【文章內(nèi)容簡介】 密封性良好，以防觸電事故的發(fā)生。它具有過流、欠壓等跳閘保護(hù)，并有指示燈顯示其工作狀態(tài)或故障類型。 它的 控制輸入為智能儀表提供的 4～ 20mA 電流信號(hào)， 其 輸出為 0～ 380V AC 送給磁力驅(qū)動(dòng)泵。 S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 3 HH52P 小型控制繼電器 HH52P 小型控制繼電器輸 入由 PLC 數(shù)字量輸出模塊的一個(gè)點(diǎn)提供 24V DC，它的通 斷用來控制交流接觸器的，單接點(diǎn)型，插入式， 兩 常開， 兩 常閉，額定電流 5 A，適用于日常交流電，具有體積小、重量輕、開閉容量大、可靠性高、壽命長等特點(diǎn) 交流接觸器 接觸器是一種適用于在低壓配電系統(tǒng)中遠(yuǎn)距離控制、頻繁操作交、直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)控制開關(guān)電器。選用接觸器主要考慮因素有：根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類，接觸器主觸頭的額定電壓，額定電流，控制電路要求確定吸引線圈工作電壓和輔助觸點(diǎn)容量。設(shè)計(jì)中選用 CJX2124（ LC1D）型交流 接觸器適用于交流 50 Hz 或 60 Hz，電壓至 660 V、電流至 95 A 的電路中 。 壓力液位變送器 壓力液位變送器可以顯示液位，輸入為兩線制 24V DC，輸出為 4～ 20mA。接線圖如下圖 2所示： 圖 2兩線制接線圖 S7300PLC S7300PLC 電源模塊的輸入用 220AC 的單相三線制，即一火一零一地線。 CPU 3152DP 的電源為 5V DC，內(nèi)存為 128K。數(shù)字量輸入、輸出各 16個(gè)點(diǎn)，模擬量輸入、輸出各 4個(gè)通道 ，已滿足設(shè)計(jì)需求，其中模擬量輸入模塊 具有 12 位精度并且 是智能防爆型的。 項(xiàng)目軟件介紹 SIMATIC STEP7 軟件 SIMATIC STEP7 作為一個(gè)平臺(tái)可以集成各種控制設(shè)備的軟件，使不同設(shè)備以及西門子 PLC 站點(diǎn)具有相同的數(shù)據(jù)庫，所有設(shè)備的編程、配置、調(diào)試、數(shù)據(jù)路由以及通信工作只需在 STEP7 中就可以完成 [3]，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)項(xiàng)目中所有控制任務(wù)的集成。可以在上位機(jī)中完成硬件組態(tài)，配置通訊地址，程序編制下載，在線仿真，在線連接，故障檢測(cè)等操作。 硬件組態(tài) 如圖 3： S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 4 圖 3硬件組態(tài)畫面 wincc 軟件組態(tài) （ 1）變量管理 : 圖 4變量組態(tài)畫面 [4] （ 2）畫面編輯器：主畫面，報(bào)警畫面，報(bào)表記錄，溫度設(shè)置畫面，趨勢(shì)畫面 [5] S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 5 圖 5畫面目錄 圖 6主畫面 圖 7報(bào)警畫面 S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 6 圖 8報(bào)表記錄 圖 9溫度設(shè)置畫面 圖 10趨勢(shì)畫面 3 控溫算法構(gòu)建 本設(shè)計(jì)控溫算法的設(shè)計(jì)，主要分為兩大部分 ，都在 OB35 中斷中進(jìn)行 。 一是 雙極性的實(shí)現(xiàn)，即 FB41 控制器的輸出值大于零時(shí)，輸出數(shù)字量，控制繼電器吸合，加熱電路導(dǎo)通，對(duì)內(nèi)膽進(jìn)行加熱?？刂破鬏敵鲋敌∮诹銜r(shí)，輸出模擬量控制閥門的開度，從而控S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 7 制夾 套循環(huán)水的流量，實(shí)現(xiàn)降溫目的。 第二部分為多段斜率曲線的實(shí)現(xiàn)，即設(shè)定值的曲線變化的實(shí)現(xiàn)。 首先對(duì)一些算法變量 中 的動(dòng)態(tài)變量進(jìn)行初始化清零，然后判斷當(dāng)前的段數(shù) N是否等于設(shè)定段數(shù) Number，等的 話 回第一段循環(huán)執(zhí)行，不等執(zhí)行下一段，調(diào)用斜率算法塊 FB1，將 Cn1 送入 last_t,Cn 送入 set_t， Tn 送入 load_tim，進(jìn)行運(yùn)算，輸出一個(gè)時(shí)間刻度的變化量，通過 OB35 的時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行四則運(yùn)算，輸出一個(gè) SP 的值。 最后，將輸出的 SP 值，送入 FB41 的設(shè)定值端，進(jìn)行 PID 運(yùn)算。另外，手自動(dòng)的選擇在 OB1 中完成， FB43 和 FB41 的時(shí)間配合以及調(diào)用時(shí)間邏輯， 通過調(diào)用 FB3 實(shí)現(xiàn)。 簡單 流程 示意如圖 11， C n 1 = l a s t _ tC n = s e t _ tT n = l o a d _ t i m硬 啟 動(dòng)O B 1 0 0 初 始 化自 動(dòng)F C 1 0 5 溫 度 采集變 量 算 法 初 始化N = N u m b e rD B 1 斜 率 運(yùn) 算D B 4 1 P I D 運(yùn) 算L M N 0D B 4 3 脈 沖 輸 出F C 1 0 6 標(biāo) 度 變換結(jié) 束否是是否是否手 動(dòng) （ M a n ） 給 L M N 圖 11簡單流程示意 S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 8 雙極性控制實(shí)現(xiàn) 本項(xiàng)目中的雙極性為加熱冷卻雙極性。其過程如圖 12，現(xiàn)場(chǎng)鍋爐內(nèi)膽溫度通過溫度傳感器采集，經(jīng) sm331 模擬量輸入模塊，送入控制器經(jīng) FB41 運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果限定范圍為 100~100。當(dāng)輸出為正值時(shí)調(diào)用 PWM 功能塊 FB43，生成一定占空比的脈沖波，經(jīng) sm322數(shù)字量輸出模塊輸出狀態(tài) ON/OFF,控制繼電器的吸合斷開，從而控制加熱絲 電路對(duì)內(nèi)膽進(jìn)行加熱。當(dāng)輸出為負(fù)值時(shí)調(diào)用模擬量轉(zhuǎn)換功能 FC106，經(jīng) sm332 模擬量輸出模塊輸出420mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)控制電磁閥的開度，從而控制鍋爐夾套冷卻水流量達(dá)到降溫目的。 圖 12雙極性 控制信號(hào)流程 示意圖 “CONT_C“ SFB41 連續(xù)控制模塊 西門子 300/400PID 模塊 FB41 是基于增量型 PID 控制算法 [6]。由控制原理知識(shí)我們得到 PID 的傳遞函數(shù)如式 1 m v ( ) 1(1 )()s kp Td sev s Ti s? ? ? （ 1） 模擬量 PID控制器的輸出表達(dá)式 [7] 如式 2 1 ( )( ) [ ( ) ]d e v tm v t K p e v t e v d t Td MTi d t? ? ? ?? （ t ） （ 2） 由于 PLC 為數(shù)字式控制器，故需要對(duì) PID 中的積分和微分環(huán)節(jié)進(jìn)行近似。積分對(duì)應(yīng)于曲線與坐標(biāo)軸包圍的面積，可以用若干個(gè)矩形的面積和近似精確積分，故第 n個(gè)矩形時(shí) ev(Tsn)簡寫為 ev(n),輸出量 mv(Tsn)簡寫為 mv(n)。各矩形的總面積為1Ts ( )nj ev j??；S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 9 微分近似計(jì)算 如式 3所示 ( ) ( ) ( ) ( 1 )d e v t e v t e v n e v nd t t Ts???? （ 3） 由此，可得 PID的數(shù)字表達(dá)式如式 4 所示 1m v ( n ) = K p { e v ( n ) + ( ) + [ e v ( n ) e v ( n 1 ) ] } + MnjTs Tde v jTi Ts?? （ 4） 進(jìn)行簡化如式 5所示 1m v ( n ) = K p e v ( t) + ( ) + [ e v ( n ) e v ( n 1 ) ] + MnjK I e v j K D?? （ 5） 式中ＫＩ和ＫＤ分別是積分系數(shù)和微分系數(shù)。 模 塊方框圖如圖 13 圖 13 CONT_C方框圖 S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 10 SFB43 脈沖輸出模塊 FB43“ PULSE“用于一個(gè) PID 控制器，以生成脈沖輸出，用于比例執(zhí)行器。使用 FB43，可以配置帶有脈寬調(diào)制的兩步或三部 PID 控制器。通常和連續(xù)控制器 FB41 一起使用。如圖 14 圖 14 FB41與 FB43構(gòu)成脈沖發(fā)生器 圖 圖 15脈寬調(diào)制 PULSEGEN 函數(shù)通過調(diào)用脈沖持續(xù)時(shí)間，將輸入變量 INV（ =PID 控制器的調(diào)節(jié)值）轉(zhuǎn)換成固定時(shí)間間隔的脈沖序列，轉(zhuǎn)換的依據(jù)是輸入變量的 更新周期，該周期必須在PER_TM 中分配。在每個(gè)周期內(nèi)，脈沖持續(xù)時(shí)間和輸入變量成比例。分配給 PER_TM 的周期和 FB43 的處理周期并不相等。 PER_TM 是由幾個(gè) FB43 的處理周期組成的圖 15，因此每個(gè) PER_TM 周期中 FB43 調(diào)用的次數(shù)便成了脈寬調(diào)制精度的尺度標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于每個(gè) PRE_TM 中 10 個(gè) FB43 調(diào)用，一個(gè) 30％的輸入量意味著下列結(jié)果 ，見圖 16： －對(duì)于前三個(gè) FB43 調(diào)用（ 10個(gè)調(diào)用的 30％）， QPOS 輸出為“ 1” －對(duì)于剩下的七個(gè) FB43 調(diào)用（ 10個(gè)調(diào)用的 70％）， QPOS 輸出為“ 0” 圖 16 FB43方框圖 “SCALE“ FC105 數(shù)值轉(zhuǎn)換功能 S7300 PLC中程序控溫算法設(shè)計(jì) 控溫算法設(shè)計(jì) 11 SCALE 功能接受一個(gè)整型值 (IN)，并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM 和 HI_LIM)之間的實(shí)型值。將結(jié)果寫入 OUT。 SCALE 功能使用以下等式： OUT =[((FLOAT(IN)－ K1)/(K2－ K1))*(HI_LIM－ LO_LIM)]+LO_LIM 常數(shù) K1 和 K2 根據(jù)輸入值是 BIPOLAR 還是 UNIPOLAR 設(shè)置。 BIPOLAR：假定輸入整型值介于－ 7648與 27648之間，因此 K1 = － ， K2 = + UNIPOLAR：假定輸出整型值介于 0和 27648 之間，因此， K1 = ， K2 = + 就此次設(shè)計(jì)中參數(shù) out=[((FLOAT(IN)－ 0)/(27648－ 0))*(100－ 0)]+0 表 2 FC105參數(shù)說明 參數(shù) 說明 數(shù)據(jù)類型 描述 ＥＮ ＩＮ ＢＯＯＬ 使能輸入端