s7-300_plc中鍋爐流量-溫度畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　學(xué) 院：電子與電氣工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期 2012年

2、 5 月</p><p>　　S7-300 PLC中鍋爐流量-溫度前饋反饋控制設(shè)計(jì)</p><p><b>　　自動(dòng)化專業(yè) </b></p><p>　　[摘 要]:在夾套鍋爐內(nèi)膽水溫度控制中，內(nèi)膽水溫為主控制對(duì)象，其本身具有較大的滯后，夾套冷卻水是系統(tǒng)的主擾動(dòng)量。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。由于流量為小慣性對(duì)象，流量擾動(dòng)容

3、易測(cè)量而不易控制。正因?yàn)榱髁繑_動(dòng)的這個(gè)特性我們可以用前饋補(bǔ)償來消除它對(duì)主控變量的影響。溫度控制我們用S7-300 PLC中的FB41 PID模塊來控制，而前饋補(bǔ)償疊加在PID運(yùn)算中。再通過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。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]:溫度控制；流量擾動(dòng)；前饋反饋控制；S7-300 PLC</p><p>　　Design

4、of Feedforward and Feedback for Boiler Water Flow-Temperature Controlling Based on S7-300 PLC</p><p>　　Abstract:In the boiler jacket tank temperature control of water, tank water temperature control object,

5、which itself has a large lag, jacket cooling water system of the primary disturbance.So a small amount of flow disturbance is on the gallbladder affect temperature.Because the traffic is small inertial objects, easily me

6、asured traffic disturbances and difficult to control.Is precisely because of the characteristics of flow disturbance feedforward compensation we could use to eliminate its effe</p><p>　　Key words:Temperature

7、 control;flow disturbance;feedforward and feedback control;</p><p>　　S7-300 PLC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 任務(wù)分析及控制方案

8、的選擇1</p><p>　　2.1 前饋控制系統(tǒng)1</p><p>　　2.2 前饋反饋控制系統(tǒng)3</p><p>　　2.3 鍋爐流量-水溫前饋反饋控制系統(tǒng)分析及控制方案選擇4</p><p>　　3 控制算法的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)和S7-300PLC系統(tǒng)說明及組態(tài)4</p><p>　　3.1 PLC介紹4<

9、;/p><p>　　3.2 S7-300PLC說明5</p><p>　　3.2.1 S7-300PLC基本介紹5</p><p>　　3.2.2 S7-300 模塊說明5</p><p>　　3.2.3 S7-300組織塊說明7</p><p>　　3.2.4 S7-300功能塊說明7</p>&

10、lt;p>　　3.2.5 S7-300系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)分類9</p><p>　　3.2.6 I/O模塊的地址分配9</p><p>　　3.2.7 STEP7簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.2.8 力控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介10</p><p>　　4 鍋爐流量-水溫前饋反饋控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)10</p><p>　　

11、4.1 溫度、流量模擬量信號(hào)采集10</p><p>　　4.2 S7-300PLC程序的實(shí)現(xiàn)11</p><p>　　4.2.1 S7-300PLC主程序的實(shí)現(xiàn)11</p><p>　　4.2.2 PID控制程序調(diào)試及監(jiān)控18</p><p>　　4.2.3 前饋控制程序調(diào)試及監(jiān)控20</p><p>&l

12、t;b>　　結(jié)束語(yǔ)22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　附錄24</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　引言</b></p&g

13、t;<p>　　在過程控制中溫度控制應(yīng)用相當(dāng)廣泛。往往在控制中還存在著多種擾動(dòng)，例如流量、液位等。溫度控制作為過程控制中的一個(gè)很重要的方面，由于其特殊性一直以來都是一個(gè)控制難點(diǎn)。溫度控制具有很大的滯后性，在控制中難以得到理想的效果。再加上各種擾動(dòng)，溫度控制已經(jīng)不能光靠簡(jiǎn)單的PID控制達(dá)到目標(biāo)。在這種情況下我們往往就需要借助別的控制方式。</p><p>　　前饋控制做為一種特殊的控制規(guī)律就是在這種情

14、況下發(fā)展起來的。前饋控制是在擾動(dòng)影響到被控對(duì)象之前就將其通過補(bǔ)償消除掉。因此在這次設(shè)計(jì)中我們用前饋控制方式來克服流量的擾動(dòng)使得溫度控制精度更加精確。前饋控制控制算法我們往往用PLC來實(shí)現(xiàn)。但是單純的前饋往往不能很好的補(bǔ)償干擾，主要是單純前饋不存在被控變量的反饋，即對(duì)于補(bǔ)償?shù)男Ч麤]有檢驗(yàn)的手段。反饋控制是根據(jù)被控量與給定值的偏差工作的,最后達(dá)到消除或減小偏差的目的，對(duì)各種擾動(dòng)均有校正作用。但存在時(shí)滯問題，即從發(fā)現(xiàn)偏差到采取更正措施之間有時(shí)

15、間延遲現(xiàn)象，在進(jìn)行更正的時(shí)候，實(shí)際情況可能已經(jīng)有了很大的變化，而且往往是損失已經(jīng)造成了。為了使控制系統(tǒng)能達(dá)到控制要求，在該系統(tǒng)中可綜合反饋控制和前饋控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來使用，構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。將反饋控制不易克服的主要干擾進(jìn)行前饋控制，這樣，既發(fā)揮了前饋校正及時(shí)的特點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多種干擾并對(duì)被控變量始終給與檢驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算

16、操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)綜合和運(yùn)用計(jì)算機(jī)、PLC、溫度傳感器、流量傳感器等對(duì)工業(yè)對(duì)象的夾套鍋爐、管道進(jìn)行控制，運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程、PLC編程、控制算法設(shè)計(jì)、過程控制、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、電氣線路設(shè)計(jì)等知識(shí)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)前饋反饋控制。首先

17、由變頻器、泵、壓力傳感器組成恒壓供水系統(tǒng)，再由兩個(gè)調(diào)節(jié)閥控制兩個(gè)支路分別給鍋爐的夾套和內(nèi)膽供水，由PLC、加熱絲、溫度傳感器組成鍋爐內(nèi)膽水溫反饋加熱系統(tǒng)，流量傳感器、PLC、加熱絲組成前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，從而組成前饋反饋控制系統(tǒng)[1]。</p><p>　　任務(wù)分析及控制方案的選擇</p><p><b>　　前饋控制系統(tǒng)</b></p><p>　

18、　我們把按照干擾量的變化來補(bǔ)償其對(duì)被控變量的影響，從而達(dá)到被控量完全不受干擾影響的控制方式稱為前饋控制，簡(jiǎn)稱FFC（Feed Forward Control）。很顯然，這種控制是一種開環(huán)控制。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 前饋控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)如公式（1）</p><p><b>　?。?）</b&

19、gt;</p><p>　　式中Gpd(s)、Gpc(s)分別為對(duì)象干擾通道與控制通道的傳遞函數(shù)。</p><p>　　系統(tǒng)對(duì)干擾F實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件是：</p><p>　　當(dāng)F(s)≠0,而≡0</p><p>　　由上兩式可求得前饋控制器的傳遞函數(shù)為公式（2）</p><p><b>　?。?）<

20、/b></p><p>　　由上式可以看出前饋控制器的控制規(guī)律為對(duì)象的干擾通道與控制通道的特性比，式中的負(fù)號(hào)表示控制作用與干擾作用的方向相反。</p><p>　　單純的前饋控制系統(tǒng)根據(jù)對(duì)干擾補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，可分為動(dòng)態(tài)前饋控制及靜態(tài)前饋控制。</p><p><b>　?。?）動(dòng)態(tài)前饋控制</b></p><p>　　

21、當(dāng)前饋控制作用力求在任何時(shí)刻均實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的補(bǔ)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(dòng)態(tài)特性與對(duì)象干擾通道的動(dòng)態(tài)特性完全一致，并使它們的符號(hào)相反，便可達(dá)到控制作用完全補(bǔ)償干擾對(duì)被控變量的影響。此時(shí)前饋控制器的Gff(s)=－GPD(s)／GPC(s)。</p><p><b>　?。?）靜態(tài)前饋控制</b></p><p>　　在有些

22、實(shí)際生產(chǎn)過程中，并沒有動(dòng)態(tài)前饋控制那樣高的補(bǔ)償要求，而只需要在穩(wěn)定工況下實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾量的補(bǔ)償。此時(shí)，前饋控制器的輸出量與輸入兩呈一定比例關(guān)系，而與時(shí)間因子t無(wú)關(guān)，前饋控制就成為靜態(tài)前饋控制。則此時(shí)的Gff為一靜態(tài)系數(shù)Kf。</p><p>　　以下列出前饋控制與反饋控制的一些不同：</p><p>　　（1）前饋控制克服干擾比反饋控制及時(shí)。</p><p>　　前饋控

23、制時(shí)按照干擾作用的大小進(jìn)行控制的，如控制作用恰到好處，一般比反饋控制要及時(shí)。</p><p>　?。?）前饋控制屬于“開環(huán)”控制系統(tǒng)。</p><p>　　前饋控制系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，這一點(diǎn)從某種意義上來說是前饋的不足之處。反饋控制由于是閉環(huán)系統(tǒng)，控制結(jié)果能夠通過反饋獲得檢驗(yàn)，而前饋控制的效果并不通過反饋加以檢驗(yàn)，因此前饋控制對(duì)被控對(duì)象的特性掌握必須比反饋控制清楚，才能得到一個(gè)較合適的

24、前饋控制作用[2]。</p><p>　?。?）前饋控制使用的是對(duì)象特性而定的“專用”控制器。</p><p>　　一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用類型的PID控制器，而前饋控制器是專用的控制器，對(duì)于不同的對(duì)象特性，前饋控制器的形式將是不同的。</p><p>　?。?）一種前饋控制作用只能克服一種干擾。</p><p>　　由于前饋控制作用是按

25、干擾進(jìn)行工作的，而且整個(gè)系統(tǒng)是開環(huán)的，因此根據(jù)一種干擾設(shè)置的前饋控制只能克服這一干擾，而對(duì)于其他干擾，由于這個(gè)前饋控制器無(wú)法感受到，也就無(wú)能為力了。而反饋控制只能用一個(gè)控制回路就可克服多個(gè)干擾，所以說這一點(diǎn)也是前饋控制系統(tǒng)的一個(gè)弱點(diǎn)。</p><p><b>　　前饋反饋控制系統(tǒng)</b></p><p>　　單純的前饋往往不能很好的補(bǔ)償干擾，存在著不少局限性，主要是單

26、純前饋不存在被控變量的反饋，即對(duì)于補(bǔ)償?shù)男Ч麤]有檢驗(yàn)的手段。這樣在前饋?zhàn)饔玫目刂平Y(jié)果并沒有最后消除被控變量偏差時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法得到這一信息而做進(jìn)一步的校正。其次，由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償他們對(duì)被控變量的影響，勢(shì)必要設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，這就增加了投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。因此，一個(gè)固定的前饋模型難以獲得良好的控制品質(zhì)。為了解決這一局限性，使得我們的控制系統(tǒng)能達(dá)到控制要求，可以將前饋與反饋結(jié)合起來使用，構(gòu)成所謂前饋反饋控制系統(tǒng)。在該系

27、統(tǒng)中可綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，將反饋控制不易克服的主要干擾進(jìn)行反饋控制，這樣，既發(fā)揮了前饋校正及時(shí)的特點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多種干擾并對(duì)被控變量始終給與檢驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，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。</p><p>　　綜上所述，前饋反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：</p><p>　　（1）由于增加了反饋控制回路，大大簡(jiǎn)化了原有前饋控制系統(tǒng)。只需對(duì)主要的干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其他干擾可

28、由反饋控制予以校正。</p><p>　　（2）反饋回路的存在，降低了前饋控制模型的精度要求，為工程上實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單的通用型模型創(chuàng)造了條件。</p><p>　?。?）負(fù)荷或工況變化時(shí)，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補(bǔ)償，因此具有一定的自適應(yīng)能力。</p><p>　　鍋爐流量-水溫前饋反饋控制系統(tǒng)分析及控制方案選擇</p><p>　　本

29、次設(shè)計(jì)針對(duì)的是鍋爐內(nèi)膽水溫的控制。在設(shè)計(jì)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(duì)象。鍋爐外膽的循環(huán)水做為冷卻水，并且使冷卻水流量做為一個(gè)主要擾動(dòng)信號(hào)，用前饋控制器來補(bǔ)償流量擾動(dòng)對(duì)對(duì)象的影響。在以往的實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)象的控制滯后比較大。并且由于實(shí)驗(yàn)條件有限外膽冷卻水也不能保證溫度恒定不變，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)也可以使內(nèi)膽水流動(dòng)保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。這樣使得對(duì)象的熱慣性減小并使控制的滯后更小。</p><p&g

30、t;　　很明顯，在這個(gè)系統(tǒng)中外膽流量的變化將做為系統(tǒng)的主要擾動(dòng)。我們默認(rèn)為它是可測(cè)而不可控的，因此為了在流量擾動(dòng)影響到內(nèi)膽溫度之前就將其消除就可以采取前饋補(bǔ)償。而整個(gè)溫度控制我們直接可以做成一個(gè)溫度單回路系統(tǒng)。</p><p>　　前饋－反饋控制環(huán)節(jié)可由電磁流量傳感器、計(jì)算機(jī)、接觸器、加熱器、組成前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)、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(jì)算機(jī)、接觸器、加熱器、電磁流量傳感器、溫度

31、傳感器組成前饋反饋控制系統(tǒng)。圖2為前饋反饋控制系統(tǒng)方框圖。</p><p>　　圖2 前饋反饋控制框圖</p><p>　　其中前饋補(bǔ)償和PID控制都由S7-300PLC編程實(shí)現(xiàn)[3]。</p><p>　　由于對(duì)系統(tǒng)控制補(bǔ)償要求不高，同時(shí)溫度對(duì)象的傳遞函數(shù)難以求得，所以在實(shí)現(xiàn)前饋補(bǔ)償時(shí)我們用的是靜態(tài)前饋補(bǔ)償。</p><p>　　控制算

32、法的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)和S7-300PLC系統(tǒng)說明及組態(tài)</p><p><b>　　PLC介紹</b></p><p>　　PLC即可編程控制器，英文全稱是Programmable logic Controller。是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指

33、令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)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(yǔ)言。</p><p>　　模塊式PLC由：CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊、編程設(shè)備等幾個(gè)部分組成。</p><p>　　S7-300PLC說明</p><p>　　S7-300PLC基本介紹</p><

34、p>　　本次設(shè)計(jì)我們用的是德國(guó)西門子公司的S7-300 PLC。西門子的PLC以極高的性能價(jià)格比，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有很大的份額，在我國(guó)的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　S7-300/400屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)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。</p><p>　　S7-30

35、0 模塊說明</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要是涉及到溫度、流量等模擬信號(hào)的采集，因此主要用到的是西門子的SM331和SM332模塊。</p><p>　　西門子的SM331和SM332模塊有很多的型號(hào)，在選擇時(shí)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。但是因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所用到的設(shè)備是往年已經(jīng)準(zhǔn)備好的所以這些我們不需要考慮。</p><p>

36、;　　這次設(shè)計(jì)用到的SM331模塊訂貨號(hào)為：6ES7 331-7RD00-0AB0。這個(gè)模塊有4路模擬量輸入通道?？梢越邮?~20mA和4~20mA的電流信號(hào)，精度為15位。所用到的SM332模塊訂貨號(hào)為：6ES7 332-5HD01-0AB0。這個(gè)模塊有4路模擬量輸出通道?？梢暂敵?~20mA和4~20mA的電流信號(hào)，精度為12位。 </p><p>　?。?） SM331介紹</p><p

37、>　　模擬量輸入模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓、直流電流信號(hào)。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。在設(shè)置模擬量輸入模塊時(shí)先要從硬件上設(shè)置各個(gè)通道對(duì)應(yīng)的量程卡。然后在組態(tài)時(shí)在屬性對(duì)話框內(nèi)設(shè)置測(cè)量范圍和型號(hào)。圖3為SM331屬性設(shè)置。</p><p>　　模擬量輸入/輸出模塊

38、中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼（整數(shù)）來表示。模擬量輸入模塊的模擬值與以百分?jǐn)?shù)表示的模擬量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為雙極性模擬量量程（100%到-100%）分別對(duì)應(yīng)于模擬值27648到-27648。單極性對(duì)應(yīng)于0到27648。</p><p>　　（2）SM332介紹</p><p>　　模擬量輸出模塊SM332用于將CPU傳送給它的數(shù)字轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，對(duì)執(zhí)

39、行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制，其主要組成部分是D/A轉(zhuǎn)換器。在模擬量輸出組態(tài)時(shí)也需要選擇輸出類型和范圍，如果不選擇正確會(huì)使得執(zhí)行器出現(xiàn)一些與控制信號(hào)不符的錯(cuò)誤。如圖4所示在輸出類型和輸出范圍兩個(gè)選項(xiàng)上應(yīng)該對(duì)應(yīng)執(zhí)行器選擇。例如我們?cè)O(shè)計(jì)中用到的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該用電流型4~20mA電流信號(hào)在選擇時(shí)應(yīng)該按圖4所示來選擇，否則會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行器輸入信號(hào)錯(cuò)誤從而影響控制系統(tǒng)運(yùn)行[4]。圖4為SM332屬性設(shè)置。</p><p>　　圖3 S

40、M331屬性設(shè)置</p><p>　　圖4 SM332屬性設(shè)置</p><p>　　S7-300組織塊說明</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我們主要用到三個(gè)組織塊:OB1 OB100和OB35。</p><p>　　OB1用于循環(huán)處理，是用戶程序中的主程序。操作系統(tǒng)在每一次循環(huán)中運(yùn)行一次OB1。OB100程序在CPU執(zhí)行暖啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行，且只執(zhí)行

41、一次，可用于變量的初始化。OB35是定時(shí)循環(huán)中斷組織塊，在CPU屬性設(shè)置中可以設(shè)置它的中斷周期如圖5所示。</p><p>　　圖5 CPU屬性設(shè)置</p><p>　　S7-300功能塊說明

42、

43、 </p><p>　　這次設(shè)計(jì)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。因此我們需要用到FB41和FB43模塊。</p><p>　　S7-300的模擬量閉環(huán)控制功能主要涉及到FB41、FB42、FB43三個(gè)功能塊。其中FB41用于連續(xù)控制，F(xiàn)B42用于步進(jìn)控制，F(xiàn)B43用于脈沖寬度調(diào)制。</p><p&g

44、t;　?。?）FB41模塊說明。</p><p>　　FB41模塊的輸出為連續(xù)變量?？梢宰鳛閱为?dú)的PID恒值控制器，或者在多閉環(huán)控制中實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)控制、混合控制器和比例控制器?？刂破鞯墓δ芑谀M信號(hào)采樣控制器的PID控制算法，如果需要的話，F(xiàn)B41可以用脈沖發(fā)生器FB43進(jìn)行擴(kuò)展（本次設(shè)計(jì)就用到FB43做為擴(kuò)展），產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)，來控制比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的二級(jí)或三級(jí)控制器。</p><p&

45、gt;　　下面簡(jiǎn)單介紹一下FB41的幾個(gè)常用參數(shù)。</p><p>　　MAN_ON:為1時(shí)控制循環(huán)將被中斷，手動(dòng)值被設(shè)置為操作值。</p><p>　　PV_IN:輸入浮點(diǎn)格式的過程變量，此時(shí)數(shù)字量輸入PVPER_ON應(yīng)為0。</p><p>　　SP_INT:內(nèi)部設(shè)定值輸入，取值范圍±100.0%或物理值。</p><p>　　

46、P_SEL:為1時(shí)激活比例作用，反之禁止比例作用，默認(rèn)值為1。</p><p>　　I_SEL:為1時(shí)激活積分作用，反之禁止積分作用，默認(rèn)值為1。</p><p>　　D_SEL:為1時(shí)激活微分作用，反之禁止微分作用，默認(rèn)值為1。</p><p>　　DISV:擾動(dòng)輸入變量。</p><p>　　LMN:浮點(diǎn)格式的控制器輸出值。</p&

47、gt;<p>　　LMN_HLM:控制器輸出上限值。</p><p>　　LMN_LLM:控制器輸出下限值。</p><p>　?。?）FB43模塊說明。</p><p>　　FB43模塊為一個(gè)脈沖發(fā)生器通常與PID控制器配合使用，用脈沖輸出來控制比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該功能一般與連續(xù)控制器FB41一起使用，F(xiàn)B43可以構(gòu)建脈沖寬度調(diào)制的二級(jí)或三級(jí)PID控制。

48、</p><p>　　FB43通過調(diào)制脈沖寬度，將輸入變量INV（即PID控制器的輸出量LMN）轉(zhuǎn)換為具有恒定周期的脈沖序列，該恒定周期時(shí)間PER_TM來設(shè)置，PER_TM應(yīng)與CONT_C的采樣周期CYCLE相同。在這個(gè)模塊中涉及到一個(gè)“采樣比率”的問題，這個(gè)通過修改P_B_TM來設(shè)置采樣比。在PER_TM周期內(nèi)的P_B_TM越小則采樣頻率越高，即控制精度越高。下面介紹FB43幾個(gè)常用的參數(shù)：</p>

49、<p>　　MAN_ON:手動(dòng)模式打開，可以手動(dòng)設(shè)置輸出信號(hào)。</p><p>　　INV:輸入變量，即FB41輸出的模擬量控制值LMN。</p><p>　　PER_TM:周期時(shí)間，脈沖寬度調(diào)制的恒定周期，對(duì)應(yīng)于PID控制器的采樣時(shí)間。</p><p>　　P_B_TM:最小脈沖時(shí)間或最小斷開時(shí)間，應(yīng)不小于參數(shù)CYCLE。</p>&l

50、t;p>　　CYCLE:采樣時(shí)間，規(guī)定了相鄰兩次塊調(diào)用之間間隔的時(shí)間。</p><p>　　（3）FC105，F(xiàn)C106功能的介紹。</p><p>　　在處理模擬量時(shí)，從變送器送過來的模擬信號(hào)經(jīng)過SM331轉(zhuǎn)換成0~27648之間的數(shù)值。但是FB41處理這些數(shù)值之前需要經(jīng)過一個(gè)量程轉(zhuǎn)換將0~27648的數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)方能輸入FB41進(jìn)行處理。在處理后的數(shù)值輸出給SM332之前

51、也要經(jīng)過一個(gè)變換。在STEP7中我們可以用FC105和FC106來實(shí)現(xiàn)上述功能。下面介紹一下這兩個(gè)塊的幾個(gè)重要參數(shù)：</p><p>　　IN:輸入?yún)?shù)，F(xiàn)C105可以是PIW，也可以是整數(shù)格式的存儲(chǔ)單元。FC106的可以是PID運(yùn)算的輸出，也可以是浮點(diǎn)數(shù)格式的存儲(chǔ)單元。</p><p>　　HI_LIM:輸入?yún)?shù)，實(shí)數(shù)，工程單位量程上限。</p><p>　　

52、LO_LIM:輸入?yún)?shù)，實(shí)數(shù)，工程單位量程下限。</p><p>　　BIPOLAR:BOOL量，輸入值為0表示單極性，為1表示雙極性。</p><p>　　RET_VAL:輸出參數(shù)，返回值。如果框中功能執(zhí)行正常，輸出值為0，反之為1.</p><p>　　OUT:輸出參數(shù)，F(xiàn)C105的為浮點(diǎn)數(shù)，輸出工程單位實(shí)數(shù)值。FC106的為整數(shù)，可直接傳送至PQW中[5]。&

53、lt;/p><p>　　當(dāng)然，除去用以上兩個(gè)模塊外，我們也可以通過編程來實(shí)現(xiàn)量程之間的變換。但為了方便起見我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中直接用FC105和FC106直接運(yùn)算。</p><p>　　S7-300系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)分類</p><p>　　S7-300系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)可分為一下幾類。</p><p>　?。?）過程映像輸入/輸出（I/Q）。</p>

54、<p>　　過程映像輸入在用戶程序中的標(biāo)識(shí)符為I，過程映像輸出在用戶程序中的標(biāo)識(shí)符為Q。在每次執(zhí)行OB1掃描循環(huán)程序之前，CPU將輸入模塊的輸入輸入數(shù)值復(fù)制到過程映像輸入表中。在程序循環(huán)掃描過程中，將程序運(yùn)算得到的輸出值寫入過程映像輸出表。在下一OB1循環(huán)掃描開始時(shí)，CPU將這些數(shù)值傳送到輸出模塊。</p><p>　　（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位（M）存儲(chǔ)器。</p><p>　　

55、內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位用來保存控制邏輯的中間操作狀態(tài)或其他控制信息。</p><p>　?。?）定時(shí)器（T）存儲(chǔ)器區(qū)。</p><p>　　定時(shí)器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)的時(shí)間繼電器。給定時(shí)器分配的字用于存儲(chǔ)時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)間值（0~999）。時(shí)間值可以用二進(jìn)制或BCD碼方式讀取。</p><p>　?。?）計(jì)數(shù)器（C）存儲(chǔ)器區(qū)。</p><p>　　計(jì)數(shù)器用

56、來累計(jì)其計(jì)數(shù)脈沖上升沿的次數(shù)，有加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器和加減計(jì)數(shù)器。給計(jì)數(shù)器分配的字用于存儲(chǔ)計(jì)數(shù)當(dāng)前值（0~999）。計(jì)數(shù)值可以用二進(jìn)制或BCD碼方式讀取。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)塊（DB）與背景數(shù)據(jù)塊（DI）。</p><p>　　DB為數(shù)據(jù)塊，DBX是數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)位，DBB、DBW和DBD分別是數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)字節(jié)、數(shù)據(jù)字和數(shù)據(jù)雙字。</p><p>　?。?/p>

57、6）外設(shè)I/O區(qū)（PI/PQ）。</p><p>　　外設(shè)輸入（PI）和外設(shè)輸出（PQ）區(qū)允許直接訪問本地的和分布式的輸入輸出模塊。可以按字節(jié)（PIB或PQB）、字（PIW或PQW）或雙字（PID或PQD）訪問，不能以位為單位訪問PI和PQ。低端的S7-300CPU的過程映像輸入、輸出區(qū)分別只有128B，如果組態(tài)的模塊地址超出這一范圍，可以通過外設(shè)輸入?yún)^(qū)來訪問[6]。</p><p>　　

58、I/O模塊的地址分配</p><p>　　S7-300的數(shù)字量（或稱開關(guān)量）地址標(biāo)識(shí)符、地址的字節(jié)部分和位部分組成，一個(gè)字節(jié)由0~7這8個(gè)位組成。地址標(biāo)識(shí)符I表示輸入，Q表示輸出，M表示位存儲(chǔ)器。例如I3.2是一個(gè)數(shù)字量輸入的地址，小數(shù)點(diǎn)前面的3是地址的字節(jié)部分，小數(shù)點(diǎn)后面的2表示這個(gè)輸入點(diǎn)是3號(hào)字節(jié)中的第2位。數(shù)字量出來按位尋址外，還可以按字節(jié)、字和雙字尋址[7]。</p><p>　　

59、表1為I/O模塊的起始地址字節(jié)地址。</p><p>　　表1 I/O分配表</p><p><b>　　STEP7簡(jiǎn)介</b></p><p>　　西門子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程操作。</p><p>　　在使用

60、STEP7給PLC下程序時(shí)要先設(shè)置好PC/PG接口[8]。</p><p><b>　　力控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介</b></p><p>　　力控ForceControlV6.1監(jiān)控組態(tài)軟件是北京三維力控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)多年的開發(fā)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量的用戶需求而設(shè)計(jì)開發(fā)的高端產(chǎn)品。</p><p>　　力控監(jiān)控組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)

61、據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”以便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。</p><p>　　力控監(jiān)控組態(tài)軟件能同時(shí)和國(guó)內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，它可以與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，便可以達(dá)到集中管理和監(jiān)控的目的，同時(shí)還可以方便

62、的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，來實(shí)現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來進(jìn)行整體的集成。我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中將用它來監(jiān)控控制系統(tǒng)，修改參數(shù)并得到實(shí)時(shí)曲線。</p><p>　　鍋爐流量-水溫前饋反饋控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　溫度、流量模擬量信號(hào)采集</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我們需要采集的模擬量信號(hào)有內(nèi)膽水溫度和夾套冷去水的流量信號(hào)。溫度傳感采集的溫度模

63、擬信號(hào)經(jīng)過變送器變送成4~20mA的電流信號(hào)送入S7-300PLC的SM331模塊。同樣流量信號(hào)也轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號(hào)送入S7-300PLC的SM331模塊。</p><p>　　S7-300PLC程序的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　S7-300PLC主程序的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在編寫程序之前我們先設(shè)計(jì)一個(gè)程序流程圖使得我們的思路更加清晰，程序流程圖主要由

64、OB1 OB100 OB35三部分程序塊組成。</p><p>　　圖6 程序流程圖</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)沒有涉及到復(fù)雜的數(shù)字量處理，而主要的PID算法實(shí)現(xiàn)在OB35定時(shí)中斷組織塊里實(shí)現(xiàn)，所以在OB1中需要實(shí)現(xiàn)PID控制及手動(dòng)控制是否運(yùn)行的程序就可以了。同時(shí)為了防止積分飽和所以在OB1中設(shè)置了“積分分離控制帶”及時(shí)切除和啟動(dòng)積分作用。OB100為暖啟動(dòng)，只要在CPU上電的程

65、序運(yùn)行一次，主要為FB41 FB43重啟做準(zhǔn)備[9]。</p><p>　　我們?cè)贠B35中編寫PID控制程序。</p><p>　　溫度，流量模擬信號(hào)經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA電流信號(hào)后進(jìn)入SM331模塊，經(jīng)過其轉(zhuǎn)換將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~27648的整數(shù)存儲(chǔ)在PIW里。因?yàn)镕B41和FB43只能接受0~1之間的浮點(diǎn)數(shù)，所以存在PIW里面的整數(shù)還需要通過FC105模塊進(jìn)行標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)

66、換后的溫度信號(hào)存在FB41背景數(shù)據(jù)塊里，流量信號(hào)存在雙字寄存器MD20里面，程序如圖7和圖8所示。</p><p>　　圖7 引入溫度信號(hào)</p><p>　　圖8 引入流量信號(hào)</p><p>　　我們將溫度信號(hào)由第3個(gè)點(diǎn)引入，流量信號(hào)經(jīng)SM331的第4個(gè)點(diǎn)引入。由表1可知兩個(gè)信號(hào)的地址分別為PIW292和PIW294。</p><p&

67、gt;　　接下來我們要做的是把引入的流量信號(hào)當(dāng)作一個(gè)主擾動(dòng)對(duì)溫度控制進(jìn)行干擾。同時(shí)在FB41里面對(duì)流量擾動(dòng)的前饋補(bǔ)償，以使溫度控制不受流量的干擾。首先我們需要在溫度控制過程中加入一個(gè)手動(dòng)的流量干擾信號(hào)，同時(shí)還需要把該流量信號(hào)進(jìn)行處理。程序如圖9所示。</p><p>　　圖9 進(jìn)行流量干擾</p><p>　　流量由0變換為1L/H，公稱壓力變?yōu)?.8MPa</p>&l

68、t;p>　　接著我們?cè)O(shè)前饋補(bǔ)償系數(shù)Kf為1.而在引入前饋補(bǔ)償時(shí)要加上一個(gè)負(fù)號(hào)，所以在程序中為-1，如圖10所示。</p><p>　　圖10 靜態(tài)前饋補(bǔ)償系數(shù)</p><p>　　最后把采集的流量擾動(dòng)乘以前饋補(bǔ)償系數(shù)并存儲(chǔ)在MD12中，如圖11所示。</p><p>　　圖11 流量補(bǔ)償運(yùn)算</p><p>　　因?yàn)镕B41模塊

69、的DISV端只能接收0-1之間的實(shí)數(shù)，所以還需要把MD12里面的值進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換，運(yùn)算程序如圖12所示</p><p>　　圖12 實(shí)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)換</p><p>　　因?yàn)镕B41模塊的DISV補(bǔ)償端只能接收0-1之間的實(shí)數(shù)，而經(jīng)過補(bǔ)償后的流量值（MD12中的值）并非實(shí)數(shù)值，所以需要進(jìn)行數(shù)值類型間的運(yùn)算轉(zhuǎn)換以便DISV端能夠識(shí)別。由于智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的量程是0-2L/H，所以我們把采集的流量

70、值除以電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的滿量程，再乘以100轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)閥滿量程的百分?jǐn)?shù)（即0-1間的實(shí)數(shù)），這樣DISV端就能接收擾動(dòng)流量并能夠進(jìn)行運(yùn)算。</p><p>　　然后我們要編寫PID控制器，并引入前饋擾動(dòng)。在這里我們需要用到PID運(yùn)算控制塊FB41，如圖13所示</p><p>　　圖13 PID控制和實(shí)現(xiàn)前饋補(bǔ)償</p><p>　　在FB41中采用數(shù)據(jù)塊尋址的方式，

71、具體參數(shù)地址見DB41數(shù)據(jù)塊，MD12為前饋補(bǔ)償?shù)囊?，LMN端（DB41.DBD72)為PID運(yùn)算的輸出這個(gè)輸出為0~100的浮點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　接下來要將FB41的輸出作為脈沖發(fā)生器FB43的輸入端轉(zhuǎn)換成具有恒定周期的脈沖序列來控制繼電器的通斷。繼電器通斷來控制接觸器，從而通過接觸器控制加熱絲的通斷。圖14為FB43功能塊。</p><p>　　圖14 脈沖發(fā)生器<

72、/p><p>　　DB41.DBD72為FB43的輸入，Q0.0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)軟件中也可以通過這些地址檢測(cè)到控制過程中各個(gè)值得變化情況。</p><p>

73、　　本次尋址方式采用的是背景數(shù)據(jù)塊尋址。圖15為FB43背景數(shù)據(jù)塊DB43中的主要數(shù)據(jù)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。為防止接觸器通斷頻繁，通過設(shè)置最小脈沖（最小通段時(shí)間）P_B_TM為200MS以增加開關(guān)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命。因?yàn)镺B35的循環(huán)中斷時(shí)間為100MS（即PULSEG

74、EN 100MS調(diào)用一次），由于控制器FB43的輸出周期為4S，所以每調(diào)用一次FB41。</p><p>　　就調(diào)用40次FB43,即控制精度為1:40[10]。</p><p>　　圖15 DB43數(shù)據(jù)塊</p><p>　　圖16為FB41背景數(shù)據(jù)塊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,D_SEL設(shè)

75、置為FALSE使FB41成為一個(gè)PI控制器（必要時(shí)可加上微分）。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)定的溫度控制值為40°，所以將SP_INT設(shè)定為40.0°。</p><p>　　圖16 DB41數(shù)據(jù)塊</p><p>　　PID控制程序調(diào)試及監(jiān)控</p><p>　　PID參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：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)過理

76、論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。</p><p>　　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

77、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。</p><p>　　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 20--60， I（分）3--10，D（分）0.5--3對(duì)于流量系統(tǒng)：P 40--100，I（分）0.1--1對(duì)于壓力系統(tǒng)：P 30--70， I（分）0.4--3對(duì)于液位系統(tǒng)：P 20--80， I（分）1—5</p><p>

78、;　　PID參數(shù)的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)為：</p><p>　?。?）對(duì)于比例控制來說，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。</p><p>　?。?）對(duì)于比例積分來說，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。</p><p>　?。?）對(duì)于PID控制，先將微分時(shí)間置零，

79、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?。?0～20）%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。</p><p>　　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

80、值后長(zhǎng)時(shí)間不回來，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[11]。</p><p>　　在整定PID參數(shù)過程中由于加熱絲功率相對(duì)鍋爐較大（4.5KW）。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GAIN設(shè)為13，I設(shè)為2

81、min，關(guān)閉微分作用。圖17是無(wú)微分作用下的溫度曲線圖。</p><p>　　圖17 PI作用下的溫度曲線</p><p>　　我們通過觀察穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)（大約30分鐘），溫度控制達(dá)不到預(yù)想的效果。因此我們加入微分作用，把D設(shè)為10S。在更改參數(shù)之后，控制效果較好。圖18為PID作用下的溫度曲線。</p><p>　　圖18 PID作用下的溫度曲線</p&

82、gt;<p>　　在整定P、I、D參數(shù)時(shí)我們加入微分作用，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。通過觀察穩(wěn)定時(shí)間明顯縮短，大約10分鐘作用。</p><p>　　通過多組數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)比較，我們得出了一組比較理想的參數(shù) GAIN=18 TI=2min TD=10S 整定后的溫度曲線圖如圖19所示。</p>

83、<p>　　圖19 溫度曲線</p><p>　　圖19中直線表示溫度設(shè)定值。初始設(shè)定值是50°，而后將設(shè)定值改為55°?？梢钥闯龀{(diào)在1°左右，穩(wěn)態(tài)誤差在1%左右[12]。</p><p>　　前饋控制程序調(diào)試及監(jiān)控</p><p>　　為了表現(xiàn)出前饋設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)償作用，我們?cè)龠M(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)比較：（加入少許的流量擾動(dòng))

84、</p><p>　　情況一：無(wú)前饋補(bǔ)償時(shí) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖20所示</p><p>　　圖20 無(wú)前饋?zhàn)饔?lt;/p><p>　　情況二：有前饋補(bǔ)償時(shí) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖21所示</p><p>　　圖21 有前饋?zhàn)饔?lt;/p><p>　　從圖20和圖21比較可知：當(dāng)加上前饋?zhàn)饔脮r(shí)上升的溫度曲線波紋較小，上升比較平穩(wěn)。說明前

85、饋補(bǔ)償對(duì)外界的流量擾動(dòng)起到了一定的作用[13]。</p><p>　　最后我們把調(diào)試好的PID參數(shù)和前饋補(bǔ)償綜合在一起進(jìn)行一組比較完整的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖22所示</p><p>　　圖22 流量溫度曲線</p><p>　　設(shè)定溫度為55度，當(dāng)前溫度為50度。在加熱的過程中我們手動(dòng)加入一流量擾動(dòng)（18點(diǎn)13時(shí)刻），流量變化如圖22右圖所示。經(jīng)過一段時(shí)間的加熱從

86、圖中可以看到流量波動(dòng)時(shí)對(duì)溫度曲線沒有產(chǎn)生太大影響，最終溫度達(dá)到了設(shè)定的溫度，誤差不到1度，可見前饋補(bǔ)償起到一定作用。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　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40°時(shí)，超調(diào)量小于2°，穩(wěn)態(tài)誤差在0.5°左右達(dá)到了控制要求。通過這次設(shè)計(jì)我們基

87、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題[14]。</p><p>　　(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、

88、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。</p><p>　　(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。我們只通過對(duì)流量測(cè)量得出它們的對(duì)象傳遞函數(shù)。但是由于溫度對(duì)象的特殊性而沒有測(cè)量出其對(duì)象傳遞函數(shù)[15]。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 殷華文.過程控

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