【正文】 ................................................ 1 2 鍋爐溫控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 2 硬件介紹 ...................................................................................................................... 2 傳感器 ............................................................................................................... 2 變送器 ............................................................................................................... 2 S7300 PLC ....................................................................................................... 2 控制電路設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 3 控制回路設(shè)計(jì) ................................................................................................... 3 加熱主回路的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 3 3 軟件設(shè)計(jì)和組態(tài) .................................................................................................................... 4 SIMATIC STEP 7 ......................................................................................................... 4 SIMATIC WinCC ......................................................................................................... 5 4 控制程序的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 6 功能塊簡(jiǎn)介 .................................................................................................................. 6 FB41“CONT_C”連續(xù)控制器 ........................................................................... 6 FB43“PULSEGEN”脈沖發(fā)生器 ...................................................................... 8 控溫程序的編寫 .......................................................................................................... 9 主程序 OB1 的編寫 ........................................................................................ 9 中斷服務(wù)程序 OB35 的編寫 ......................................................................... 12 初始化程序 OB100 的編寫 ........................................................................... 12 5 溫度對(duì)象數(shù)學(xué)模型測(cè)試和控制規(guī)律測(cè)試 ........................................................................... 13 溫度對(duì)象的數(shù)學(xué)模型測(cè)試 ........................................................................................ 13 溫度控制規(guī)律的測(cè)試 ................................................................................................ 15 P 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 .............................................................................................. 15 PD 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 ........................................................................................... 15 PI 調(diào)節(jié)控 制規(guī)律 ............................................................................................ 16 PID 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 .......................................................................................... 17 改進(jìn)的 PID 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 ............................................................................. 18 本章總結(jié) .................................................................................................................... 18 基于語句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) III 結(jié)束語 ...................................................................................................................................... 22 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 23 附錄 .......................................................................................................................................... 24 致謝 .......................................................................................................................................... 31 基于語句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 1 1 引言 課題的意義 溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控對(duì)象之一。 temperature control。結(jié)果表明改進(jìn)后的 PID 的控制有效的克服了傳統(tǒng) PID 控制器在溫控過程中因溫控慣性和積分飽和而出現(xiàn)的滯后與超調(diào)現(xiàn)象。輸入上線顯示值 dIH=，用于定義線性輸入信號(hào)上限刻度，與 dIL 配合使用。實(shí)際上 STEP 7 的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了編程軟件的范疇。 圖 6 WinCC 過程畫面的組態(tài) 4 控制程序的設(shè)計(jì) 功能塊簡(jiǎn)介 FB41“CONT_C”連續(xù)控制器 （ 1） PID 控制器的數(shù)字化 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 s)TsT(KEV (s)MV(s) DIP ??? 11 (3) 模擬量 PID 控制器的輸出表達(dá)式為 Mdtdev(t )Tev(t)dtTev(t)Kmv(t) DIp ??????? ??? ?1 (4) 式 4 中，控制器的輸入量（誤差信號(hào)） ev(t)=sp(t)pv(t)； sp(t)為設(shè)定值； pv(t)為過程變量（反饋值）； mv(t)是控制器的輸出信號(hào)； PK 為比例系數(shù)； IT 和 DT 分別為積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)； M 是積分部分的初始值。這就允許組態(tài)成 P、 PI、 PD 和 PID 調(diào)節(jié)器。 對(duì)于程序控溫來說， STEP 7 中并無相應(yīng)可用的功能塊，所以 在溫度控制程序中編寫一個(gè)來實(shí)現(xiàn)溫度曲線隨時(shí)間動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的的功能塊。對(duì)響應(yīng)曲線的斜率沒有影響，所以iTK 就是實(shí)驗(yàn)截取的響應(yīng)曲線的斜率 [10]。第一溫變拐點(diǎn)系統(tǒng)有小段滯后時(shí)間，約 60s 左右， 在系統(tǒng)慣性作用下第二溫變拐點(diǎn)超調(diào)似乎很小，是由于被小幅度的曲線穿越抵消了系統(tǒng)慣性所致 。同理于 PI 調(diào)節(jié)規(guī)律，但是由于微分作用的加入，抑制了被控量的變化，在第一溫變拐點(diǎn)有一小段滯后時(shí)間 60s 左右。如果控制帶范圍太小，則可調(diào)節(jié)變量和過程變量可能會(huì)發(fā)生振蕩。另一方面由于定值控溫過程和程序控溫過程的系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，熱絲輸出的率完全不同，使系統(tǒng)慣性不同，為保證控制精確，所以在 PID 控制中相應(yīng)的比例參數(shù) PK 、積分參數(shù) IT 、微分參數(shù) DT 也應(yīng)隨之相應(yīng)變動(dòng)。 現(xiàn)代控制理論中，在經(jīng)典 PID 控制理論的基礎(chǔ)上衍生的控制理論層出不窮，但若要在生產(chǎn)實(shí)踐中選取理想的控制算法，就必須通過工程實(shí)踐進(jìn)行反復(fù)地調(diào)整和修改，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)直接在控制系統(tǒng)中進(jìn)行篩選組合出適合實(shí)際的控制規(guī)律，使系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài)，雖然本項(xiàng)目的改進(jìn)的 PID 取得了很好的控制效果，但在實(shí)際運(yùn)行在各溫度段的PID 參數(shù)在參數(shù)是在調(diào)試中獲取，并針對(duì)各型號(hào)的產(chǎn)品規(guī)格在上位機(jī)中以配方的形式給定，如此則使得前期的調(diào)試頗為繁瑣，因 而，在參量自整定的智能化設(shè)計(jì)方面還有待與進(jìn)一步探索與實(shí)踐。區(qū)別于 FB41“CONT_C”中 的死區(qū)寬度DEADB_W，當(dāng)偏差進(jìn)入死區(qū)后，調(diào)節(jié)器仍在進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)再次運(yùn)行到死區(qū)外時(shí)，使輸出能快速響應(yīng)偏差。當(dāng)產(chǎn)生超調(diào)后偏差 ev(n)變?yōu)樨?fù)值，負(fù)偏差的累積量相對(duì)較小，與正 偏差累積量抵消后差值仍較大，致使積分分量在輸出值中所占分量較大。第二溫變拐點(diǎn)的控制存在偶然性。 （ 2）程序溫控 比例作用 P=115，系統(tǒng)的最大穿越幅度 ℃ ，超調(diào)量小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于℃ 。 程 序控 溫程 序 結(jié) 束開 始執(zhí) 行 主 程 序O B 1T t m 1T t m 2調(diào) 用 F C 1 0 5置 位 拐 點(diǎn)控 制 M 2 . 3調(diào) 用 F B 1溫 變 點(diǎn) 賦時(shí) 刻 值運(yùn) 行 時(shí) 間 轉(zhuǎn) 變?yōu)?m s 單 位 T復(fù) 位 拐 點(diǎn)控 制 M 2 . 3置 位 拐 點(diǎn)控 制 M 2 . 4置 位 拐 點(diǎn)控 制 M 2 . 4是是是是否否否否 圖 14 主程序 OB1 流程圖 基于語句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 12 中斷服務(wù)程序 OB35 的編寫 在通過脈寬調(diào)制來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通斷時(shí)，需要通過 中斷組織塊 OB35 周期性中斷過程來實(shí)現(xiàn) PID 算法模塊和 PWM 算法模塊的時(shí)序配合 [9]。其余 7 次調(diào)用 (10 次調(diào)用的 70%)時(shí)脈沖輸出 QPOS_P 為 0 狀態(tài)。其中FB41“CONT_C”連續(xù)控制器的輸出為連續(xù)變量。本次設(shè)計(jì)所建立的變量組（部分變量截圖）如圖 4 所示。 控制電路設(shè)計(jì) 控制回路設(shè)計(jì) 本課題實(shí)現(xiàn)的是對(duì)模擬工業(yè)對(duì)象電加熱鍋爐水溫的控制。本課題中被用作變送器，它把接收熱電偶 020mV 的電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)送給