【正文】 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 23 參考文獻(xiàn) [1] 俞紅衛(wèi) .一種 PID控制與模糊控制相結(jié)合的智能溫度控制系統(tǒng) [J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2020(7) :106109. [2] 邱道伊 .S7300/400PLC入門(mén)和應(yīng)用分析 [M].北京 :中國(guó)電力出版社 ,2020:116120. [3] 吳勤勤 .控制儀表及裝置 (第三版 )[M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020:9899. [4] 陳中平 .西門(mén)子 s7300/400快速入門(mén) [M].北京 :人民郵電出版社 ,2020:25. [5] 甄立東 .西門(mén)子 WinCC V7基礎(chǔ)與應(yīng)用 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020:130140. [6] 王瑾烽 .用 WinCC進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集實(shí)例 [J].浙江冶金 ,2020(3):4041. [7] 廖常初 .S7300/400PLC應(yīng)用教程 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020:267276. [8] Siemens PID Control Manual[M].Munich:Siemens AG,2020:444． [9] 殷華文 , 田金云 . 基于 FB41與 FB43的夾套鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [N].南陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào) ,2020,(3):5962. [10] 涂植英 ,陳今潤(rùn) .自動(dòng)控制原理 [M].重慶：重慶大學(xué)出版社 ,2020:2224. [11] 王樹(shù)青 ,戴連奎 ,于玲 .過(guò)程控制工程 (第二版 )[M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020:8284. [12] Siemens S7300和 S7400的標(biāo)準(zhǔn)軟件 PID控制用戶手冊(cè) [M].Munich: Siemens AG,1996:23. 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Temperature Prediction and control During proceedings of the Ironmaking conference[C].. 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 24 附錄 OB1 主程序 A M S M A M R M R M A M = Q JC _0a0 R M A Q JCN _000 _0a0: A M S M A M R M R M A M = JC _0a1 R M A JCN _001 _0a1: A //觸發(fā)設(shè)定值發(fā)生器 JCN _001 FP M JCN _012 L +005 //對(duì)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行賦值 T MD 76 L +006 T MD 80 L +006 T MD 84 L +001 T MD 96 T MD 100 _012: CALL FB 1 , DB1 START := tm1 :=MD76 tm2 :=MD80 tm3 :=MD84 T1 :=MD88 T2 :=MD92 T3 :=MD96 T4 :=MD100 T_sp :=MD4 T_time:=MD8 x1 := x2 := x3 := L MD 8 //運(yùn)行時(shí)間由分轉(zhuǎn)化為毫秒 L +004 *R T T_T_S L 2 R R M //運(yùn)行時(shí)間大于 tm1 是復(fù)位 JC _002 TAK R T tm2_s 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 25 L +004 =R = M //運(yùn)行時(shí)間小于 tm1 是置位 _002: L T_T_S L 6 R R M //運(yùn)行時(shí)間大于 tm2 是復(fù)位 JC _001 TAK R T tm3_s L +004 =R = M //運(yùn)行時(shí)間小于 tm2 大于 tm1 時(shí)置位 _001: CALL FC 105 //調(diào)用 fc105 IN :=PIW298 HI_LIM :=+002 LO_LIM :=+000 BIPOLAR:= RET_VAL:=MW40 OUT :=MD36 FP M JCN _000 L MD 36 T MD 88 T MD 92 _000: BE 周期性中斷 OB35 程序 A Q JCN _00f FP M //置位 ，初始化 fb41 R Q = A //當(dāng) 為 1 時(shí)，用設(shè)定值，否則手動(dòng)賦值。實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)停止、程序控溫過(guò)程與定值控溫過(guò)程的自由切換，并在線修改整定參數(shù)并監(jiān)控溫控曲線的變化?；谡Z(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 22 結(jié)束語(yǔ) 本課題以鍋爐溫度為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的研究與設(shè)計(jì)，取得理想控制效果，現(xiàn)總結(jié)如下： （ 1）對(duì)鍋爐水控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用西門(mén)子 S7300 PLC，通過(guò)語(yǔ)句表編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。其 E 點(diǎn)調(diào)節(jié)器的輸出值的大小和 F 點(diǎn)積分清零的條件以及 E、 F 兩點(diǎn)的時(shí)間需在要在具體調(diào)試中進(jìn)一步確定確定。同時(shí)系統(tǒng)的采樣周期為 50ms，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用輸出死區(qū)也可以避免執(zhí)行器過(guò)于頻繁動(dòng)作而引起的振蕩和機(jī)械磨損。 P I D控 制 器s p ( n ) m v ( n )e v ( n )執(zhí) 行過(guò) 程c ( n )Tc ( n ) 圖 26 帶死區(qū)輸出的 PID 控制框圖 其控制算式為 000 ev |ev(n) | ev |ev(n) |mv(n)mv(n) ?????? (14) 式 14 中，值 0ev 是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，具體值可以根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象由實(shí)驗(yàn)確定。如果沒(méi)有控制帶，基本上只有通過(guò)減小比例作用才能減小可調(diào)節(jié)變量。必須確保控制帶范圍不能太窄。在控制時(shí)，為消除余差，在應(yīng)用積分項(xiàng)的同時(shí)減小比例輸出或加大微分輸出，以至于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。系統(tǒng)超調(diào)量 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ ，曲線穿越幅度明顯減小，在溫變的拐點(diǎn)幾乎沒(méi)有超調(diào)。 圖 23 特殊比例 積分微分作用 PID 調(diào)節(jié)控制曲線圖 （ 1） 定值控溫 比例作用 P=10，積分作用 I=180，微分作用 D=10，輸出死區(qū)為 ℃ 。系統(tǒng)超調(diào)較大，完全超過(guò)了系統(tǒng)的控制要求，主要是由于程序控溫段由升溫慣性所致。 PID 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 當(dāng)控制器接通 PID 作用時(shí)，稍微放大 P 作用，同減小 I 作用，但卻得加入較強(qiáng)的微分作用。系統(tǒng)的超調(diào)量小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ ，由于第一溫變點(diǎn)約 60s 左右的滯后時(shí)間，使系統(tǒng)產(chǎn)生偏差，積分作用不斷累加為較大值輸出系統(tǒng)后偏差、輸出較小，這樣加熱便產(chǎn)生滯后，以至于進(jìn)一步產(chǎn)生較大偏差，積分進(jìn)一步累加為較大值，使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的穿越幅度。 PI 調(diào)節(jié)控制規(guī)律 當(dāng)控制器接通 PI 作用時(shí)，由于積分部分與誤差對(duì)時(shí)間的積分成正比，微弱的積分作用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間累加，積分分量會(huì)維持在較大的輸出值 ，如果調(diào)節(jié)時(shí)間足夠長(zhǎng)的話，積分分量輸出可能會(huì)達(dá)到 100，淹沒(méi) P 作用，所以在 PI 參數(shù)整定時(shí)，要把比例作用 P 變?nèi)醯耐瑫r(shí)加微弱的積分作用， 控制結(jié)果如圖 21 所示。 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 16 圖 20 比例微分作用 PD調(diào)節(jié)控制曲線圖 （ 2）程序溫控 比例作用 P=119，微分作用 D=3，系統(tǒng)的最大穿越幅度 ℃ ，超調(diào)量小于 ℃ ，穩(wěn)態(tài)誤差小于 ℃ 。在第一溫變拐點(diǎn)系統(tǒng)有一小 段滯后時(shí)間，約 60s 左右，但是在系統(tǒng)慣性作用下第二溫變拐點(diǎn)超調(diào)似乎很小，是由于被小幅度的曲線穿越抵消了系統(tǒng)慣性所致。同時(shí) 為了總結(jié)溫度對(duì)象的 PID 控制規(guī)律，分別用 P、 PI、 PD、 PID 和改進(jìn)后的 PID 控制規(guī)律同時(shí)對(duì)鍋爐水溫進(jìn)行升高 10℃ 的定值控溫控制和程序控溫的控制過(guò)程。 被 控 對(duì) 象給 定 值執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)（ 繼 電 器 / 接 觸 器 ）調(diào) 節(jié) 器水 溫 圖 17 溫度開(kāi)環(huán)系統(tǒng)原理圖 溫度對(duì)象在不同的溫度區(qū)間具有不同的對(duì)象特性，本實(shí)驗(yàn)測(cè)試的為 28℃ 51℃ 溫度區(qū)間的溫度對(duì)象特性，如圖 18 所示是觀察加熱 10 分鐘時(shí)，繼電器同開(kāi)度分別為 40%、60%、 80%、 100%的響應(yīng)曲線（不含滯 后時(shí)間）。 基于語(yǔ)句表編程的溫度控制程序設(shè)計(jì) 13 執(zhí) 行 初 始 化程 序 OB100對(duì) 雙 字 MD0和 MD28賦 值 0程 序 結(jié) 束復(fù) 位 復(fù) 位 圖 16 初始化程序流程圖 5 溫度對(duì)象數(shù)學(xué)模型測(cè)試和 控制規(guī)律測(cè)試 溫度對(duì)象的數(shù)學(xué)模型測(cè)試 電加熱鍋爐水溫散熱較慢，為開(kāi)環(huán)非自衡環(huán)節(jié)，并且溫度對(duì)象有較大的滯后，所以把溫度對(duì)象等效為一階積分加純滯后環(huán)節(jié)，故傳遞函數(shù)為 τseT G(s)=i?s1 (8) 式 8 中STi1為一階積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)， se?? 為純滯后環(huán)節(jié)，輸入的階躍信號(hào)為 sK R(s)= (9) 故開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)為 s2 τesT KG(s)R(s)C (s)i?? (10) 拉氏反變換為時(shí)域函數(shù)為 τ)t(tTK(t) i ?? (11) 其中 τ)δ(t? 為脈沖函數(shù)，會(huì)使階躍響應(yīng)延遲一段時(shí)間。 對(duì)于 PID算法和 PWM算法，可以直接調(diào)用 SIEMENS STEP 7 平臺(tái)中有專(zhuān)用 的 PWM算法模塊 FB43“PULSEGEN”脈沖發(fā)生器 和 PID 算法模塊 FB41“CONT_C”連續(xù)控制器，但是對(duì)于 FB41“CONT_C”連續(xù)控制器來(lái)說(shuō)，并加入對(duì)其 PID 控制規(guī)律的改進(jìn)過(guò)程。本算法同樣適用于任何其他相關(guān)控制系統(tǒng)，若如控制要求中有更多段升溫、恒溫或降溫過(guò)程，只需要在 FB1 在進(jìn)行多次調(diào)用 FC1 即可。這樣則 對(duì)于 AB 段 方程的求解，設(shè)定點(diǎn) ),( 00 tcA 和設(shè)定點(diǎn) ),( 11 tcB 的坐標(biāo)便是已知的，根據(jù)方程兩點(diǎn)式求法， 可計(jì)算 AB 段的一線方程為 0001 01 c)t(x)t(t )c(cY AB ?????? (7) 而直線段 BC、 CD 的方程同樣方法得出。 控溫程序的編寫(xiě) 主程序 OB1 的編寫(xiě) 語(yǔ)句表寫(xiě)的控制程序中，在 OB1 編寫(xiě)的程序中加入使控制系統(tǒng)既可以進(jìn)