【正文】 通過智能控制，可以徹底改變?cè)瓉砺浜蟮腻仩t控制狀態(tài)，把鍋爐操作工人從繁重的、臟亂的環(huán)境中解脫出來，使能源合理地分配使用，保證生活生產(chǎn)所需要的熱水。研究了預(yù)測控制的基本原理，針對(duì)預(yù)測控制中滾動(dòng)優(yōu)化過程運(yùn)算量過大、采樣周期時(shí)間長而導(dǎo)致的抗干擾性差的問題，用動(dòng)態(tài)矩陣控制實(shí)現(xiàn)預(yù)測控制的優(yōu)化計(jì)算。我們采用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，保證系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行，但PLC原本是替代繼電器控制器而產(chǎn)生的，擅長順序控制，而非過程控制，且多采用梯形圖編程，長于邏輯編程，采用梯形圖實(shí)現(xiàn)，程序冗長可讀性低。第5章 結(jié) 論 成果的創(chuàng)造性和先進(jìn)性本供暖鍋爐控制系統(tǒng)集成了PC+PLC和先進(jìn)控制算法。同時(shí)將報(bào)警信息存儲(chǔ)及打印輸出。此外具有消警功能，防止報(bào)警噪聲長時(shí)間響兒影響操作人員的健康。 水罐的參數(shù)記錄(3)報(bào)警界面系統(tǒng)的報(bào)警功能對(duì)任何生產(chǎn)部門得安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行都是十分重要的，因此設(shè)計(jì)好報(bào)警部分意義很大。此外，數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)記錄可以作為歷史數(shù)據(jù)趨勢顯示，以供管理和操作人員分析和決定操作。根據(jù)用戶要求，將對(duì)應(yīng)的參數(shù)信息以多種可選方式進(jìn)行定時(shí)周期或隨機(jī)性打印輸出[40]。 (2)報(bào)表界面WinCC監(jiān)控中心管理軟件的報(bào)表模塊有各時(shí)間報(bào)表和參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析模塊。閥門運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)變化能通過圖形化界面動(dòng)態(tài)顯示。蒸發(fā)工段監(jiān)控畫面提供與現(xiàn)場操作等同的按鍵、顯示、參數(shù)修改等操作功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。人機(jī)界面中各個(gè)功能模塊具體的界面及功能后面將分別進(jìn)行詳細(xì)地介紹[38]。分站區(qū)域內(nèi)設(shè)備和過程的數(shù)據(jù)采集及顯示、故障報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等工作都由現(xiàn)場操作顯示終端完成。激活項(xiàng)目，運(yùn)行工程。[37]。本項(xiàng)目中有記錄標(biāo)簽值的功能，則變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)選中；使用了報(bào)警及報(bào)表，則報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)及文本庫運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)選中，報(bào)表運(yùn)行系統(tǒng)也應(yīng)選中。包括運(yùn)行時(shí)顯示畫面的形式(如是否全屏顯示等)、啟動(dòng)畫面、運(yùn)行的控制模塊等。組態(tài)軟件通過動(dòng)態(tài)對(duì)話框、C動(dòng)作、VBS動(dòng)作或變量連接實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫連接方式。用戶還可以自定義工作環(huán)境，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)這些圖形進(jìn)行任意組合。根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)過程畫面，這些畫面都是由組態(tài)軟件提供的類型豐富的圖形對(duì)象組成的。此時(shí)必須給變量分配一個(gè)在節(jié)點(diǎn)中的對(duì)應(yīng)地址，地址類型與通訊對(duì)象相關(guān)，在地址屬性對(duì)話框中，選擇數(shù)據(jù)列表框中變量所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域[36]。WinCC的變量按照功能可分為外部變量、內(nèi)部變量、系統(tǒng)變量和腳本變量四種類型。WinCC使用變量管理器來組態(tài)變量、變量管理器對(duì)項(xiàng)目所使用的變量和通訊驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行管理。在組態(tài)軟件的運(yùn)行環(huán)境下，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況將實(shí)時(shí)地反映到變量的數(shù)值中；操作人員監(jiān)控過程數(shù)據(jù)，它在計(jì)算機(jī)上發(fā)布的指令通過變量傳遞給生產(chǎn)現(xiàn)場。 添加新的驅(qū)動(dòng)程序?qū)υ捒蚪酉聛硎墙M態(tài)系統(tǒng)變量。驅(qū)動(dòng)程序前面的“+”顯示當(dāng)前驅(qū)動(dòng)程序所以可用的通道單元。此通訊驅(qū)動(dòng)程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，通過它的通道單元提供與SIMATIC S7300的通訊。 監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目管理器然后需要建立系統(tǒng)通訊。首先創(chuàng)建項(xiàng)目。在直接輸出到打印機(jī)之前，報(bào)表可作為文件存儲(chǔ)和在屏幕上預(yù)覽，所有打印任務(wù)的狀態(tài)可通過相應(yīng)的操作在線顯示。所有的可操作按鈕都設(shè)有操作權(quán)限，在未經(jīng)登錄的情況下不能進(jìn)行操作，保護(hù)了工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，防止非操作人員的誤操作。(5)控制窗口。歷史曲線可每班打印一次，供生產(chǎn)管理人員查看數(shù)據(jù)。(4)趨勢曲線。(3)報(bào)警功能：過程系統(tǒng)的報(bào)警功能支持操作員對(duì)偶然發(fā)生的事件進(jìn)行處理，對(duì)超出設(shè)定值范圍的參數(shù)及設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)在工藝流程畫面上顯示報(bào)警和報(bào)警狀況集中顯示頁中顯示報(bào)警，方便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警狀況。監(jiān)控畫面模擬現(xiàn)場工作狀況，能夠直觀、精確了解現(xiàn)場工作狀況。本套監(jiān)控管理軟件以WinCC組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺(tái)，通過程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理軟件對(duì)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，從而開發(fā)了一種性能優(yōu)良的新型的遠(yuǎn)程鍋爐控制系統(tǒng)監(jiān)控管理軟件。另外，配合適當(dāng)?shù)能浻布到y(tǒng)，如ProAgent等，WinCC可以方便的實(shí)現(xiàn)基于不同通訊協(xié)議、從軟件到硬件、從自動(dòng)化站到操作站乃至整個(gè)SCADA網(wǎng)絡(luò)的診斷。(2)WinCC內(nèi)置了基于S5/S7協(xié)議的通訊系統(tǒng)，并提供大量面向這些系統(tǒng)和技術(shù)的組件，確保與SIMATIC S5/S7系列PLC連接的方便和通訊的高效。本系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)采用了組態(tài)軟件WinCC ，主要基于以下考慮：(1)本系統(tǒng)現(xiàn)場級(jí)控制設(shè)備選用西門子S7300系列PLC，開發(fā)工具為STEP7編程軟件。(9)交叉引用表：負(fù)責(zé)搜索在畫面、函數(shù)、歸檔和消息中所使用的變量、函數(shù)、OLE對(duì)象和Aetive控件；另外，WinCC還提供大量的選件(來自SIEMENSAamp。WinCC項(xiàng)目管理器采用的是圖形界面，其風(fēng)格類似于Windows的資源管理器，操作起來非常方便。WinCC項(xiàng)目管理器是組態(tài)軟件的核心，對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)組態(tài)和設(shè)置進(jìn)行全面的管理。由于西門子公司的綜合服務(wù)和支持，WinCC可在全球范圍內(nèi)使用，并得到全球范圍的支持。WinCC提供成熟可靠的操作和高效的組態(tài)性能，同時(shí)具有靈活的伸縮能力。WinCC組態(tài)軟件采用全新中文Explorer界面并擁有豐富的繪圖工具、龐大的圖形庫(包括大量工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)元件)、支持多媒體、提供功能強(qiáng)大的控件和控制語言，使用靈活、方便，運(yùn)行在Windows 98/2000/XP操作系統(tǒng)上。WinCC的顯著特性就是全面開放，它很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機(jī)界面，精確地滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。由于西門子公司的綜合服務(wù)和支持，WinCC可在傘球范圍內(nèi)使用，并得到全球范圍的支持。因此無論簡單或復(fù)雜任務(wù)，都能勝任。WinCC是現(xiàn)代化的系統(tǒng)，它具有廣泛的應(yīng)用和極高的兼容性，適用于辦公室和制造系統(tǒng)。建立好的通訊圖如下，組態(tài)軟件將工業(yè)控制管理常用功能組合在一起形成一個(gè)新的軟件平臺(tái)，用戶可以在這個(gè)軟件平臺(tái)下進(jìn)行二次開發(fā)系統(tǒng)所需的軟件。 生成MPI硬件工作站 打開STEP 7，首先執(zhí)行菜單命令【File】→【New...】創(chuàng)建一個(gè)S7項(xiàng)目，并命名為“全局?jǐn)?shù)據(jù)”。 在用STEP 7開發(fā)軟件包進(jìn)行GD通信組態(tài)時(shí)，由系統(tǒng)菜單【Options】中的【Define Global Data】程序進(jìn)行GD表組態(tài)。應(yīng)用GD通信，就要在CPU中定義全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，這一過程也稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)通信組態(tài)。 S7300的每個(gè)CPU可以參與最多4個(gè)不同的數(shù)據(jù)環(huán)，在一個(gè)MPI網(wǎng)上最多可以有15個(gè)CPU通過全局通訊來交換數(shù)據(jù)。全局?jǐn)?shù)據(jù)環(huán)中的每個(gè)CPU可以發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個(gè)CPU或從另一個(gè)CPU接收。 全局?jǐn)?shù)據(jù)可以由位、字節(jié)、字、雙字或相關(guān)數(shù)組組成，它們被稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)的元素。這樣，發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)，對(duì)于接收方來說是“透明的”。例如，GD ，1號(hào)全局?jǐn)?shù)據(jù)包中的3號(hào)數(shù)據(jù)。參與全局?jǐn)?shù)據(jù)包交換的CPU構(gòu)成了全局?jǐn)?shù)據(jù)環(huán)（GD Circle）。具有相同Sender/Receiver （發(fā)送者/接受者）的全局?jǐn)?shù)據(jù)，可以集合成一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)包（GD Packet）一起發(fā)送。在MPI分支網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)共享的兩個(gè)或多個(gè)CPU中，至少有一個(gè)是數(shù)據(jù)的發(fā)送方，有一個(gè)或多個(gè)是數(shù)據(jù)的接收方。S7程序中的FB、FC、OB都能用絕對(duì)地址或符號(hào)地址來訪問全局?jǐn)?shù)據(jù)。 全局?jǐn)?shù)據(jù)（GD）通信方式以MPI分支網(wǎng)為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的。 為了保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，總線連接器或中繼器上都設(shè)計(jì)了終端匹配電阻。用STEP 7軟件包中的Configuration功能為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)MPI地址和最高地址，最好標(biāo)在節(jié)點(diǎn)外殼上；然后對(duì)PG、OP、CPU、CP、FM等包括的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址排序，連接時(shí)需在MPI網(wǎng)的第一個(gè)及最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入通信終端匹配電阻。MPI物理接口符合Profibus RS485（EN 50170）接口標(biāo)準(zhǔn)。流程圖如下：圖417采樣子程序流程圖詳細(xì)程序見附錄。我設(shè)計(jì)的程序是以查表控制為主，以檢測到的室外溫度作為基準(zhǔn)，來改變循環(huán)泵頻率，引風(fēng)機(jī)頻率，鼓風(fēng)機(jī)頻率，從而改變供水溫度。菜單命令“View→Display→Symbolic Information“用來打開或關(guān)閉符號(hào)信息。執(zhí)行View菜單中命令，放大縮小梯形圖或功能塊圖的顯示比例。(2)在“Block“（塊）標(biāo)簽頁中，可以選擇生成功能塊時(shí)是否同時(shí)生成背景數(shù)據(jù)塊、功能塊是否有多重背景功能。進(jìn)入程序編輯器后用菜單命令“Option→Customize“打開對(duì)話框可以進(jìn)行下列設(shè)置：在“General“標(biāo)簽頁的”Font”設(shè)置編輯器使用的字體和字符的大小?？梢杂眉糍N板在塊內(nèi)部和塊之間復(fù)制和粘貼網(wǎng)絡(luò)，可以用Ctrl鍵。 梯形圖編輯器執(zhí)行菜單命令“Insert→Network“,或點(diǎn)擊工具條中相應(yīng)的圖標(biāo)，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的下面生成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。 邏輯塊邏輯塊包括組織塊OB、功能塊FB和功能FC。(1)共享符號(hào)與局域符號(hào)，后者不能用漢字。用菜單命令“View”→”Columns R,O,M,C,CC”可以選擇是否顯示表中的” R,O,M,C,CC “列，它們分別表示監(jiān)視屬性、在WinCC里是否被控制和監(jiān)視、信息屬性、通信屬性和出點(diǎn)控制。 符號(hào)表數(shù)據(jù)塊中的地址（DBD、DBW、DBB和DBX）不能在符號(hào)表中定義。(1) 生成與編輯符號(hào)表CPU將自動(dòng)地為程序中的全局符號(hào)加雙引號(hào)，在局部變量的前面自動(dòng)加““號(hào)。 符號(hào)表共享符號(hào)（全局符號(hào)）在符號(hào)表中定義，可供程序中所有的塊使用。表45 6ES7 3317KF02 模擬量輸入模塊的參數(shù)關(guān)系積分時(shí)間20100基本轉(zhuǎn)換時(shí)間（ms，包括積分時(shí)間）31722102附加測量電阻轉(zhuǎn)換時(shí)間（ms）1111附加開路監(jiān)控轉(zhuǎn)換時(shí)間（ms）10101010附加測量電阻和開路監(jiān)控轉(zhuǎn)換時(shí)間（ms）16161616精度（位，包括符號(hào)位）912124干擾抑制頻率（Hz）400605010模塊的基本響應(yīng)時(shí)間（ms，所有通道使能24136176816（4）設(shè)置模擬值的平滑等級(jí)在平滑參數(shù)的四個(gè)等級(jí)（無，低，平均，高）中進(jìn)行選擇。（3）模塊測量精度與轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)置SM331采用積分式A/D轉(zhuǎn)換，積分時(shí)間直接影響到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換精度和干擾抑制頻率。（2）模塊測量范圍的選擇“4DMU”是4線式傳感器電流測量；“R4L”是4線式熱電阻；“TCI”是熱電偶；“E”表示測量種類為電壓。當(dāng)CPU從STOP模式轉(zhuǎn)換為RUN模式時(shí)，CPU將參數(shù)傳送到每個(gè)模塊。 硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)置1. 硬件組態(tài) S7300的硬件組態(tài)窗口 CPU屬性設(shè)置對(duì)話框表44 時(shí)鐘存儲(chǔ)器各位對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖周期與頻率位76543210周期（s）21頻率（Hz）12510在CPU處于STOP模式下進(jìn)行。（3）系統(tǒng)診斷①快速瀏覽CPU的數(shù)據(jù)和用戶程序在運(yùn)行中的故障原因。（2）通信組態(tài)① 網(wǎng)絡(luò)連接的組態(tài)和顯示；② 設(shè)置用MPI或者PROFIBUSDP連接的設(shè)備之間的周期性數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)。③ 模塊的參數(shù)設(shè)置。 7的硬件組態(tài)與診斷功能（1）硬件組態(tài)① 系統(tǒng)組態(tài)：選擇硬件機(jī)架，模塊分配給機(jī)架中希望的插槽。（4）STEP7的幫助功能按FI鍵便可以得到與它們有關(guān)的在線幫助。（2）符號(hào)表編輯器（3）增強(qiáng)的測試和服務(wù)功能設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸出、多CPU運(yùn)行(僅限于57一400)，重新布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、.直接下載和調(diào)試塊、.同時(shí)監(jiān)測幾個(gè)塊的狀態(tài)等。（1）編程語言3種基本的編程語言:梯形圖(LAD)、功能塊圖(FBD)和語句表(STL)。STEP 7的授權(quán)在軟盤中。計(jì)算機(jī)的通信卡CP56ll(PCI卡)、CP55ll或CP5512(PCMCIA卡)將計(jì)算機(jī)連接到MPI 或PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)。STEP7具有以下功能:硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。15 9 876543210未用BRCC1CC0OSOVORSATRLOFC 狀態(tài)字的結(jié)構(gòu):DB和Dl寄存器分別用來保存打開的共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊的編號(hào)。2. 狀態(tài)字寄存器(16 位)首次檢測位（）:若該位的狀態(tài)為0，則表明一個(gè)梯形邏輯網(wǎng)絡(luò)的開始，或指令為邏輯串的第一條指令；邏輯運(yùn)算結(jié)果(RLO)：該位用來存儲(chǔ)執(zhí)行位邏輯指令或比較指令的結(jié)果；狀態(tài)位（STA）；OR 位暫存邏輯“與”的操作結(jié)果(先與后或):算術(shù)運(yùn)算或比較指令執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，溢出位OV被置1；OV 位被置1時(shí)溢出狀態(tài)保持位05位也被置1，OV位被清0時(shí)05仍保持為1，用于指明前面的指令執(zhí)行過程中是否產(chǎn)生過錯(cuò)誤；條件碼 1(CC1 )和條件碼0(CCO)綜合起來用于表示在累加器1中產(chǎn)生的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算的結(jié)果與0的大小關(guān)系、比較指令的執(zhí)行結(jié)果或移位指令的移出位狀態(tài)；二進(jìn)制結(jié)果位(BR)在一段既有位操作又有字操作的程序中，用于表示字操作結(jié)果是否正確。S7300有兩個(gè)犯位累加器(ACCUI和ACCUZ)，S7400有4個(gè)累加器(ACCUI~ACCU4)。可以按字節(jié)(plB或pQB)、字(Plw或PQw)或雙字(PID或PQD)存取，不能以位為單位存取PI和PO。Dl為背景數(shù)據(jù)塊，DIX，DIB，DIW和DID。4. 計(jì)數(shù)器(C)存儲(chǔ)器區(qū)計(jì)數(shù)值(0一999) 可以用二進(jìn)制或BCD碼方式讀取。與直接訪問I/O模塊相比的優(yōu)缺點(diǎn)。在掃描循環(huán)中，用戶程序計(jì)算輸出值，并將它們存入過程映像輸出表(prcoess image output，PIQ).在循環(huán)掃