【正文】 編程來實 現(xiàn)量程之間的變換。如果框中功能執(zhí)行正常，輸出值為 0，反之為 1. OUT:輸出參數(shù)， FC105 的為浮點數(shù)，輸出工程單位實數(shù)值。 BIPOLAR:BOOL 量，輸入值為 0 表示單極性，為 1 表示雙極性。 HI_LIM:輸入?yún)?shù)，實數(shù)，工程單位量程上限。下面介紹一下這兩個塊的幾個重要參數(shù)： IN:輸入?yún)?shù)， FC105 可以是 PIW，也可以是整數(shù)格 式的存儲單元。在處理后的數(shù)值輸出給 SM332 之前也要經(jīng)過一個變換。 在處理模擬量時，從變送器送過來的模擬信號經(jīng)過 SM331 轉(zhuǎn)換成 0~27648 之間的數(shù)值。 CYCLE:采樣時間，規(guī)定了相鄰兩次塊調(diào)用之間間隔的時間。 PER_TM:周期時間，脈沖寬度調(diào)制的恒定周期，對應(yīng)于 PID 控制器的采樣時間。下面介紹 FB43 幾個常用的參數(shù)： MAN_ON:手動模式打開，可以手動設(shè)置輸出信號。在這個模塊中涉及到一個“采樣比率”的問題，這個通過修改 P_B_TM 來設(shè)置采樣比。該功能一般與連續(xù)控制器 FB41 一起使用， FB43 可以構(gòu)建脈沖寬度調(diào)制的二級或三級 PID 控制。 （ 2） FB43 模塊說明。 LMN_HLM:控制器輸出上限值。 DISV:擾動輸入變量。 I_SEL:為 1 時激活積分作用，反之禁止積分作用，默認值為 1。 %或物理值。 PV_IN:輸入浮點格式的過程變量，此時數(shù)字量輸入 PVPER_ON 應(yīng)為 0。 下面簡單介紹一下 FB41 的幾個常用參數(shù)?？梢宰鳛閱为毜?PID 恒值控制器，或者在多閉環(huán)控制中實現(xiàn)級聯(lián)控制、混合控制器和比例控制器。 （ 1） FB41 模塊說明。 S7300 的模擬量閉環(huán)控制功能主要涉及到 FB4 FB4 FB43 三個功能塊。 圖 5 CPU 屬性設(shè)置 S7300 功能塊 說明 這次設(shè)計中需要用到 PID 調(diào)節(jié)功能以及控制加熱絲，即 PID 的輸出要控制開關(guān)量。操作系統(tǒng)在每一次循環(huán)中運行一次OB1。 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 6 圖 3 SM331 屬性設(shè)置 圖 4 SM332 屬性設(shè)置 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 7 S7300 組織塊說明 在設(shè)計中我們主要用到兩個組織塊 :OB1 和 OB35。例如我們設(shè)計中用到的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該用電流型 4~20mA 電流信號在選擇時應(yīng)該按圖 4 所示來選擇，否則會出現(xiàn)執(zhí)行器輸入信號錯誤從 而影響控制系統(tǒng)運行。在模擬量輸出組態(tài)時也需要選擇輸出類型和范圍，如果不選擇正確會使得執(zhí)行器出現(xiàn)一些與控制信號不符的錯誤。單極性對應(yīng)于0 到 27648。 模擬量輸入 /輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用 16 位二進制補碼（整數(shù)）來表示。然后在組態(tài)時在屬性對話框內(nèi)設(shè)置測量范圍和型 號。為了防止電磁干擾，模擬量模塊可以分為帶隔離和不帶隔離的。 （ 1） SM331 介紹 模擬量輸入模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為 CPU 內(nèi) 部處理用的數(shù)字信號，其主要組成部分是 A/D 轉(zhuǎn)換器。這個模塊有 4 路模擬量輸出通道?？梢越邮?0~20mA 和 4~20mA 的電流信號，精度為 15 位。 這次設(shè)計用到的 SM331 模塊訂貨號為： 6ES7 3317RD000AB0。 西門子的 SM331 和 SM332 模塊有很多的型號，在選擇時要考慮到需要用到的模擬量通道的數(shù)量，模 擬量采集需要的精度等一系列因素。 S7300/400 屬于模塊式 PLC，主要由機架、 CPU 模塊、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）、接口模塊（ IM）、通信處理器（ CP）、電源模塊（ PS）和編程設(shè)備組成。 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 5 S7300PLC 說明 S7300PLC 基本介紹 本次設(shè)計我們用的是德國西門子公司的 S7300 PLC。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 .PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言 。 3 控制算法實現(xiàn)基礎(chǔ) S7300PLC 系統(tǒng) 說明及組態(tài) PLC 介紹 PLC 即可編程控制器，英文全稱是 Programmable logic Controller。 圖 2 前饋反饋控制框圖 其中前饋補償和 PID 控制都由 S7300PLC 編程實現(xiàn)。 前饋－反饋控制環(huán)節(jié)可由電磁流量傳感器、計算機 、接觸器、加熱器、組成前饋補償系統(tǒng)，計算機、接觸器、加熱器、溫度傳感器組成反饋加熱系統(tǒng)，即主要由計算機、接觸器、加熱器、電磁流量傳感器、溫度傳感器組成前饋反饋控制系統(tǒng)。我們默認為它是可測而不可控的，因此為了在流量擾動影響到內(nèi)膽溫度之前就將其消除就可以采取前饋補償。這樣使得對象的熱慣性減小并使控制的滯后更小。在以往的實驗中我們發(fā)現(xiàn)溫度對象的控制滯后比較大。在設(shè)計中我們需要在內(nèi)膽內(nèi)注滿水，水的溫度做為我們的控制對象。 （ 3）負荷或工況變化時，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補償，因此具有一定的自適應(yīng)能力。只需對主要的干擾進行前饋補償，其他干擾可由反饋控制予以校正。在該系統(tǒng)中可綜合兩者的優(yōu)點，將反饋控制不易克服的主要干擾進行反饋控制，這樣，既發(fā)揮了前饋校正及時的特點，又保持了反饋控制能克服多種干擾并對被控變量始終給與檢驗的優(yōu)點，因而這種控制方式是過程控制中較有發(fā)展前途的控制方式。因此，一個固定的前饋模型難以獲得良好的控制品質(zhì)。這樣在前饋作用的控制結(jié)果并沒有最后消除被控變量偏差時，系統(tǒng)無法得到這一信息而做進一步的校正。而反饋控制只能用一個控制回路就可克服多個干擾，所以說這一點也是前饋控制系統(tǒng)的一個弱點。 （ 4）一種前饋控制作用只能克服一種干擾。 （ 3）前饋控制使用的是對象特性而定的“專用”控制器。 前饋控制系統(tǒng)是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，這一點從某種意義上來說是前饋的不足之處。 前饋控制時按照干擾作用的大小進行控制的，如控制作用恰到好處，一般比反饋控基于 SIEMENS S7300PLC 的鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 3 制要及時。則此時的 Gff 為一靜態(tài)系數(shù) Kf。 （ 2）靜態(tài)前饋控制 在有些實際生產(chǎn)過程中，并沒有動態(tài)前饋控制那樣高的補償要求，而只需要在穩(wěn)定工況下實現(xiàn)對干擾量的補償。 （ 1）動態(tài)前饋控制 當(dāng)前饋控制作用力求在任何時刻均實現(xiàn)對干擾的補償，通過合適的前饋控制規(guī)律的選擇，使得干擾經(jīng)過前饋控制器至被控量這一通道的動態(tài)特性與對象干擾通道的動態(tài)特性完全一致，并使它們的符號相反，便可達到控制作用完全補償干擾對被控變量的影 響。 系統(tǒng)對干擾 F 實現(xiàn)完全補償?shù)臈l件是： 當(dāng) F(s)≠ 0,而 ≡ 0 由上兩式可求得前饋控制器的傳遞函數(shù)為公式（ 2） )()()( sG sGsGPCPDff ?? （ 2） 由上式可以看出前饋控制器的控制規(guī)律為對象的干擾通道與控制通道的特性比，式中的負號表示控制作用與干擾作用的方向相反。其系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 2 任務(wù)分析及控制方案的選擇 前饋控制系統(tǒng) 我們把按照干擾量的變化來補償其對被控變量的影響，從而達到被控量完全不受干擾影響的控制方式稱為前饋控制，簡稱 FFC（ Feed Forward Control）。 本次設(shè)計綜合和運用計算機、 PLC、溫度傳感器、流量傳感器等對工業(yè)對象的夾套鍋爐、管道進行控制，運用計算機編程、 PLC 編程、控 制算法設(shè)計、過程控制、工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)、電氣線路設(shè)計等知識和技術(shù)實現(xiàn)前饋反饋控制。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。因此在這次設(shè)計中我們用前饋控制方式來克服流量的擾動使得溫度控制精度更加精確。 前饋控制做為一種特殊的控制規(guī)律就是在這種情況下發(fā)展起來的。再加上各種擾動，溫度控制已經(jīng)不能光靠簡單的 PID 控制達到目標。溫度控制作為過程控制中的一個很重要的方面，由于其特殊性一直以來都是一個控制難點。 在化工過程控制中溫度控制應(yīng)用相當(dāng)廣泛。feedforward and feedback control。再通過 FB43 將 FB41 的輸出 轉(zhuǎn)換成時間比例脈沖從而控制加熱絲，實現(xiàn)溫度前饋反饋控制。溫度控制我們用一個 PID 控制器來控制。流量擾動在設(shè)計中被默認為可測不可控的。 本科生 畢業(yè)設(shè)計 （論文）