[工學(xué)]s7-300plc中程序控溫算法設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-09-02 06:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(mén)子PLC站點(diǎn)具有相同的數(shù)據(jù)庫(kù)，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?？梢栽谏衔粰C(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：圖3硬件組態(tài)畫(huà)面 wincc軟件組態(tài)（1）變量管理:圖4變量組態(tài)畫(huà)面[4]（2）畫(huà)面編輯器：主畫(huà)面，報(bào)警畫(huà)面，報(bào)表記錄，溫度設(shè)置畫(huà)面，趨勢(shì)畫(huà)面[5]圖5畫(huà)面目錄圖6主畫(huà)面圖7報(bào)警畫(huà)面圖8報(bào)表記錄圖9溫度設(shè)置畫(huà)面圖10趨勢(shì)畫(huà)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(mén)的開(kāi)度，從而控制夾套循環(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(guò)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，F(xiàn)B43和FB41的時(shí)間配合以及調(diào)用時(shí)間邏輯，通過(guò)調(diào)用FB3實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單流程示意如圖11，圖11簡(jiǎn)單流程示意 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(guò)程如圖12，現(xiàn)場(chǎng)鍋爐內(nèi)膽溫度通過(guò)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(kāi)，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(kāi)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(mén)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 （1）模擬量PID控制器的輸出表達(dá)式[7] 如式2 （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(jiǎn)寫(xiě)為ev(n),輸出量mv(Tsn)簡(jiǎn)寫(xiě)為mv(n)。各矩形的總面積為；微分近似計(jì)算如式3所示 （3） 由此，可得PID的數(shù)字表達(dá)式如式4所示 （4）進(jìn)行簡(jiǎn)化如式5所示 （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 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(guò)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(jiàn)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(xiě)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(shuō)明參數(shù)說(shuō)明數(shù)據(jù)類(lèi)型描述ＥＮＩＮＢＯＯＬ使能輸入端ＥＮＯＩＮＢＯＯＬ使能輸出端ＩＮＩＮＩＮＴ轉(zhuǎn)換為模擬量的輸入值ＨＩ_ＬＩＭＩＮＲＥＡＬ工程單位的上限值ＬＯ_ＬＩＭＩＮＲＥＡＬ工程單位的下限值ＢＩＰＯＬＡＲＩＮＢＯＯＬ狀態(tài)為１輸入雙極性否則單極性ＯＵＴＯＵＴＲＥＡ
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