【導(dǎo)讀】由于外膽冷卻水是循環(huán)的，因此一點(diǎn)少量的流量擾動(dòng)即會(huì)對(duì)內(nèi)膽溫度產(chǎn)生影響。動(dòng)在設(shè)計(jì)中被默認(rèn)為可測(cè)不可控的。正因?yàn)榱髁繑_動(dòng)的這個(gè)特性我們可以用前饋補(bǔ)償來(lái)。溫度控制我們用一個(gè)PID控制器來(lái)控制。在程序設(shè)計(jì)中PID控制器和前。饋補(bǔ)償用SIEMENSS7-300PLC中的FB41模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。再通過(guò)FB43將FB41的輸出轉(zhuǎn)。換成時(shí)間比例脈沖從而控制加熱絲，實(shí)現(xiàn)溫度前饋反饋控制。

　　

【正文】 的輸出接入脈沖發(fā)生器 FB43 轉(zhuǎn)換成脈沖序列控制繼電器的通斷。繼電器通斷控制接觸器，從而通過(guò)接觸器控制加熱絲的通斷。圖 16 為 FB43 功能塊。 圖 16 脈沖發(fā)生器 MD28 為 FB43 的輸入， 為 FB43 的輸出。在程序中 FB41 和 FB43 的各個(gè)參數(shù)在 DB41 和 DB43 中設(shè)置。 DB41 和 DB43 作為兩個(gè)數(shù)據(jù)塊伴隨著 FB41 和 FB43 生成。在 DB41 和 DB43 中每個(gè)變量都有各自在數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)區(qū)的地址，如 DBB、 DBW、 DBD等。根據(jù)這些個(gè)地址我們?cè)诮M態(tài)軟 件中也可以通過(guò)這些地址檢測(cè)到控制過(guò)程中各個(gè)值得變化情況。 圖 17 為 DB43 中的主要設(shè)置。首先將 MAN_ON 設(shè)置為 FALSE 避免手動(dòng)輸出。由于只是控制加熱絲的通斷，所以我們只需要用到單極性兩級(jí)控制，將 MAN_ON，STEP3_ON， ST2BI_ON 設(shè)置為 FALSE 即可。并通過(guò)設(shè)置 P_B_TM 為 10MS 使得在 1S內(nèi)（ PER_TM 設(shè)置為 1S）調(diào)用 FB43100 次，即控制精度為 1%。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 圖 17 DB43 塊 圖 18 為 DB41 的設(shè)置。同樣首先將 MAN_ON 設(shè)置為 FALSE。再將 P_SEL， I_SEL設(shè)置為 TRUE 使 FB41 成為一個(gè) PID 控制器。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)定的溫度控制值為 50176。，所以將 SP_INT 設(shè)定為 176。 這樣 S7300 PLC 的主要程序就已基本完成了。接下來(lái)的工作就是調(diào)試 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)使得系統(tǒng)打達(dá)到制要求。 圖 18 DB41 塊 P、 I、 D 參數(shù)整定 在說(shuō)到 P、 I 器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系 統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。 二 種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。 對(duì)于溫度系統(tǒng)： P 2060， I（分） 310， D（分） 對(duì)于流量系統(tǒng)： P 40100， I（分） 對(duì)于壓力系統(tǒng)： P 3070， I（分） 對(duì)于液位系統(tǒng)： P 2080， I（分） 1— 5 PID 參數(shù)的調(diào)整經(jīng)驗(yàn) 為： （ 1）對(duì)于比例控制來(lái)說(shuō)，將比例度調(diào)到比較大的位置，逐步減小以得到滿意的曲線。 （ 2）對(duì)于比例積分來(lái)說(shuō)，先將積分時(shí)間無(wú)限大，按純比例作用正定比例度。得到滿意曲線后，將比例度放大（ 10～ 20） %，將積分時(shí)間由大到小加入，直到獲得滿意曲線。 （ 3）對(duì)于 PID 控制，先將微分時(shí)間置零，按照調(diào)比例積分控制方法得到滿意取先后將比例度將到比原值?。?10～ 20） %位置，適當(dāng)減小積分時(shí)間后，將微分時(shí)間逐漸加大 ，直到獲得滿意的曲線。 PID 參數(shù)整定的基本判斷 ： （ 1） 響應(yīng)曲線震蕩頻繁，系統(tǒng)穩(wěn)定度不夠，需加大比例度。 （ 2） 系統(tǒng)偏差大，并且趨于非周期過(guò)程，需減小比例度。 （ 3） 曲線波動(dòng)大，增加積分時(shí)間以消除余差。 （ 4） 曲線震蕩頻繁，穩(wěn)定度低且曲線偏離給定值后長(zhǎng)時(shí)間不回來(lái)，需減少積分時(shí)間。 （ 5） 曲線最大偏差大且衰減慢，需增加微分時(shí)間。 （ 6） 曲線震蕩頻繁，可以適當(dāng)減少微分時(shí)間。 在整定 PID 參數(shù)過(guò)程中由于加熱絲功率相對(duì)鍋爐較大（ ）。因此在加熱時(shí)熱慣性很大， 一般當(dāng)加熱絲停止加熱時(shí)溫度能超調(diào)兩度左右。因此我們?cè)谶x擇控制器時(shí)一定要使用 PID 控制，使控制器能夠提前調(diào)節(jié)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，我們首先將 P 設(shè)為 60， I 設(shè)為 30S， D 設(shè)為 20S。我們通過(guò)觀察 FB41 的 LMN 輸出值發(fā)現(xiàn) PID 控制器響應(yīng)太慢，使得溫度控制達(dá)不到預(yù)想的效果。因此我們加大了 P，把 P 設(shè)為 60，減小 I 設(shè)為 10S，加大 D 為 40S。在更改參數(shù)之后，控制效果較好。在整定 P、 I、 D 參數(shù)時(shí)我們將 D 參數(shù)基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 設(shè)大加強(qiáng)微分作用，一是起到一個(gè)提前調(diào)節(jié)作用；二是使得 PID 輸出有一定震蕩，使得當(dāng)溫度接近設(shè)定值時(shí)通斷頻繁一點(diǎn)。這樣能減小熱 慣性對(duì)溫度值的影響。圖 19 是整定后的溫度曲線圖。 圖 19 溫度曲線 圖 19 中直線表示溫度設(shè)定值。初始值是 50176。，而后將設(shè)定值改為 55176。可以看出超調(diào)在 1176。左右，穩(wěn)態(tài)誤差在 1%左右。 圖 20 流量溫度曲線 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 圖 20 中右邊的波形為外膽冷卻水流量值，可一看到在流量波動(dòng)時(shí)對(duì)溫度曲線沒(méi)有產(chǎn)生太大影響，可見(jiàn)前饋補(bǔ)償起到一定作用。 結(jié)束語(yǔ) 我們最終比較順利的完成了這次設(shè)計(jì)。鍋爐內(nèi)膽水溫前饋反饋控制系統(tǒng)的溫度設(shè)定值在 50176。時(shí)，超調(diào)量小于 2176。，穩(wěn)態(tài)誤差在 176。左右達(dá)到了控制要求。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們基本掌握了工程實(shí)際中對(duì) P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)的整定方法，并且通過(guò)觀察 PLC 的 PID控制器的輸出變化情況對(duì)這三個(gè)參數(shù)在控制中所起的作用有了更深刻的理解。 當(dāng)然我們?cè)谧鲞@次設(shè)計(jì)中還是遇到了一些問(wèn)題。 (1)在我們做設(shè)計(jì)時(shí)由于試驗(yàn)設(shè)備都是以前已經(jīng)準(zhǔn)備好的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)直接使用。但是在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中卻是不行的。我們對(duì)各種硬件的選型都應(yīng)該熟悉和掌握。例如電纜線徑、傳感器量程、調(diào)節(jié)閥工作方式、加熱絲功率、 PLC 模塊等等。這些在真的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中都是非常重要的。 (2)在整定 PID 參數(shù)時(shí)大多還是用的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)整個(gè)對(duì)象模型的掌握還不夠。我們只通過(guò) 對(duì)流量，液位的測(cè)量得出它們的對(duì)象傳遞函數(shù)。但是由于溫度對(duì)象的特殊性而沒(méi)有測(cè)量出其對(duì)象傳遞函數(shù)。 (3)在組態(tài) PLC 的模擬量輸出模塊時(shí)要注意對(duì)量程和型號(hào)的選擇。以免在輸出信號(hào)輸出控制執(zhí)行器是產(chǎn)生錯(cuò)誤。我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中曾多次遇到調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)錯(cuò)誤問(wèn)題，當(dāng)時(shí)這個(gè)問(wèn)題困擾了我們很長(zhǎng)時(shí)間?？梢?jiàn)在設(shè)計(jì)中一個(gè)小疏忽都可能造成很嚴(yán)重的錯(cuò)誤。 (4)在溫度控制中由于加熱絲的功率想多較大，溫度對(duì)象的熱慣性也比較大。在控制溫度時(shí)往往會(huì)有很大的超調(diào)。因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)對(duì)于這個(gè)加熱絲的選擇如何匹配加熱對(duì)象也是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。 這 次設(shè)計(jì)結(jié)束了，我們通過(guò)這次設(shè)計(jì)學(xué)到了一些工程實(shí)際中才能掌握的技能。但是同時(shí)我們也遇到了這樣那樣的問(wèn)題。在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中我們掌握了很多知識(shí)，也開(kāi)拓了視野。這也我們看到了自己和真正的自動(dòng)化工程師之間的差距。因此在今后的學(xué)習(xí)生活中我們也有了自己明確的奮斗方向，會(huì)更加努力的向著自己的目標(biāo)前進(jìn)。 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 參考文獻(xiàn) [1] 孫洪程，李大宇，翁維勤．過(guò)程控制工程．高等教育出版社， 2021 [2] 廖常初． S7300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)第二版．機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2021 [3] 鐘肇，馮太合，陳宇居．西門子 S7300系列 PLC及應(yīng)用軟件 STEP7 [4] 程子華． PLC原理與編程實(shí)例分析 [M]．國(guó)防工業(yè)出版社， 2021 [5] 何超．交流變頻調(diào)速技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [6] 宮淑貞，王冬青，徐世許．可編程控制器原理及應(yīng)用．人民郵電出版社， 2021． 12 [7] 紀(jì)銀光． AutoCAD2021電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例．電子工業(yè)出版社， 2021． 7 [8] Nogueira W F D C Temperature and pH control in posting of coffee and agricultural wastes 1999 [9] Haug R T The Practical Handbook of Compost Engineering 1993 [10] Keener H D R C Optimizing the efficiency of the posting process 1992 基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 致謝 首先要感謝殷華文老師為我們提供的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)期間我們?cè)谝罄蠋煹膸ьI(lǐng)下分工合作，各自發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，不斷培養(yǎng)著自己的團(tuán)隊(duì)合作精神。在技術(shù)上，殷老師帶領(lǐng)我們學(xué)習(xí)各種技術(shù)資料使我們?yōu)榻窈蟮墓ぷ鞔蛳铝藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿完成，這與因老師的指導(dǎo)是密不可分的。在此向殷老師表示感謝。同時(shí)也向各位在設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的同學(xué)和老師表示感謝。