S7300 PLC中锅炉流量温度毕业论文.docx

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院：电子及电气工程学院专业：自动化学生：指导老师：完成日期2019年0月南阳理工学院本科毕业设计（论文）S7-300P1.C中锅炉流量-温度前馈反馈限制设计DesignofFeedforwardandFeedbackforBoilerWaterFlow-TemperatureControllingBasedonS7_300P1.C学院：电子及电气工程学院专业:自动化学生姓名:学号：1指导教师:评阅教师:完成日期:南阳理工学院NanyangInstituteofTechnologyS7-300P1.C中锅炉流量-温度前馈反馈限制设计自动化专业摘要:在夹套锅炉内胆水温度限制中，内胆水温为主限制对象，其本身具有较大的滞后，夹套冷却水是系统的主扰动量。因此点少量的流量扰动即会对内胆温度产生影响。由于流量为小惯性对象，流量扰动简洁测量而不易限制。正因为流量扰动的这个特性我们可以用前馈补偿来消退它对主控变量的影响。温度限制我们用S7-300P1.C中的FB41PID模块来限制,而前馈补偿叠加在PID运算中。再通过FB43将FB41的输出转换成时间比例脉冲从而限制加热丝，实现温度前馈反馈限制。1引言12任务分析及限制方案的选择21.1 前馈限制系统21.2 前馈反馈限制系统41.3 锅炉流量-水温前馈反馈限制系统分析及限制方案选择.43限制算法的实现基础和S7-300P1.C系统说明及组态53 .1P1.C介绍54 .2S7-300P1.C说明63.2.1S7-300P1.C基本介绍63.2.2S7-300模块说明63.2.3S7-300组织块说明73.2.4S7-300功能块说明83.2.5S7-300系统存储区分类103.2.6I/O模块的地址安排113.2.7STEP7简介123. 2.8力控组态软件简介124锅炉流量-水温前馈反馈限制系统的实现133.1 温度、流量模拟量信号采集133.2 S7-300P1.C程序的实现134.2 .1S7-300P1.C主程序的实现134.3 .2PID限制程序调试及监控164. 2.3前馈限制程序调试及监控18结束语18参考文献19附录20致谢错误!未定义书签.1引言在过程限制中温度限制应用相当广泛。往往在限制中还存在着多种扰动，例如流量、液位等。温度限制作为过程限制中的一个很重要的方而，由于其特别性始终以来都是一个限制难点。温度限制具有很大的滞后性，在限制中难以得到志向的效果。再加上各种扰动，温度限制已经不能光靠简洁的PID限制达到目标。在这种状况下我们往往就须要借助别的限制方式。前馈限制做为一种特别的限制规律就是在这种状况卜发展起来的。前馈限制是在扰动影响到被控对象之前就将其通过补偿消退掉。因此在这次设计中我们用前馈限制方式来克服流量的扰动使得温度限制精度更加精确。前馈限制限制算法我们往往用P1.C来实现。但是单纯的前馈往往不能很好的补偿干扰，主要是单纯前馈不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。反馈限制是依据被控量及给定值的偏差工作的,最终达到消退或减小偏差的目的，对各种扰动均有校正作用。但存在时滞问题，即从发觉偏差到实行更正措施之间有时间延迟现象，在进行更正的时候，实际状况可能已经有了很大的改变，而且往往是损失己经造成了。为了使限制系统能达到限制要求,在该系统中可综合反馈限制和前馈限制两者的优点，将两者结合起来运用，构成前馈反馈限制系统。将反馈限制不易克服的主要F扰进行前馈限制，这样，既发挥了前馈校正刚好的特点，又保持了反馈限制能克服多种干扰并对被控变量始终给及检验的优点。P1.C是一种特地为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采纳可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，限制各种类型的机械或生产过程。本次设计综合和运用计算机、P1.C、温度传感器、流量传感器等对工业对象的夹套锅炉、管道进行限制，运用计算机编程、P1.C编程、限制算法设计、过程限制、工业现场总线技术、电气线路设计等学问和技术实现前馈反馈限制。首先由变频器、泵、压力传感器组成恒压供水系统，再由两个调整阀限制两个支路分别给锅炉的夹套和内胆供水，由P1.C、加热丝、温度传感器组成锅炉内胆水温反馈加热系统，流量传感器、P1.C、加热丝组成前馈补偿系统，从而组成前馈反馈限制系统。2任务分析及限制方案的选择2.1 前馈限制系统我们把依据干扰量的改变来补偿其对被控变量的影响，从而达到被控量完全不受干扰影响的限制方式称为前馈限制，简称FFC(FeedForwardControl)o很明显，这种限制是一种开环限制。其系统框图如图1所示。图1前馈限制系统框图系统传递函数如公式(】)例=GpD(三)+Glf(三)Gpc(三)F(三)(1)GPd(三)、GPC(三)分别为对象干扰通道及限制通道的传递函数。系统对干扰F实现完全补偿的条件是：当F(三)0,而仇三0由上两式可求得前馈限制器的传递函数为公式(2)(2)由上式可以看出前馈限制器的限制规律为对象的卜扰通道及限制通道的特性比，式,中的负号表示限制作用及干扰作用的方向相反。单纯的前馈限制系统依据对干扰补偿的特点，可分为动态前馈限制及静态前馈限制。（1）动态前馈限制当前馈限制作用力求在任何时刻均实现对干扰的补偿，通过合适的前馈限制规律的选择，使得干扰经过前馈限制器至被控量这一通道的动态特性及对象干扰通道的动态特性完全样，并使它们的符号相反，便可达到限制作用完全补偿干扰对被控变量的影响。此时前馈限制器的Gr（三）=-Gh（三）/GK（三）.（2）静态前馈限制在有些实际生产过程中，并没有动态前馈限制那样高的补偿要求,而只须要在稳定工况下实现对干扰量的补偿。此时，前馈限制器的输出量及输入两呈肯定比例关系，而刚好间因子t无关，前馈限制就成为静态前馈限制。则此时的Gff为一静态系数K,.以卜.列出前馈限制及反馈限制的一些不同：（1）前馈限制克服干扰比反馈限制刚好。前馈限制时依据干扰作用的大小进行限制的，如限制作用恰到好处，一般比反馈限制要刚好。（2）前馈限制属于“开环”限制系统。前馈限制系统是一个开环限制系统，这一点从某种意义上来说是前馈的不足之处。反馈限制由于是闭环系统，限制结果能够通过反馈获得检验，而前馈限制的效果并不通过反馈加以检验，因此前馈限制对被控对象的特性驾驭必需比反馈限制清晰，才能得到一个较合适的前馈限制作用。（3）前馈限制运用的是对象特性而定的“专用”限制踹。一般的反馈限制系统均采纳通用类型的PlD限制器，而前馈限制器是专用的限制器，对于不同的对象特性，前馈限制器的形式将是不同的。（4） 一种前馈限制作用只能克服一种干扰。由于前馈限制作用是按干扰进行工作的，而且整个系统是开环的,因此依据一种干扰设置的前馈限制只能克服这一干扰，而对于其他干扰，由于这个前馈限制器无法感受到，也就无能为力了。而反馈限制只能用一个限制回路就可克服多个干扰，所以说这一点也是前馈限制系统的i个弱点。2.2前馈反馈限制系统单纯的前馈往往不能很好的补偿干扰，存在着不少局限性，主要是单纯前馈不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。这样在前馈作用的限制结果并没有最终消退被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而做进一步的校正。其次，由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿他们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，这就增加了投资费用和维护工作量。因此，一个固定的前馈模型难以获得良好的限制品质。为了解决这局限性，使得我们的限制系统能达到限制要求，可以将前馈及反馈结合起来运用，构成所谓前馈反馈限制系统。在该系统中可综合两者的优点，将反馈限制不易克服的主要干扰进行反馈限制，这样，既发挥了前馈校正刚好的特点,又保持了反馈限制能克服多种干扰并对被控变量始终给及检验的优点，因而这种限制方式是过程限制中较有发展前途的限制方式。综上所述，前馈反馈限制系统的优点在于：（1）由于增加了反馈限制回路，大大简化了原有前馈限制系统。只需对主要的干扰进行前馈补偿，其他干扰可由反馈限制予以校正。（2）反馈回路的存在，降低了前馈限制模型的精度要求，为工程上实现比较简洁的通用型模型创建了条件。（3）负荷或工况改变时，模型特性也要改变，可由反馈限制加以补偿，因此具有肯定的自适应实力。2. 3锅炉流量-水温前馈反馈限制系统分析及限制方案选择本次设计针对的是锅炉内胆水温的限制。在设计中我们须要在内胆内注满水，水的温度做为我们的限制对象。锅炉外胆的循环水做为冷却水，并且使冷却水流量做为一个主要扰动信号，用前馈限制器来补偿流量扰动对对象的影响。在以往的试验中我们发觉温度对象的限制滞后比较大。并且由于试验条件有限外胆冷却水也不能保证温度恒定不变，所以我们在设计系统时也可以使内胆水流淌保持个动态平衡。这样使得对象的热惯性减小并使限制的滞后更小。很明显，在这个系统中外胆流量的改变将做为系统的主要扰动。我们默认为它是可测而不行控的，因此为了在流量扰动影响到内胆温度之前就将其消退就可以实行前馈补偿。而整个温度限制我们干脆可以做成一个温度单回路系统。前馈一反馈限制环节可由电磁流量传感器、计算机、接触器、加热器、组成前馈补偿系统，计算机、接触器、加热器、温度传感器组成反馈加热系统，即主要由计算机、接触器、加热器、电磁流量传感器、温度传感器组成前馈反馈限制系统。图2为前馈反馈限制系统方框图。图2前馈反馈限制框图其中前馈补偿和PID限制都由S7-300P1.C编程实现。由于对系统限制补偿要求不高，同时温度对象的传递函数难以求得，所以在实现前馈补偿时我们用的是静态前馈补偿。3限制算法的实现基础和S7-300P1.C系统说明及组态3. 1P1.C介绍P1.C即可编程限制器，英文全称是ProgrammablelogicControllero是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采纳类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,依次限制，定时，计数及算术操作等面对用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出限制各种类型的机械或生产过程.P1.C是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言。模块式P1.C由：CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块、编程设备等几个部分组成。3.2S7-300P1.C说明3.2.1 S7-300P1.C基本介绍本次设计我们用的是德国西门子公司的S7-300P1.C。西门子的P1.C以极高的性能价格比，在国际、国内市场占有很大的份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7-300/400属于模块式P1.C,主要由机架、CPU模块、信号模块(SM),功能模块(FM)、接口模块(IM),通信处理器(CP)、电源模块(PS)和编程设备组成。3.2.2 S7-300模块说明本次设计主要是涉及到温度、流量等模拟信号的采集，因此主要用到的是西门子的SM331和SM332模块。西门子的SM331和SM332模块有许多的型号，在选择时要考虑到须要用到的模拟量通道的数量，模拟量采集须要的精度等系列因素。但是因为本次设计所用到的设备是往年已经打算好的所以这些我们不须要考虑。这次设计用到的SM331模块订货号为：6ES733l-7RD0（三）AB0.这个模块有4路模拟量输入通道。可以接收0v20111A和420mA的电流信号，精度为15位。所用到的SM332模块订货号为：6ES7332-5HD01-OABOo这个模块有4路模拟量输出通道。可以输出020mA和420mA的电流信号,精度为12位。(1) SM331介绍模拟量输入模块用于符模拟信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A/D转换器。模拟量输入模块的输入信号一般是模拟量变送器输出的标准量程的直流电压、直流电流信号。为了防止电磁干扰，模拟量模块可以分为带隔离和不带隔离的。在设置模拟量输入模块时先要从硬件上设置各个通道对应的量程卡。然后在组态时在属性对话框内设置测量范围和型号。图3为SM331属性设置。模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，模拟值用16位二进制补码(整数)来表示。模拟量输入模块的模拟值及以百分数表示的模拟量之间的对应关系为双极性模拟量量程(IO0%到TOO%)分别对应于模拟值27648至卜27648。单极性对应于0到27648o(2) SM332介绍模拟量输出模块SM332用于将CPU传送给它的数字转换为成比例的电流信号或电压信号，对执行机构进行调整或限制，其主要组成部分是D/A转换器。在模拟量输出组态时也须要选择输出类型和范围，假如不选择正确会使得执行器出现一些及限制信号不符的错误。如图4所示在输出类型和输出范围两个选项上应当对应执行器选择。例如我们设计中用到的调整阀应当用电流型4'2011A电流信号在选择时应当按图4所示来选择，否则会出现执行器输入信号错误从而影响限制系统运行。图4为SM332属性设置。图3SM331属性设置图4SM332属性设置3.2.3 S7-30()组织块说明在设计中我们主要用到三个组织块：0BlOBlOO和0B35。OBl用于循环处理，是用户程序中的主程序。操作系统在每次循环中运行一次OBl0OBlOO程序在CPU执行暖启动时执行，且只执行一次，可用于变量的初始化。OB35是定时循环中断组织块，在CPU属性设置中可以设置它的中断周期如图5所示。图5CPU属性设置3. 2.4S7-300功能块说明这次设计中须要用到PID调整功能以及限制加热丝，即PlD的输出要限制开关量。因此我们须要用到FB41和FB43模块。S7-300的模拟量闭环限制功能主要涉及到FB41、FB42、FB43三个功能块。其中FB41用于连续限制,FB42用于步进限制，FB43用于脉冲宽度调制。（1） FB41模块说明。FB41模块的输出为连续变量。可以作为单独的PID恒值限制器，或者在多闭环限制中实现级联限制、混合限制器和比例限制器。限制器的功能基于模拟信号采样限制器的PID限制算法，假如须要的话，FB41可以用脉冲发生器FB43进行扩展（本次设计就用到FB43做为扩展），产生脉冲宽度调制的输出信号，来限制比例执行机构的二级或三级限制器。下面简洁介绍一下FB41的几个常用参数。MANJ）N:为1时限制循环将被中断，手动值被设置为操作值。PVlN:输入浮点格式的过程变量，此时数字量输入PvPERON应为0SPJNT:内部设定值输入，取值范围±100.0%或物理值。PSE1.:为1时激活比例作用，反之禁止比例作用，默认值为1。1.SE1.:为1时激活积分作用，反之禁止积分作用，默认值为1。I1.SE1.:为1时激活微分作用，反之禁止微分作用，默认值为1。DISV:扰动输入变量。1.MN:浮点格式的限制器输出值。1.MN_H1.M:限制器输出上限值。1.MN1.1.M:限制器输出下限值.（2） FB43模块说明。FB43模块为一个脉冲发生器通常及PID限制器协作运用，用脉冲输出来限制比例执行机构。该功能一般及连续限制器FB41一起运用，FIM3可以构建脉冲宽度调制的二级或三级PlD限制。FB43通过调制脉冲宽度，将输入变量INV(即PID限制器的输出量1.MN)转换为具有恒定周期的脉冲序列，该恒定周期时间PERTM来设置，PER_TM应及CONT_C的采样周期CYC1.E相同。在这个模块中涉及到一个“采样比率”的问题，这个通过修改P_B_TM来设置采样比。在PERTM周期内的PB在越小则采样频率越高，即限制精度越高。下面介绍FB43几个常用的参数：MANJ)N:手动模式打开，可以手动设置输出信号。INV:输入变量，即FB41输出的模拟量限制值1.MN。PERJ止周期时间，脉冲宽度调制的恒定周期，对应于PlD限制器的采样时间。PBTM:最小脉冲时间或最小断开时间，应不小于参数CYe1.E。CYC1.E:采样时间，规定了相邻两次块调用之间间隔的时间。（3） FC105,FClO6功能的介绍。在处理模拟量时，从变送器送过来的模拟信号经过SM331转换成0、27648之间的数值。但是FB41处理这些数值之前须要经过个量程转换将027648的数值转换成一个浮点数方能输入FB41进行处理。在处理后的数值输出给SM332之前也要经过一个变换。在STEP7中我们可以用FCIO5和FClO6来实现上述功能。下面介绍下这两个块的几个重要参数：IN:输入参数，FClo5可以是PIM也可以是整数格式的存储单元。FClo6的可以是PID运算的输出，也可以是浮点数格式的存储单兀。HI1.lM:输入参数，实数，工程单位量程上限。1.OJJM:输入参数，实数，工程单位量程下限。BIPO1.AR:BOO1.量,输入值为O表示单极性,为】表示双极性。RETVA1.:输出参数，返回值。假如框中功能执行正常，输出值为0,反之为1.OUT:输出参数，FC105的为浮点数，输出工程单位实数值。FC106的为整数，可干脆传送至PQW中。当然，除去用以上两个模块外，我们也可以通过编程来实现量程之间的变换。但为了便利起见我们在这次设计中干脆用FC105和FC106干脆运算。3.2.5S7-300系统存储区分类S7-300系统存储区可分为一下几类。（1）过程映像输入/输出（IZQ）0过程映像输入在用户程序中的标识符为1，过程映像输出在用户程序中的标识符为Q。在每次执行OBl扫描循环程序之前，CPU将输入模块的输入输入数值复制到过程映像输入表中。在程序循环扫描过程中，将程序运算得到的输出值写入过程映像输出表。在下一0B1循环扫描起先时，CPU将这些数值传送到输出模块。（2）内部存储器标记位（M）存储器。内部存储器标记位用来保存限制逻辑的中间操作状态或其他限制信息。（3）定时器（T）存储器区。定时器相当于维电器系统的时间继电器。给定时器安排的字用于存储时间基准和时间值（0'999）o时间值可以用二进制或BCD码方式读取。（4）计数器（C）存储器区。计数器用来累计其计数脉冲上升沿的次数，有加计数器、减计数器和加减计数器。给计数器安排的字用于存储计数当前值（09加）。计数值可以用二进制或BCD码方式读取。（5）数据块（DB）及背景数据块（DI）。DB为数据块，DBX是数据块中的数据位，DBB.DBW和DBD分别是数据块中的数据字节、数据字和数据双字。(6)外设I/O区(PIPQ)0外设输入(PI)和外设输出(PQ)区允许干脆访问本地的和分布式的输入输出模块。可以按字节(PIB或PQB)、字(PIW或PQw)或双字(PID或PQD)访问，不能以位为单位访问PI和PQ。低端的S7-300CPU的过程映像输入、输出区分别只有128B,假如组态的模块地址超出这一范围，可以通过外设输入区来访问。3.2.6 I/O模块的地址安排S7-300的数字量(或称开关量)地址标识符、地址的字节部分和位部分组成，一个字节由07这8个位组成。地址标识符1表示输入,Q表示输出，M表示位存储器。例如13.2是一个数字量输入的地址，小数点前面的3是地址的字节部分，小数点后面的2表示这个输入点是3号字节中的第2位。数字量出来按位寻址外，还可以按字节、字和双字寻址。表1为I/O模块的起始地址字节地址。表11/0安排表机架号模块类型槽号45678910110数字量034781112151619202324272831模拟256'272"288'304"320336352368量2712873033193353513673831数字32336'3404444485525565606量59371593模拟量384'399400"415416'431432447448463464479480"4954965112数字量6467687172、7576798083848788919295模拟量512"527528"543544"559560"575576"591592"607608623624"6393数字量9699100"103IOC107108"Ill112"115116'119120"123124"127模拟量640'655656'671672687688"703704"719720"735736"75】752"7673.2.7 STEP7简介西门子STEP7是用于SIMATICS7-300/400站创建可编程逻辑限制程序的标准软件，可运用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。在运用STEP7给P1.C下程序时要先设置好PC/PG接口。3.2.8 力控组态软件简介力控ForCeCOntrOlV6.1监控组态软件是北京三维力控科技依据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践阅历和大量的用户需求而设计开发的高端产品。力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集及过程限制的专用软件，最大的特点是能以敏捷多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它供应了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简洁的“组态”以便可以特别简洁地实现和完成监控层的各项功能。力控监控组态软件能同时和国内外各种工业限制厂家的设备进行网络通讯，它可以及高牢靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以便利的向限制层和管理层供应软、硬件的全部接口，来实现及“第三方”的软、硬件系统来进行整体的集成。我们在这次设计中将用它来监控限制系统，修改参数并得到实时曲线。4锅炉流量-水温前馈反馈限制系统的实现4.1 温度、流量模拟量信号采集在设计中我们须要采集的模拟量信号有内胆水温度和夹套冷去水的流量信号。温度传感采集的温度模拟信号经过变送器变送成4'20m的电流信号送入S7-300P1.C的SM331模块。同样流量信号也转换成420mA的电流信号送入S7-300P1.C的SM331模块。4.2 S7-300P1.C程序的实现4.2.1 S7-300P1.C主程序的实现在编写程序之前我们先设计个程序流程图使得我们的思路更加清晰，程序流程图主要由OBlOBlOO0B35三部分程序块组成。图6程序流程图由于本次设计没有涉及到困难的数字量处理，而主要的PlD算法实现在0B35定时中断组织块里实现，所以在OBl中须要实现PID限制及手动限制是否运行的程序就可以了。同时为了防止积分饱和所以在OBl中设置了“积分分别限制带”刚好切除和启动积分作用。OBlOO为暖启动，只要在CPU上电的程序运行一次，主要为FB41FB43重启做打算网。我们在0B35中编写PID限制程序。温度，流量模拟信号经过变送器转换为标准的420mA电流信号后进入SM331模块，经过其转换将电流信号转换为027648的整数存储在PlW里。因为FB41和FB43只能接受（H之间的浮点数,所以存在PIW里面的整数还须要通过FC105模块进行标度变换，转换后的温度信号存在FB41背景数据块里，流量信号存在双字寄存器MD20里面，程序如图7和图8所示。图7引入温度信号图8引入流量信号我们将温度信号由第3个点引入，流量信号经SM331的第4个点引入。由表1可知两个信号的地址分别为PIW292和PIW294接下来我们要做的是把引入的流量信号当作个主扰动对温度限制进行干扰。同时在FB41里面对流量扰动的前馈补偿，以使温度限制不受流量的干扰。首先我们须要在温度限制过程中加入一个手动的流量干扰信号，同时还须要把该流量信号进行处理。程序如图9所示。图9进行流量干扰流量由0变换为11./H,公称压力变为0.8MPa接着我们设前馈补偿系数K,为1.而在引入前馈补偿时要加上个负号，所以在程序中为-1,如图10所示。图10静态前馈补偿系数最终把采集的流量扰动乘以前馈补偿系数并存储在MDI2中，如图11所示。图11流量补偿运算因为FB41模块的DlSV端只能接收07之间的实数，所以还须要把MD12里面的值进行运算转换，运算:程序如图12所示图12实数运算转换因为FB41模块的DISV补偿端只能接收0-1之间的实数,而经过补偿后的流量值（MDI2中的值）并非实数值，所以须要进行数值类型间的运算转换以便DISV端能够识别。由于智能电动调整阀的量程是0-21./H,所以我们把采集的流量值除以电动调整阀的满量程，再乘以100转换为调整阀满量程的百分数（即OT间的实数），这样DISV端就能接收扰动流量并能够进行运算。然后我们要编写PlI）限制器，并引入前馈扰动。在这里我们须要用到PID运算限制块FB41,如图13所示图13PID限制和实现前馈补偿在FB41中采纳数据块寻址的方式，详细参数地址见DB41数据块,MDI2为前馈补偿的引入，1.MN端（DB41.DBD72）为PlD运算的输出这个输出为OlOO的浮点数。接下来要将EB41的输出作为脉冲发生器FB43的输入端转换成具有恒定周期的脉冲序列来限制继电器的通断。继电器通断来限制接触器，从而通过接触器限制加热丝的通断。图14为FB43功能块。图14脉冲发生器DB41.DBD72为FB43的输入，Q0.0为FB43的输出。在程序中FB41和FB43的各个参数在DB41和DB43中设置。DB41和DB43作为两个数据块伴随着FB41和FB43生成。在l）B41和DB43中每个变量都有各自由数据块存储区的地址，如DBB、DBW.DBD等。依据这些个地址我们在组态软件中也可以通过这些地址检测到限制过程中各个值得改变状况。本次寻址方式采纳的是背景数据块寻址。图15为FB43背景数据块DB43中的主要数据设置。首先将MANj）N设置为FA1.SE避开手动输出。由于只是限制加热丝的通断，所以我们只须要用到单极性两级限制，将MANON,STEP3ON,ST2BION设置为FA1.SE即可。为防止接触器通断频繁，通过设置最小脉冲（最小通段时间）P_B_TM为20OMS以增加开关元件和执行机构的运用寿命。因为0B35的循环中断时间为ooMs（即pulsegen100ms调用一次），由于限制器FB43的输出周期为4S,所以每调用一次FB41.就调用40次FB43,即限制精度为1:40图15DB43数据块图16为FB41背景数据块DB41的设置。同样首先将MANON设置为EA1.SEo再将P_SE1.,1.SE1.设置为为UE,D_SE1.设置为EI.SE使为41成为一个Pl限制器（必要时可加上微分）。因为我们设定的温度限制值为40°,所以将SPINT设定为40.0°o图16DB41数据块4.2.2 PID限制程序调试及监控PID参数整定的方法许多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定限制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以干脆用，还必需通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依靠工程阅历，干脆在限制系统的试验中进行，且方法简洁、易于驾驭，在工程实际中被广泛采纳。PID限制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。二种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后依据工程阅历公式对限制器参数进行整定。但无论采纳哪一种方法所得到的限制器参数，都须要在实际运行中进行最终调整及完善。在实际调试中，只能先大致设定一个阅历值，然后依据调整效果修改。对于温度系统：P对于流量系统：P对于压力系统：P对于液位系统：P20-60,40100,30-70,2080,（分）（分）（分）（分）310,D（分）0.530.110.4315PlI）参数的调整阅历为：（1）对于比例限制来说，将比例度调到比较大的位置，逐步减小以得到满足的曲线。（2）对于比例积分来说，先将积分时间无限大，按纯比例作用正定比例度。得到满足曲线后,将比例度放大（10-20）%,将积分时间由大到小加入，直到获得满足曲线。（3）对于PID限制，先将微分时间置零，依据调比例积分限制方法得到满足取先后将比例度将到比原值小（1020）%位置，适当减小积分时间后，将微分时间渐渐加大，直到获得满足的曲线。PlD参数整定的基本推断：（1）响应曲线震荡频繁，系统稳定度不够，需加大比例度。（2）系统偏差大，并且趋于非周期过程，需减小比例度。（3）曲线波动大，增加积分时间以消退余差。（4）曲线震荡频繁，稳定度低且曲线偏离给定值后长时间不回来,需削减积分时间。（5）曲线最大偏差大且衰减慢，需增加微分时间。（6）曲线震荡频繁，可以适当削减微分时间）。在整定PID参数过程中由于加热丝功率相对锅炉较大（45KW）o因此在加热时热惯性很大，般当加热丝停止加热时温度能超调两度左右。因此我们在选择限制器时肯定要运用PID限制，使限制器能够提前调整。依据阅历值，我们首先将GAlN设为13,I设为2min,关闭微分作用。图17是无微分作用下的温度曲线图。图17Pl作用下的温度曲线我们通过视察稳定时间较长（大约30分钟），温度限制达不到预想的效果。因此我们加入微分作用，把D设为I0S。在更改参数之后,限制效果较好。图18为PID作用下的温度曲线。图18PID作用下的温度曲线在整定P、【、D参数时我们加入微分作用，一是起到一个提前调整作用；二是使得PID输出有肯定震荡，使得当温度接近设定值时通断频繁-点。这样能减小热惯性对温度值的影响。通过视察稳定时间明显缩短，大约10分钟作用。通过多组数据的试验比较，我们得出了一组比较志向的参数GAIN=18TI=2minTD=IOS整定后的温度曲线图如图19所示。图19温度曲线图19中直线表示温度设定值。初始设定值是50°,而后将设定值改为55°。可以看出超调在1。左右，稳态误差在1%左右。4.2.3 前馈限制程序调试及监控为了表现出前馈设计对系统的补偿作用，我们再进行两组试验比较：（加入少许的流量扰动）状况一：无前馈补偿时试验结果如图20所示图20无前馈作用状况二：有前馈补偿时试验结果如图21所示图21有前馈作用从图20和图21比较可知：当加上前馈作用时上升的温度曲线水纹较小，上升比较平稳。说明前馈补偿对外界的流量扰动起到了肯定的作用1。最终我们把调试好的PlD参数和前馈补偿综合在起进行组比较完整的试验，试验结果如图22所示图22流量温度曲线设定温度为55度，当前温度为50度。在加热的过程中我们手动加入一流量扰动（18点13时刻），流量改变如图22右图所示。经过一段时间的加热从图中可以看到流量波动时对温度曲线没有产生太大影响，最终温度达到了设定的温度，误差不到1度，可见前馈补偿起到肯定作用。结束语我们最终比较顺当的完成了这次设计。锅炉内胆水温前馈反馈限制系统的温度设定值在40°时，超调量小于2°,稳态误差在0.5°左右达到了限制要求。通过这次设计我们基本驾驭了工程实际中对P、I、D三个参数的整定方法，并且通过视察P1.C的PID限制器的输出改变状况对这三个参数在限制中所起的作用有了更深刻的理解。当然我们在做这次设计中还是遇到了一些问题“打。(1)在我们做设计时由于试验设备都是以前已经打算好的，因此在设计时干脆运用。但是在实际工程设计中却是不行的。我们对各种硬件的选型都应当熟识和驾驭。例如电缆线径、传感器量程、调整阀工作方式、加热丝功率、P1.C模块等等。这些在真的工程项目设计中都是特别重要的。(2)在整定PID参数时大多还是用的阅历公式。对整个对象模型的驾驭还不够。我们只通过对流量测量得出它们的对象传递函数。但是由于温度对象的特别性而没有测量出其对象传递函数。参考文献1殷华文.过程限制试验指导书M.南阳理工学院.2019.(0:1-232胡寿松.自动限制原理原.北京:科学出版社,2019.8:256-2593孙洪程.李大宇，翁维勤.过程限制工程.高等教化出版社，2019.5:52-704度常初.S7-300400P1.C应用技术其次版.机械工业出版社，2019.5:30-555钟肇，冯太合，陈宇居.西门子S7-300系列P1.C及应用软件STEP7,2019.10:10-656程子华.P1.C原理及编程实例分析.国防工业出版社，2019.6:25-407宫淑贞，王冬青，徐世许.可编程限制器原理及应用.人民邮电出版社,2019.5:15-358 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