【文章內(nèi)容簡介】 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。 3 控制算法實現(xiàn)基礎 S7300PLC 系統(tǒng) 說明及組態(tài) PLC 介紹 PLC 即可編程控制器，英文全稱 是 Programmable logic Controller。是 一種數(shù)字運算操作的 電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 .PLC 是可編程邏輯電路，基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設計 5 也是一種和硬件結合很緊密的語言 。 模塊式 PLC 由： CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊、編程設備等幾個部分組成。 S7300PLC 說明 S7300PLC 基本介紹 本次設計我 們用的是德國西門子公司的 S7300 PLC。西門子的 PLC 以極高的性能價格比，在國際、國內(nèi)市場占有很大的份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應用。 S7300/400 屬于模塊式 PLC，主要由機架、 CPU 模塊、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）、接口模塊（ IM）、通信處理器（ CP）、電源模塊（ PS）和編程設備組成。 S7300 模塊 說明 本次設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。 西門子的 SM331 和 SM332 模塊有很多的型號，在選擇時要考慮到需要 用到的模擬量通道的數(shù)量，模擬量采集需要的精度等一系列因素。但是因為本次設計所用到的設備是往年已經(jīng)準備好的所以這些我們不需要考慮。 這次設計用到的 SM331 模塊訂貨號為： 6ES7 3317RD000AB0。這個模塊有 4 路模擬量輸入通道?？梢越邮?0~20mA 和 4~20mA 的電流信號，精度為 15 位。所用到的SM332 模塊訂貨號為： 6ES7 3325HD010AB0。這個模塊有 4 路模擬量輸出通道。可以輸出 0~20mA 和 4~20mA 的電流信號，精度為 12 位。 （ 1） SM331 介紹 模擬量輸入模塊用 于將模擬信號轉換為 CPU 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要組成部分是 A/D 轉換器。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準量程的直流電壓、直流電流信號。為了防止電磁干擾，模擬量模塊可以分為帶隔離和不帶隔離的。在設置模擬量輸入模塊時先要從硬件上設置各個通道對應的量程卡。然后在組態(tài)時在屬性對話框內(nèi)設置測量范圍和型 號。圖 3 為 SM331 屬性設置。 模擬量輸入 /輸出模塊中模擬量對應的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用 16 位二進制補碼（整數(shù)）來表示。模擬量輸入模塊的模擬值與以百分數(shù)表示的模擬量之間的對應關系為雙極性模擬量量 程（ 100%到 100%）分別對應于模擬值 27648 到 27648。單極性對應于0 到 27648。 （ 2） SM332 介紹 模擬量輸出模塊 SM332 用于將 CPU 傳送給它的數(shù)字轉換為成比例的電流信號或電壓信號，對執(zhí)行機構進行調節(jié)或控制，其主要組成部分是 D/A 轉換器。在模擬量輸出組態(tài)時也需要選擇輸出類型和范圍，如果不選擇正確會使得執(zhí)行器出現(xiàn)一些與控制信號不基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設計 6 符的錯誤。 如圖 4 所示在輸出類型和輸出范圍兩個選項上應該對應執(zhí)行器選擇。例如我們設計中用到的調節(jié)閥應該用電流型 4~20mA 電流信號在選擇時應該按圖 4 所示來選擇，否則 會出現(xiàn)執(zhí)行器輸入信號錯誤從而影響控制系統(tǒng)運行。圖 4 為 SM332 屬性設置。 圖 3 SM331 屬性設置 圖 4 SM332 屬性設置 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設計 7 S7300 組織塊說明 在設計中我們主要用到三個組織塊 :OB1 OB100 和 OB35。 OB1 用于循環(huán)處理，是用戶程序中的主程序。操作系統(tǒng)在每一次循環(huán)中運行一次OB1。 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。OB35 是定時循環(huán)中斷組織塊，在 CPU 屬性設置中可以設置它的中斷周期如圖 5 所示。 圖 5 CPU 屬性設置 S7300 功能塊 說明 這次設計中需要用到 PID 調節(jié)功能以及控制加熱絲，即 PID 的輸出要控制開關量。因此我們需要用到 FB41 和 FB43 模塊。 S7300 的模擬量閉環(huán)控制功能主要涉及到 FB4 FB4 FB43 三個功能塊。其中FB41 用于連續(xù)控制， FB42 用于步進控制， FB43 用于脈沖寬度調制。 （ 1） FB41 模塊說明。 FB41 模塊的輸出為連續(xù)變量。可以作為單獨的 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。控制器的功能基于模擬信號采樣控制器的 PID 控制算法，如果需要的話， FB41 可以用脈沖發(fā)生器 FB43 進行擴展（本次設計就用到 FB43 做為擴展），產(chǎn)生脈沖寬度調制的輸出信號，來控制比例執(zhí)行機構的二級或三級控制器。 下面簡單介紹一下 FB41 的幾個常用參數(shù)。 MAN_ON:為 1 時控制循環(huán)將被中斷，手動值被設置為操作值。 PV_IN:輸入浮點格式的過程變量，此時數(shù)字量輸入 PVPER_ON 應為 0。 SP_INT:內(nèi)部設定值輸入，取值范圍177。 %或物理值。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設計 8 P_SEL:為 1 時激活比例作用，反之禁止比例作用，默認值為 1。 I_SEL:為 1 時激活積分作用，反之禁止積分作用，默認值為 1。 D_SEL:為 1 時激活微分作用，反之禁止微分作用，默認值為 1。 DISV:擾動輸入變量。 LMN:浮點格式的控制器輸出值。 LMN_HLM:控制器輸出上限值。 LMN_LLM:控制器輸出下限值。 （ 2） FB43 模塊說明。 FB43 模塊為一個脈沖發(fā)生器通常與 PID 控制器配合使用，用脈沖輸出來控制比例執(zhí)行機構。該功能一般 與連續(xù)控制器 FB41 一起使用， FB43 可以構建脈沖寬度調制的二級或三級 PID 控制。 FB43 通過調制脈沖寬度，將輸入變量 INV（即 PID 控制器的輸出量 LMN）轉換為具有恒定周期的脈沖序列，該恒定周期時間 PER_TM 來設置， PER_TM 應與 CONT_C的采樣周期 CYCLE 相同。在這個模塊中涉及到一個“采樣比率”的問題，這個通過修改 P_B_TM 來設置采樣比。在 PER_TM 周期內(nèi)的 P_B_TM 越小則采樣頻率越高，即控制精度越高。下面介紹 FB43 幾個常用的參數(shù)： MAN_ON:手動模式打開，可以手動設置輸出信號。 INV:輸入變量，即 FB41 輸出的模擬量控制值 LMN。 PER_TM:周期時間，脈沖寬度調制的恒定周期，對應于 PID 控制器的采樣時間。 P_B_TM:最小脈沖時間或最小斷開時間，應不小于參數(shù) CYCLE。 CYCLE:采樣時間，規(guī)定了相鄰兩次塊調用之間間隔的時間。 （ 3） FC105， FC106 功能的介紹。 在處理模擬量時，從變送器送過來的模擬信號經(jīng)過 SM331 轉換成 0~27648 之間的數(shù)值。但是 FB41 處理這些數(shù)值之前需要經(jīng)過一個量程轉換將 0~27648 的數(shù)值轉換成一個浮點數(shù)方能輸入 FB41 進行處理。在 處理后的數(shù)值輸出給 SM332 之前也要經(jīng)過一個變換。在 STEP7 中我們可以用 FC105 和 FC106 來實現(xiàn)上述功能。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。 FC106 的可以 是 PID 運算的輸出，也可以是浮點數(shù)格式的存儲單元。 HI_LIM:輸入?yún)?shù)，實數(shù)，工程單位量程上限。 LO_LIM:輸入?yún)?shù)，實數(shù)，工程單位量程下限。 BIPOLAR:BOOL 量，輸入值為 0 表示單極性，為 1 表示雙極性。 RET_VAL:輸出參數(shù)，返回值。如果框中功能執(zhí)行正常 ，輸出值為 0，反之為 1. OUT:輸出參數(shù)， FC105 的為浮點數(shù)，輸出工程單位實數(shù)值。 FC106 的為整數(shù)，可直 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐流量 溫度前饋 反饋控制系統(tǒng)設計 9 接傳送至 PQW 中。 當然，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。但為了方便起見我們在這次設計中直接用 FC105 和 FC106 直接運算。 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。 （ 1）過程映像輸入 /輸出（ I/Q）。 過程映像輸入在用戶程序中的標識符