【正文】 如今，四年轉(zhuǎn)眼已過，前路漫漫而往事隨風(fēng)。 感謝我的導(dǎo)師李虎山老師，在論文的撰寫過程中，給予我細(xì)心的指導(dǎo)和中肯的建議。如今，四年彈指而過，我已深深愛上這里，卻又即將離開。 無論如何，經(jīng)過一 個多月的努力， 本次畢業(yè)設(shè)計及論文 終于完成 了，整個畢業(yè)設(shè)計過程中我體會到： 畢業(yè)設(shè)計是 一個不斷學(xué)習(xí)的過程，從最初對 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng) 的模糊認(rèn)識到最后 從軟、硬件到實際控制都有一定的見解 ，我體會到實踐對于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是明白 了 理論， 而 沒有經(jīng)過實踐考察，對知識的理解 往往 不夠明確， 通過這次畢業(yè)設(shè)計真正實現(xiàn)了理論與實際相結(jié)合 。其實自動化的定義是以機(jī)械代替將人類從手工勞動中解放出來，既能提高生產(chǎn)效率又能節(jié)約人力成本，是一門博大精深的學(xué)問。這樣 最終我得出了一組控制效果較好的數(shù)據(jù)分別是： P=18； I=2min； D=10s， 此時 控制曲線如下圖所示： 圖 控制曲線圖 從圖 我們可 以看出反饋控制系統(tǒng)的控制效果還是比較好的，最終的溫度也能趨于穩(wěn)定，但是這樣是否意味著前饋控制沒有意義呢，下面我們通過一幅圖片來對比一廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 下不加入前饋控制與加入前饋控制之后的控制效果有什么不同： 圖 有無前饋控制效果對比 根據(jù)圖 ，在時間 600s 的時刻可以明顯看出加入前饋的控制系統(tǒng)要超前于沒加入前饋的控制系統(tǒng)，隨后有前饋的控制系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，而無前饋的控制系統(tǒng)直至 700s后才趨于穩(wěn)定。 工程經(jīng)驗法是指根據(jù)以往的工程經(jīng)驗在控制系統(tǒng)上進(jìn)行邊監(jiān)測邊調(diào)整參數(shù)，通常利用臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法三種方法在實際中按照工程經(jīng)驗設(shè)置大致的參數(shù)，按照調(diào)節(jié)效果的好壞再進(jìn)行整定。 2. 前饋 反饋整定法： 在圖 所示系統(tǒng)反饋回路整定好的基礎(chǔ)上，先合上開關(guān) K，使系統(tǒng)為前饋 反饋控制系統(tǒng)，然后由小到大調(diào)節(jié) KF值，可得到在擾動 f（ t）作用下如圖 所示的一系列響應(yīng)曲線，其中圖 (b) 所示的曲線補(bǔ)償效果最好。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 控制參數(shù)的 整定 一般來說，前饋控制器參數(shù) 的整定方法 有以下幾種： 1. 開環(huán)整定法 ：開環(huán)整定法是在系統(tǒng)斷開反饋回路的情況下，僅采用靜態(tài)前饋作用，來克服對被控參數(shù)影響的一種整定法。作為具有一定的地位的國內(nèi)本土品牌《組態(tài)王》，裝機(jī)量不容小視，同時其功能也是相當(dāng)完善的，而且上手較快，因此本次設(shè)計選用組態(tài)王來實現(xiàn)上位機(jī)的監(jiān)控，下面對組態(tài)王的使用作一個簡單的介紹： 圖 組態(tài)王工程管理器 打開組態(tài)王我們將會見到圖 所示的界面，要是我們 是運行已有工程可以直接選定一個工程雙擊或者單擊“運行”按鈕；若是要進(jìn)行編程或者畫面設(shè)計則要點擊“開發(fā)”按鈕；如果是新建一個工程則要點擊“新建”，下面介紹一下新建一個工程的步驟： 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 21 圖 新建工程向?qū)М嬅?一 點擊“下一步”； 圖 新建工程向?qū)М嬅?二 在向?qū)М嬅?2選擇瀏覽 工程 的儲存路徑，之后 點擊“下一步”； 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 新建工程向?qū)М嬅?三 對工程的命名和描述在向?qū)М嬅嫒N完成，點擊“完成”則一個新的項目工程新建完畢。組態(tài)王正是提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計的工具 。組態(tài)軟件的應(yīng)用非常廣泛，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)，給水系統(tǒng)，石油，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集和過程控制領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的化學(xué)。這個整數(shù)信號應(yīng)該送至 FB41 的管腳，但是 FB41 又只能識別 0～1 的浮點數(shù)，因此在送入 FB41 之前我們將該整數(shù)經(jīng) FC105 轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)，其中溫度信號放在 FB41 的背景數(shù)據(jù)塊（ DB41）中，流量信號放在雙字寄存器 MD20 中，因此我們編寫的主要程序如下： 圖 流量 信號 的引入 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 17 圖 前饋系數(shù)的設(shè)置 圖 前饋補(bǔ)償?shù)挠嬎? 圖 轉(zhuǎn)換成實數(shù) 圖 溫度信號 的引入 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 PID算法的實現(xiàn) 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 19 圖 對應(yīng)的 DB41數(shù)據(jù)塊 5 組態(tài)的建立 過程 組態(tài)軟件介紹 組態(tài)軟件，也被稱為組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。下面來介紹一下我們編程將會用到的一些塊： 組織塊： OB1， OB1 通常是主程序，負(fù)責(zé)循環(huán)處理即操作系統(tǒng)的每一次循環(huán)都會運行一次 OB1； OB35， 0B35 是定時循環(huán)中斷組織塊，可以通過設(shè)置其中斷時間來實現(xiàn)我們需要的功能； OB100， OB100 通常用來數(shù)據(jù)的初始化，因為它只在 PLC 暖啟動（手動撥動開關(guān)）被執(zhí)行一遍。 邏輯塊是含有一部分用戶程序的塊：邏輯塊包括組織塊（ OB）、功能塊（ FB）、功能（ FC）、系統(tǒng)功能塊（ SFB）、系統(tǒng)功能（ SFC），數(shù)據(jù)塊則只包含數(shù)據(jù) 沒有邏輯指令。 STEP 7 可以根據(jù)需要按照項目新建向?qū)У闹敢葱枰陆椖抗こ袒蛘咛^向?qū)Ш?，手動?chuàng)建新項目并逐步添加所需的組件和塊。 模擬量信號的采集分為兩個過程一個是測量一個是變送，鍋爐內(nèi)膽水的溫度 由溫度傳感器采集后經(jīng)過 溫度變送器轉(zhuǎn)換成 成 4～ 20mA 的電流信號送入 S7300PLC 的模擬量輸入模塊（ SM331），同樣的，流量信號也是轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號后才送入 SM331 模塊。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 4 系統(tǒng)的設(shè)計過程 系統(tǒng)裝置接線 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 根據(jù)前三章的內(nèi)容，設(shè)計出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，運用學(xué)校實驗室已有的求是教儀可以組建該系統(tǒng)，求是教儀實際上是將我們要用到的電源、 PLC、三相 SCR 調(diào)壓裝置、變送器等裝置的接線端子集成到了同一個界面上，我們可以直接在教儀上連接線路，組成系統(tǒng)。 流量計 流量計是用來測量流體流量的儀表，本設(shè)計裝置的流量計有電磁流量計和渦輪流量計兩種：電磁流量計用以測量 電動調(diào)節(jié)閥控制的動力支路，它的優(yōu)點是零點比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不受被測介質(zhì)壓力、溫度、粘度、密度等物理參數(shù) 變化的影響，反應(yīng)靈敏，輸出信號與流量成線性關(guān)系，量程比 較 寬。溫度傳感器是溫度測量儀器的核心 組成部分 ，品種繁多。 SM331 主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、光電隔離部件、模擬切換開關(guān)、恒流源、邏輯電路和補(bǔ)償電路等組成。從響應(yīng)速度來看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性來看，則是繼電器觸點輸出型最佳。按輸入輸出量的不同信號模塊又可以分為數(shù)字量模塊和模擬量模塊兩類。 戶外型 CPU： CPU 312 IFM、 CPU 314 IFM 等 。 S7300 PLC 的 CPU有 4種操作模式 分別 是 ： STARTUP（啟動）、 RUN（運行） 、 HOLD（保持） 和 STOP（停機(jī)） 。 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 7 圖 西門子 S7300系列模塊圖 本設(shè)計使用的正是德國西門子公司的 S7300 系列 PLC， S7300 PLC 是模擬式中小型 PLC， 主要由機(jī)體框架、電源模塊（ PS）、 CPU 模塊、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）、接口模塊（ IM）、通信處理器（ CP）和編程設(shè)備組成。 PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用： 邏輯運算； 弱電控制強(qiáng)電，所以 PLC 在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有獨特的優(yōu)勢。 前饋 PLC + + 溫度 流量 擾動 給定值 流量測量變送器 水泵支路管道 PID 調(diào)壓模塊 電加熱管 鍋爐內(nèi)膽 溫度測量變送器 + 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 控制系統(tǒng)硬件 控制設(shè)備 PLC 基本介紹 可編程控制器最早起源于 美國數(shù)字設(shè) 備公司（ DEC）， 它于 1969 研制出的世界上第一臺 成功應(yīng)用于美國通用汽車公司（ GM）生產(chǎn)線 的可編程控制器 。鍋爐內(nèi)膽和夾套的水都來自磁力泵的管道，夾套的水一直在流動起到帶走一部分熱量的作用因此又稱為冷卻水；鍋爐內(nèi)膽的水可以通過加熱管進(jìn)行加熱，它的溫度就是我們要控制的量。因此，前饋 反饋控制系統(tǒng)一般 由以下環(huán)節(jié)構(gòu)成： 擾動信號測量變送器：對擾動信號進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成 標(biāo)準(zhǔn) 的電信號； 前饋控制器：對擾動信號進(jìn)行補(bǔ)償； 被 控 量測量變送器：對被 控 量進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成 標(biāo)準(zhǔn) 的電信號 。 前饋 反饋控制系統(tǒng) 由于單純的前饋控制系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)，無法對輸出結(jié)果進(jìn)行檢驗和校正，但是我們的控制系統(tǒng)中往往不單只前饋控制器克服的那些擾動還有一些次要擾動，如果對每一個擾動都設(shè)計對應(yīng)的前饋控制器往往會使得系統(tǒng)過于繁瑣且經(jīng)濟(jì)成本太高，因此為了既經(jīng)濟(jì)又有較好的控制效果，保證輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性我們引入了反饋控制系統(tǒng)組成前饋反饋控制系統(tǒng)。 Gff(S) GPC(S) GPD(S) Y R 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 3 與靜態(tài)不同，動態(tài)前饋控制是指在任意的時刻乃至不同的狀況下前饋控制器都能對擾動進(jìn)行補(bǔ)償，因此它的傳遞函數(shù)完全符合公式 ；干擾經(jīng)前饋控制器通道產(chǎn)生的輸出與其經(jīng)干擾通道產(chǎn)生的輸出，二者大小特性一致但方向相反，相互抵消；這樣的就是動態(tài)前饋控制方式。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2