差值 |ev(n)|ε 時，使系統(tǒng)輸出其上限 (LMN=LMN_HLM)或下線 (LMN=LMN_LLM)。 （ 2）應用輸出死區(qū) 在定值控溫過程中，為抵消溫控對象的慣性所帶來的超調量，引入了帶死區(qū)輸出的PID 控制，其控制框圖如圖 26 所示，當死區(qū)非線性環(huán)節(jié)的輸入量 (即誤差 ev(n))的絕對值小于值 0ev 時，這時 PID 調節(jié)器的輸出為零， PID 調節(jié)器不起調節(jié)作用，系統(tǒng)處于開環(huán)。在進行程序控溫時，當系統(tǒng)進行程序控過程時，為保證控制效果無超調、滯后，在溫變點形成鈍角的拐點，在第一溫變拐點 B 提前滯后時間 (E 點的時間 )就使控制器有值輸出，以抵消滯后時間 [13]。對累加器和標志位的直接操作，提高了程序調試效率。 L 1 I T MW 104 L 0 =I = M JCN _004 L 100 T MW 104 _004: L 96 //控制帶的使用 |er|=5 ABS L +000 =R = M