【導(dǎo)讀】頻器和智能儀表之間可通過總線直接進(jìn)行通信，從而使控制系統(tǒng)便于集中監(jiān)控、分散處理。參數(shù)自整定控制算法。利用STEP7中的指針尋址查表方法實(shí)現(xiàn)在線查詢功能,使控制算法

　　

【正文】 據(jù)輸入量 e 和 Δe 模糊量化后得到的 Xi , Yj 可算出 KP 相應(yīng)得 Zl1,對 X , Y 中元素所有組合全部計(jì)算出相應(yīng)的 KP 的輸出 值 ,可以方便地得到模糊輸出 KP 的模糊控制查詢表。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 表 1 模糊控制規(guī)則 模糊控制器的程序設(shè)計(jì) 模糊控制策略程序設(shè)計(jì)流程如圖 11 所示 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 11 模糊控制流程圖 S7 300 PLC的編程系統(tǒng) STEP7 提供了豐富的功能模塊 ,為模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了方便。主循環(huán)程序模塊 OB1 實(shí)現(xiàn)對功能和功能塊的調(diào)用以及信號和數(shù)據(jù)的傳遞。考慮到退火爐爐內(nèi)空間大 ,溫度在較短的時間內(nèi)基本上無顯著變化 ,循環(huán)中斷組織塊選擇時間間隔為 2 s 的 OB31。功能塊 FB10 為模糊控制器 ,完成整個模糊控 制功能。與之相對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊為 DB10 ,主要存儲量化因子及目標(biāo)溫度、測量溫度等其他的參數(shù)。 FB10 由功能 FC1～FC4 4 個子程序組成。其中 FC1 完成 e 和 Δe的計(jì)算 。FC2 進(jìn)行模糊化處理 。 FC3 實(shí)現(xiàn)模糊控制表的查詢功能 。FC4 完成 KP、 TI 和 TD 的清晰化處理。 在圖 11中 ,核心即為模糊控制查詢表的查詢程序。模糊控制表中的模糊控制量 KP 按照先行后列 ,由左向右的訪問方式順序存儲到數(shù)據(jù) DB1 中。數(shù)據(jù)類型為整型 ( INT) 。首地址青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 為 DB0 ,依次為 DB DB ?、 DB336( Kp 的規(guī)則數(shù)是 169) 。如采用常規(guī)的判斷語句的查表方法 ,將會使程序語句多而繁瑣 ,因此采用 STEP7 中的指針尋址查表方法。為了簡化設(shè)計(jì) ,將輸入模糊論域的元素均增加 6 ,即轉(zhuǎn)化為 [0 , ?,12 ] ?？刂屏康幕窞?0 ,偏移地址為 2 (13 Xi + Yj) ,由 Xi , Yj可以確定控制量的絕對地址為 2 (13 Xi + Yj ) ,通過指針變 量獲得地址中存儲的 KP 的模糊值。以下給出主要程序的部分示例 : 循環(huán)中斷組織塊 OB31 : / / 每隔 2 s 調(diào)用 FB10 實(shí)現(xiàn)模糊參 數(shù)自整定 CALL FB10 ,DB10 PV: =MD0 SP: =MD4 e : =MD8 ec : =MD12 ? KP : = DB20. DBD20 / / FB41 所對應(yīng)共享數(shù)據(jù)塊的比例增益輸入 TI : = DB20. DBD24 / / FB41 所對應(yīng)共享數(shù)據(jù)塊的積分時間輸入 TD : = DB20. DBD28 / / FB41 所對應(yīng)共享數(shù)據(jù)塊的微分時間輸入 功能 FC3 : / / 實(shí)現(xiàn)模糊控制量的查詢功能 L P DB21. DBW0 L address1 / / 輸入變 量 address1 中存放 KP 的絕對地址 SLD 3 + D T p1 / / 臨時變量 p1 L DBW[ p1 ] T MW100 / / 將 KP 的值存入 MW100 最后由 FC4 實(shí)現(xiàn)控制量 KP 、 TI 和 TD 的清晰化轉(zhuǎn)換 ,將最終計(jì)算結(jié)果送到 FB41 中對應(yīng)的參數(shù)中。通過 FB41 輸出控制量到模擬量輸出模塊 ,實(shí)現(xiàn)控制作用。 實(shí)際應(yīng)用 將控制系統(tǒng)應(yīng)用于某鋁業(yè)公司的 20 t 鋁箔退火爐的溫度控制系統(tǒng)中，實(shí)測數(shù)據(jù)表明模糊 PID 參數(shù)自整定控制較常規(guī)的 PID 控制有更好的控制效果 。圖 12 為退火過程中溫度的變化曲線。設(shè)定保溫溫度為 170 ℃ ,分別采用 2 種不同的控制方式。從圖 12可以看出 ,模糊參數(shù)自整定控制的超調(diào)量比常規(guī) PID 控制降低 70 % ,上升時間縮短 10 %。模糊 PID 參數(shù)自整定控制的動態(tài)和靜態(tài)特性全面改善 ,表現(xiàn)出良好的魯棒性。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 12 常規(guī) PID 和模糊參數(shù)自整定控制運(yùn)行結(jié)果比較 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第六章 Winccflexible 組態(tài)軟件 組態(tài)軟件介紹 在眾多的組態(tài)軟件產(chǎn)品如 Intouch、組態(tài)王、 iFIX 中，西門子公司的 WinCC 成為首選，主要在于該組態(tài)軟件操 作簡單，易于學(xué)習(xí)，不需編寫任何腳本就能實(shí)現(xiàn)基本的監(jiān)控功能，可以使用戶在短時間內(nèi)掌握，另外，由于下位機(jī)采用西門子公司的 S7200 作為主控模塊， WinCC 與之兼容性最好。 WinCC 是 Windows Control Center(視窗控制中心 )的簡稱。它集成了 SCADA、組態(tài)、腳本 (Script)語言和 OPC 等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了 Windows 操作系統(tǒng) (W1ndows 20xx 或XP)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能 ,在用于操作和監(jiān)視的 SIMATIC HMI 產(chǎn)品范圍內(nèi)，WinCC 是一種按照價(jià)格和性能分級、能 高效控制自動化過程的過程可視化系統(tǒng)（ SCADA） ,它 繼承了西門子公司的全集成自動化 (TIA)產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無縫集成的特點(diǎn)。 WinCC 運(yùn)行于個人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報(bào)表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。 WinCC 的另一個特點(diǎn)在于其整 體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機(jī)界面，滿足實(shí)際需要。用戶也可將 WinCC 作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)。 WinCC因其具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想而具有廣闊的應(yīng)用前景，它集生產(chǎn)過程和自動化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互間的集成。借助于模塊化的設(shè)計(jì)，能以靈活的方式對其加以擴(kuò)展， 它不但能用于機(jī)械工程中簡單的單用戶系統(tǒng)，而且也能用于復(fù)雜的多用戶解決方案，甚至工業(yè)和樓宇技術(shù)中包括幾個服務(wù)器和客戶機(jī)在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。 OPC 通訊 OPC 是基于微軟公司 Windows 操作系統(tǒng)的 OLE 技術(shù)，用于連接不同廠家的 PLC 硬件和 HMI 軟件產(chǎn)品。西門子公司專為 S7200 開發(fā)了 OPC Server 軟件，即 PC Access。 OPC(OLE for Process Control)是嵌入式過程控制標(biāo)準(zhǔn)。不同的供應(yīng)商的硬件存在不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)， OPC 作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供了工業(yè)環(huán)境中信息交換的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)軟件接口，該接口位于應(yīng)用程序的下方。因?yàn)?OPC 的統(tǒng)一性和開放性，使得用戶程序可以訪問不同供應(yīng)商的硬件。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） OPC 通訊接口的應(yīng)用是基于客戶端 —服務(wù)器的應(yīng)用模式。各廠家只要為他們的產(chǎn)品提供一 個標(biāo)準(zhǔn)的 OPC Server，便解決了通訊連接問題，其他廠家可以使用不同的 OPC 客戶端來訪問標(biāo)準(zhǔn)的 OPC Server，從而可以輕松地實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的監(jiān)控。 運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的 PC Access 軟件與 S7200 通訊，作為服務(wù)器；支持 OPC 標(biāo)準(zhǔn)的 HMI軟件，作為 OPC Client 與 PC Access 通訊，從而可以訪問 S7200 的數(shù)據(jù)。 WinCC 與 S7200 系列 PLC 是通過 PPI 協(xié)議進(jìn)行通信的， PPI 協(xié)議是西門子 S7200 系列 PLC 常用通信協(xié)議，但 WinCC 中并沒有集成該協(xié)議，沒有 PPI 驅(qū)動，即 WinCC 不能直接監(jiān)控 S7200 系列 PLC 組成的控制系統(tǒng)，然而 WINCC 帶有 OPC 服務(wù)器或客戶端的驅(qū)動或者軟件，通過 OPC 可以實(shí)現(xiàn)其之間的數(shù)據(jù)交換。因此， WinCC 可以通過 PC Access 與S7200 系列 PLC 很方便的建立通信。 PC Access 軟件是專用于 S7200 PLC 的 OPC Server 軟件，它向 OPC 客戶端提供數(shù)據(jù)信息，可以與任何標(biāo)準(zhǔn)的 OPC Client 通訊，支持 OPC Data 版， PC Access 支持所有的 S7200 協(xié)議，內(nèi)置的客戶機(jī)測試允許編程者迅速進(jìn)行變量的 在線測試。將一個變量項(xiàng)目從組態(tài)文件夾中拖到客戶機(jī)測試窗口，通過在線狀態(tài)就能夠立刻確項(xiàng)目的當(dāng)前在線值和狀態(tài)。通過 S7200 PC Access 服務(wù)器可同時連接和監(jiān)控多達(dá) 8 個 PLC，且支持 S7200所有的內(nèi)存數(shù)據(jù)類型。一個 PLC 通訊口允許有 4 個 PC 機(jī)的連接，其中一個連接預(yù)留給Micro/WIN，并且 Micro/WIN 和 PC Access 可以在同一個 PC 機(jī)上共用通訊路徑，同時訪問S7200 PLC。 PC Access 只支持 PG/PCInterface 中所設(shè)置的單一通訊方式，同一個 PC 機(jī)上不能同時使用兩種以 上的通訊連接 (如 PC/PPI 電纜、 Modem、 )訪問同一個或不同的 PLC。 S7－ 200 PLC 與 PC Access 的通訊設(shè)置 ●安裝 PC ACCESS 后，運(yùn)行之，在聯(lián)接上設(shè)置 PC 通訊口（下拉菜單的 [PG/PC 接口 ]），主界面如圖 13 所示 圖 13 Set PG/PC Interface ，圖中設(shè)置為 Micro/ WIN 通過 PC/PPI 電纜用 PPI 協(xié)議與 S7200 通信； 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ，這里使用 PC/PPI 電纜并使用 PPI 協(xié)議； ； ，如 CP5611（ PPI）； ，可以按 “Select...”按鈕進(jìn)入添加 /刪除通信硬件的界面。 ●啟動 PC Access，新建一個工程（ tian），增加新 PLC（ NewPLC）、變量（ ITEM1…… ），如圖 14，圖 15所示 圖 14 新建一個工程 圖 15 新建變量 ●建好的數(shù)據(jù)可以作客戶端測試； 連接 PLC， PPI 電纜并通 電； 鼠標(biāo)將建立的數(shù)據(jù)拖拽到 [測試客戶機(jī) ]欄中； 下拉菜單 [狀態(tài) ]啟動測試客戶機(jī)，測試所建項(xiàng)目，如果 [質(zhì)量 ]顯示 “好 ”，表示通訊數(shù)據(jù)正確；文件保存之。否則要檢查接口或者重新設(shè)置， (注意一定要保存，否則在 WinCC與 PC Access建立變量鏈接時，將找不到相應(yīng)的 Item)見圖 16， 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 16 啟動測試 PC Access 與 WinCC 的通訊設(shè)置 ●安裝 ，會自動裝載 OPC 客戶端， 運(yùn)行 WINCC，在 [變量管理 ]中的 [添加新的驅(qū)動程序 ]，在 WINCC 安 裝目錄下的 [bin]中選擇 OPC 的 WINCC 通訊驅(qū)動程序 (*.CHN)；則在 [變量管理 ]中會出現(xiàn)該驅(qū)動程序的變量組鏈； OPC GROUPS（ OPCCHN UNIT1），見圖 17， 圖 17 添加 OPC 驅(qū)動 ● 在 OPC GROUPS點(diǎn)擊 [新的程序連接 ]，建立一個新的驅(qū)動程序連接，見圖 18。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 18 新建驅(qū)動程序連接 選擇 [系統(tǒng)參數(shù) ]，打開 OPC條目管理器；選擇 [LOCAL] 中的 ,并點(diǎn)擊[過濾服務(wù) 器 ],在彈出 [過濾標(biāo)準(zhǔn) ] 的對話框中 ,接著點(diǎn)擊 [下一步 ]，出現(xiàn)已經(jīng)建立的；選擇已建的 ITEMS，并 [添加條目 ]， [完成 ]后，在 OPC GROUPS下將出現(xiàn) S7200_OPCSERVER的連接，以及添加的條目，完成變量的鏈接，見圖 19。 圖 19 選擇要添加的條目 用戶界面開發(fā) 基于 PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)主要有以下幾種人機(jī)接口界面。 （ 1）信息顯示畫面 ： 主要顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息，如電機(jī)的速度、變頻器的運(yùn)行頻率以及一 些故障信息； （ 2）設(shè)備控制畫面：雖然 S7300能實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場總線上的數(shù)據(jù)采集和控制信號的輸出，且具有一些控制算法，但復(fù)雜的控制功能仍然需要在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)人工控制，在界面中點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備按鈕即可對設(shè)備如變頻器、變流器等進(jìn)行單獨(dú)控制； 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 3）實(shí)時報(bào)警處理：對系統(tǒng)實(shí)時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，發(fā)出報(bào)警信號，并按技術(shù)要求進(jìn)行處理、自動進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備控制； （ 4 ）報(bào)表打印及數(shù)據(jù)曲線顯示等。 PROFIBUS現(xiàn)場總線是一種數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。在系統(tǒng)中間層或不同層的總線設(shè)備之間均采用數(shù)字信號進(jìn)行通信，由于用數(shù)字信號替代模擬信號，因而 可實(shí)現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號（包括多個運(yùn)行參數(shù)值、多個設(shè)備狀態(tài)、故障信息）同時又為多個設(shè)備提供電源，現(xiàn)場設(shè)備以外不再需要 A/D， D/A轉(zhuǎn)換部件，這樣大量減少了導(dǎo)線和連接附件，提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。因此，這種總線控制系統(tǒng)幾乎所有的工業(yè)控制系統(tǒng)以及樓宇自動化系統(tǒng)都可以應(yīng)用，并且它還是 “全集成自動化 ”的系統(tǒng)總線。它使用了將控制邏輯分散到整個系統(tǒng)的全新理念，大大提高了工業(yè)自動化水平，最大限度地提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了工廠管理與控制一體化。它以其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢必將成為自動控制領(lǐng)域的主流方向。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 結(jié)束語 基于 S7 300 PLC實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)的模糊自整定 , 既保留了 PLC 控制的可靠性、靈活性等特點(diǎn) ,