【正文】 0。當(dāng)需要降溫時(shí)，PID控制器輸出范圍100~0。加熱部分溫度反饋信號(hào)使用的是PT100熱電阻，通過AI808智能儀表把信號(hào)轉(zhuǎn)化為4~20MA電信號(hào)送入SM331模塊。程序結(jié)合FB43占空比控制功能塊，把PID運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)，由PLC輸出PWM脈沖信號(hào)對(duì)交流接觸器進(jìn)行鍋爐加熱控制。冷卻部分為水可流動(dòng)的鍋爐夾套。當(dāng)需要降溫時(shí)，PID控制器輸出負(fù)值，通過SM332模塊把PID控制器結(jié)果轉(zhuǎn)換成4~20ma電信號(hào)，以此控制電動(dòng)閥門的開度，從而控制進(jìn)入夾套的水量。流入夾套的冷卻水由夾套頂部部出水孔流出。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法所得。P設(shè)置為4，D設(shè)置為8S，循環(huán)時(shí)間為1S。 圖30 雙極性水溫控制裝置 FB41（梯形圖）實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖31所示 圖31 FB41（梯形圖）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析所得： n== = = =3min10s σ= =% e(∞)=℃。論證實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足控制要求。FB41實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖32所示 圖32 FB41實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析所得： n== = =34s =2min34s σ==7% e(∞)= 根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)的對(duì)比，孝廉“FB41”的性能優(yōu)越于SB41。 雙容水箱水位控制（二階慣性對(duì)象） 實(shí)驗(yàn)裝置描述 實(shí)驗(yàn)裝置如圖33所示。 圖33 雙容水箱實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)以雙水箱串聯(lián)作為被控對(duì)象，左水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要求左水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT2檢測(cè)到的左水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過PID調(diào)節(jié)器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制左水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制。實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F11全開，將右水箱出水閥門F1左水箱出水閥門F14開至適當(dāng)開度（要求閥F12稍大于閥F14），其余閥門均關(guān)閉。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如下圖335所示。 圖34 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖35 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖 數(shù)學(xué)模型建立由上圖34所示，被測(cè)對(duì)象由兩個(gè)不同容積的水箱相串聯(lián)組成，故稱其為雙容對(duì)象。自衡是指對(duì)象在擾動(dòng)作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身重新恢復(fù)平衡的過程。雙容水箱數(shù)學(xué)模型是兩個(gè)單容水箱數(shù)學(xué)模型的乘積，即雙容水箱的數(shù)學(xué)模型可用一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)來描述：G(s)=G1(s)G2(s)= (1) 式中K＝k1k2，為雙容水箱的放大系數(shù)，TT2分別為兩個(gè)水箱的時(shí)間常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)量為左水箱的液位，當(dāng)右水箱輸入量有一階躍增量變化時(shí)，兩水箱的液位變化曲線如下圖所示。此圖中，右水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù) (a)；而左水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形曲線 (b)，即左水箱的液位響應(yīng)滯后了，它滯后的時(shí)間與閥F12和F14的開度大小密切相關(guān)。 圖36 雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線（a）右水箱液位 （b）左水箱液位雙容對(duì)象兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)可按下述方法來確定。在下圖所示的階躍響應(yīng)曲線上求?。?1) h2（t）|t=t1= h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)B和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1；(2) h2（t）|t=t2= h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)C和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2。 圖37 雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線然后，利用下面的近似公式計(jì)算式 (2) (3) (4) 〈t1/t2〈由上述兩式中解出T1和T2，于是得到如式（1）所示的傳遞函數(shù)。在改變相應(yīng)的閥門開度后，對(duì)象可能出現(xiàn)滯后特性，這時(shí)可由S形曲線的拐點(diǎn)P處作一切線，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為A，OA對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為對(duì)象響應(yīng)的滯后時(shí)間。于是得到雙容滯后（二階滯后）對(duì)象的傳遞函數(shù)為： G（S）= (5) PID參數(shù)確定及實(shí)驗(yàn)結(jié)果本實(shí)驗(yàn)通過使用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法所謂動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的方法，即根據(jù)圖38中對(duì)象特性的階躍響應(yīng)曲線測(cè)試法測(cè)得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（K、T、τ等），利用下表所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于衰減率為4：1時(shí)調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。 表5經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱δ（%）TITDP100%PI100%PID100%2τ 圖38 對(duì)象特性的階躍響應(yīng)曲線通過運(yùn)算，最后確定控制器使用PD控制方式，P為1，D為7S。循環(huán)時(shí)間為1S。FB41（梯形圖）實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖39所示 圖39 FB41（梯形圖）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 選取控制效果比較好的的30cm蓄水至45cm段分析得： n== = = =83s σ==4% e(∞)=所得到穩(wěn)態(tài)誤差為2~3mm。論證實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足控制要求。 FB41實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖40所示 圖40 FB41實(shí)驗(yàn)結(jié)果 選取控制效果比較好的的30cm蓄水至45cm段分析得分析得： n== = =40s =103s σ==% e(∞)= 根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)分析的，孝廉“FB41”優(yōu)越于FB41。 程序容量占用及其占用掃描時(shí)間對(duì)比 只將FB41（梯形圖）與FB41分別放在OB1中，然后執(zhí)行程序，觀察其占用空間及PLC掃描時(shí)間。 FB41（梯形圖）程序容量占用及其占用掃描時(shí)間FB41（梯形圖）占用掃描時(shí)間如圖41所示； 圖41 FB41（梯形圖）占用掃描時(shí)間 FB41（梯形圖）占用掃描時(shí)間為150ms。 FB41（梯形圖）占用內(nèi)存空間如圖42所示： 圖42 FB41（梯形圖）占用內(nèi)存空間 FB41（梯形圖）占用內(nèi)存空間為7468B。 FB41程序容量占用及其占用掃描時(shí)間 FB41占用掃描時(shí)間如圖43所示： 圖43 FB41占用掃描時(shí)間 FB41占用掃描時(shí)間為150ms。 FB41占用掃描時(shí)間如圖44所示： 圖44 FB41占用掃描時(shí)間 FB41占用內(nèi)存空間為7448B。結(jié)束語通過這16周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我受益匪淺。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，不僅讓我的知識(shí)體系得以鞏固，而且還鍛煉提高了我的動(dòng)手操作能力。本次設(shè)計(jì)成功地實(shí)現(xiàn)了在西門子S7300 PLC中自編仿FB41 PID算法程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬工業(yè)對(duì)象的電加熱鍋爐水溫（一階積分對(duì)象，一階積分加滯后對(duì)象，雙極性控制）、液位（一階對(duì)象，二階對(duì)象）、壓力和流量控制，在上位計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件監(jiān)控。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有以下幾個(gè)方面：本題目具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理程序。(1)設(shè)計(jì)仿S7300 FB41 PID功能塊的算法程序。(2)對(duì)設(shè)計(jì)好的算法進(jìn)行封裝，分配數(shù)據(jù)塊，使其能在Step7中直接調(diào)用。(3)使用自主編寫FB41程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬工業(yè)對(duì)象的電加熱鍋爐水溫、液位、壓力、流量的控制，在上位計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件監(jiān)控，得到了相應(yīng)的圖形結(jié)果。 參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:[2] [M].北京:[3] [M].北京：[4] [M].北京：[5] [M].北京：[6] [M].南京:[7] [M].北京:[8] [M].廣州：[9] [M].北京:[10] [M].北京:[11] [12] [13] [14] SLC I IAamp。 PID : 01/2009[15] SLC I IAamp。 PID Control Getting : 01/2004[16] SLC I IAamp。 Standard PID Control First Steps in : 11/2003附錄 FB41（梯形圖）背景數(shù)據(jù)塊DB41參數(shù)明細(xì)表 FB41（梯形圖） PID模塊程序 致謝首先我要感謝生我養(yǎng)我的父母。謝謝你們二十多年來一直對(duì)犬子的操勞，照料和關(guān)心。大恩不言謝，今后，踏入社會(huì)的我一定會(huì)好好報(bào)答你們。實(shí)驗(yàn)室一起討論問題的情景；我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記每周四周五早上殷老師我們講課的情景；我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記殷老師給我們指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)候那種細(xì)心一絲不茍的情景；我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記我們一起在殷老師的倡導(dǎo)下?lián)]汗籃球場的情景；我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記殷老師評(píng)論大家的書法作品時(shí)候的情景……太多太多珍貴的回憶，珍貴的完成，都始終給予我耐心的指導(dǎo)和不懈的支持。結(jié)束了，此畢業(yè)設(shè)計(jì)獻(xiàn)給我逝去的青春。再見了，青春再見美麗的疼痛。再見了，青春再見永恒的迷惘。