PLC換熱器溫和流量串級(jí)控制

1、第五章 換熱器溫度和冷水流量串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 工藝簡(jiǎn)介：由圖5-1可知，熱水通過(guò)換熱器中排管的外面，把熱量傳給排管內(nèi)通過(guò)的冷水。 熱水的出口溫度可以通過(guò)改變支路 2 上的控制閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求11。 引起熱水出口溫度變化的干擾有物料的流量，初溫和壓力等，其中最主要的干擾是冷水的流量12。熱水從鍋爐經(jīng)泵 1 到換熱器，再回到鍋爐形成熱水循環(huán)。冷水從大水槽經(jīng)泵 2 到換熱器，再回到大水槽形成冷水循環(huán)。支路 1 和支路 2 中均有溫度和流量變送器，可完成對(duì)熱水溫度和流量的測(cè)量變送13。圖5-1 換熱器溫度和流量串級(jí)控制5.2 系統(tǒng)創(chuàng)建工程 創(chuàng)建一個(gè)新的工程，在這之前要進(jìn)行編程前的準(zhǔn)備工作，

2、包括通信設(shè)置和組態(tài)。5.2.1 新建工程單擊File>New,新建一個(gè)工程項(xiàng)目，命名為wangli,類型默認(rèn)Project。單擊Browse選擇工程保存地址。單擊OK，系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)名為wangli的新工程。建立S7-300站。右鍵單擊工程名wangli，單擊Insert New Object>SIMATIC 300 Station.5.2.2 設(shè)置通信這里我使用的是S7-300 MPI電纜連接方式，因此選擇PC Adapter,install.不需要其他接口。圖5-2 安裝PG/PC通信接口窗口設(shè)置或添加PC Adapter(MPI):PROPERTY 按鈕Local Conne

3、ction 屬性頁(yè)COM2,19200,其他參數(shù)不需要設(shè)置。5.2.3 硬件組態(tài)和下裝打開(kāi)工程中的Hardwork，從而進(jìn)入HW CONFIG窗口。在HW CONFIG中插入機(jī)架，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備型號(hào)組態(tài)硬件。如下表：表5-1 硬件組態(tài)數(shù)據(jù)模塊型號(hào)電源PS-300>PS 307 2ACPUCPU-300>CPU313C-2DP>313-6CE01-0AB0模擬量輸入輸出SM334> 334-0CE01-0AA0 SM334的輸入輸出地址為：AI地址：256-263AO地址：256-259 5.3 編寫(xiě)程序5.3.1 復(fù)制OB塊和已有函數(shù)首先打開(kāi)libaries中的st

4、andard library,選擇Orgnization Blocks.把OB1復(fù)制粘貼到當(dāng)前工程中。表5-2 OB1塊的功能中斷類型組織塊默認(rèn)優(yōu)先級(jí)備注主程序掃描OB11周期運(yùn)行：開(kāi)始循環(huán)監(jiān)控時(shí)間輸出到模塊從模塊輸入執(zhí)行程序執(zhí)行掛起的其他任務(wù)回到開(kāi)始，重新循環(huán)監(jiān)控時(shí)間5.3.2 符號(hào)和變量編輯從資源管理器中選擇S7 Program(1)中打開(kāi)Symbols編輯，編輯全部輸入輸出相關(guān)變量的全局變量，以便使得程序具有很好的可讀性。建立所有需要用到的全局變量，如下圖：圖5-3 PID全局變量表其中AI(SM334 模擬量輸入)，AO（SM334 模擬量輸出），變量地址都是PIW,POW，的格式，這

5、表示這些變量使用的是硬件地址，格式是16進(jìn)制數(shù)。PIW表示輸入，POW表示輸出。有了變量表，在程序中就可以直接調(diào)用全局變量的Symbol，來(lái)訪問(wèn)該硬件地址。例如在程序中調(diào)用AIO，它會(huì)自動(dòng)指向PIW 256，也就是SM 334模擬量輸入通道0的模擬量值。又比如在程序中寫(xiě)入一個(gè)1，它會(huì)自動(dòng)指向Q124.0，也就是CPU的DI/DO模塊的數(shù)字量輸出通道0，該通道便會(huì)輸出開(kāi)關(guān)量1，也就是繼電器開(kāi)關(guān)閉合。如果該通道通過(guò)繼電器切換控制著一個(gè)電磁閥，該電磁閥便會(huì)啟動(dòng)。5.3.3 創(chuàng)建PID控制塊單擊Blocks，進(jìn)入里面的組織塊OB1，進(jìn)入編輯環(huán)境。要進(jìn)行PID單回路控制的編程，需要添加PID塊，在Lib

6、raries>standard library>PID control block>FB41 CONT_C ICONT，將其拖到代碼區(qū)梯形圖上即可添加PID模塊。需要?jiǎng)?chuàng)建PID的背景數(shù)據(jù)塊，PID數(shù)據(jù)所涉及的所有參數(shù)都存放在這個(gè)背景數(shù)據(jù)塊中，可以通過(guò)在組態(tài)軟件中控制這些參數(shù)。圖5-4 模塊圖圖5-5 PID的背景數(shù)據(jù)塊內(nèi)容PLC的輸入輸出，手自動(dòng)切換，參數(shù)，控制功能都能通過(guò)DB1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。實(shí)際工程應(yīng)用中，還需要增加手動(dòng)自動(dòng)切換控制。在手動(dòng)時(shí)，SP跟隨MV，MV等于MAN（手操作值），自動(dòng)時(shí)MAN（手操作值）跟隨。圖5-6 DB2背景數(shù)據(jù)內(nèi)容 創(chuàng)建數(shù)值轉(zhuǎn)換功能4-20m

7、A信號(hào)，被SM334模擬量輸入輸出模塊采集后，數(shù)據(jù)范圍是5530-27648。因此需要編寫(xiě)一個(gè)專門(mén)用來(lái)進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換的功能(FC,類似于函數(shù)，可以被其他程序調(diào)用)，把5530-27648的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PID控制所需要0-100的數(shù)據(jù)，并通過(guò)組態(tài)軟件監(jiān)控0-100的數(shù)據(jù)，符合人們的日常習(xí)慣。FC201即為數(shù)值轉(zhuǎn)換功能，它有五個(gè)輸入：IN，IN_MIN，IN_MAX，OUT_MIN，OUT_MAX和一個(gè)輸出：OUTu IN:需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的原始輸入變量u IN_MIN：原始變量的下限值u IN_MAX：原始變量的上限值u OUT_MIN：轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的下限值u OUT_MAX：轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的上限

8、值u OUT：輸出目標(biāo)變量圖5-7 FC201程序內(nèi)容Network1：MOVE：將輸入變量（左側(cè)）的數(shù)值賦給輸出變量（右側(cè)）DI_R：雙精度整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)SUB_R：實(shí)數(shù)減法運(yùn)算Network2：賦值：TEMPINT=IN如果: TEMPINT<IN_MIN則：TEMPINT=IN_MINNetwork3：如果: TEMPINT>IN_MIN則：TEMPINT=IN_MAXNetwork4：OUT=×(OUTMAX-OUTMIN)+OUTMINCMP>R是比較指令，SCALEIN作為分母，要求SCALEIN>0圖5-8 FC202程序內(nèi)容這樣就添加好了FC2

9、01和FC202兩個(gè)功能以供使用。其中的FB41是之前生成的PID系統(tǒng)控制塊，DB1是FB41的背景數(shù)據(jù)塊，OB1是主程序組織塊。 單PID控制編程在進(jìn)行OB1的正式編程錢(qián)，需要建立一個(gè)用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊，定義一些在編程中用到的變量。在工作區(qū)單擊右鍵，insert new object>data block，創(chuàng)建DB3圖5-9 DB3中定義需要用到的變量其中temp用于分隔SET_TURE,SET_FALSE。這兩個(gè)符號(hào)如果沒(méi)有外部更改，就總是固定一個(gè)TURE和一個(gè)FALSE，以便在程序中使用。程序中不能對(duì)函數(shù)的參數(shù)直接賦予值的。返回工作區(qū)，打開(kāi)OB1，開(kāi)始編輯主程序。u 將兩路模擬量輸入轉(zhuǎn)

10、換為0100的實(shí)數(shù)，再賦值給MYDATA.AI0（即為DB3數(shù)據(jù)塊中的用戶自定義變量，也可以表示為DB3.DBD0）和MYDATA.AI1。u PID運(yùn)算程序FB41 CONT_C，同時(shí)產(chǎn)生DB1。u 將PID運(yùn)算程序FB41輸出的控制量DB1.DBD72轉(zhuǎn)換為553027648的word字，輸出給AI0。AI1直接由組態(tài)軟件給DB3，從這里輸出。圖5-10 OB1 程序內(nèi)容圖OB35模塊圖圖 OB35模塊圖圖 FB41模塊 FB41和PID控制FB是需要背景數(shù)據(jù)塊DB的函數(shù)塊，數(shù)據(jù)在執(zhí)行完函數(shù)后還需要保存的。在各種邏輯塊中可以調(diào)用FB。FB可以用戶自己編寫(xiě)，也可以調(diào)用西門(mén)子公司提供的各種庫(kù)中

11、的FB。在standard library中的FB41，就是一個(gè)提供連續(xù)PID控制的函數(shù)，每個(gè)調(diào)用都指定其背景數(shù)據(jù)塊，以便有不同的數(shù)據(jù)。PID控制軟件包里的功能塊包括連續(xù)控制功能塊CONT_C，步進(jìn)控制功能塊CONT_S以及具有脈沖調(diào)制功能的PULSEGEN。FB41就是CONT_C，提供連續(xù)模擬控制。 控制模塊利用其所提供的全部功能可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)純軟件控制器。循環(huán)掃描計(jì)算過(guò)程所需的全部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在分配給FB的數(shù)據(jù)區(qū)里，這使得無(wú)限次調(diào)用FB編程可能。1）PID控制的概念 ：PID控制軟件包里的功能塊包括連續(xù)控制功能塊CONT_C，步進(jìn)控制功能塊CONT_S以及具有脈沖調(diào)制功能的PULSEGEN。

12、控制模塊利用其所提供的全部功能可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)純軟件控制器。循環(huán)掃描計(jì)算過(guò)程所需的全部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在分配給FB的數(shù)據(jù)區(qū)里，這使得無(wú)限次調(diào)用FB變成可能。功能塊PULSEGEN一般用來(lái)連接CONT_C，以使其可以產(chǎn)生提供給比例執(zhí)行器的脈沖信號(hào)輸出。 基本功能：在功能塊組成的控制器中，有一系列你可以通過(guò)設(shè)置使其有效或無(wú)效的子功能。除了實(shí)際采用PID算法的控制器外，還包括給定點(diǎn)值處理、過(guò)程變量處理以及調(diào)整操作值范圍等功能。2）用功能塊FB41“CONT_C”實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制 ：在SIMATIC S7 可編程控制器上，功能塊FB41用來(lái)控制具有連續(xù)輸入輸出的技術(shù)過(guò)程。在參數(shù)設(shè)置過(guò)程中，可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)激活或取消

13、激活PID控制的某些子功能來(lái)設(shè)計(jì)適應(yīng)過(guò)程需要的控制器 可以將其作為一個(gè)給定點(diǎn)PID控制器，或者在多環(huán)路控制中作為串級(jí)、混合或比率控制器?？刂破鞯乃惴ㄊ腔诰哂心M輸入信號(hào)的采樣PID控制。如果擴(kuò)展需要的話可以引入一個(gè)脈沖發(fā)生器，來(lái)產(chǎn)生具有脈寬調(diào)制的操作值輸出，以提供給帶有比例執(zhí)行器的兩級(jí)或三級(jí)步進(jìn)控制器。 除了給定點(diǎn)和過(guò)程變量分支的功能外，F(xiàn)B自己就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的具有連續(xù)操作值輸出并且具有手動(dòng)改變操作值功能的PID控制器，下面會(huì)找到各子功能的詳細(xì)描述。u 給定點(diǎn)分支：給定點(diǎn)的值以浮點(diǎn)形式在SP_INT處輸入。 u 過(guò)程變量分支：過(guò)程變量可以從外設(shè)直接輸入到PV_PER或以浮點(diǎn)PV-IN形式

14、輸入，功能CRP_IN將從外設(shè)來(lái)的值PV-PER轉(zhuǎn)化成范圍在-100%100%之間的浮點(diǎn)形式，根據(jù)下面的法則進(jìn)行轉(zhuǎn)換： CRP_IN = PV_PER*100/27648 功能PV_NORM根據(jù)下面的法則標(biāo)準(zhǔn)化輸出CRP_IN PV_NORM的輸出 = ( CRP_IN的輸出) * PV_FAC + PV_OFF PV_FAC和PV_OFF的默認(rèn)值分別為1和0 3) 誤差信號(hào) 誤差是給定點(diǎn)和過(guò)程變量之間的差值。為了抑制由于控制量量化而引起的小擾動(dòng)（例如，控制量由于其執(zhí)行電子管的有限分辨率），可將死區(qū)功能DEADBAND運(yùn)用在誤差信號(hào)上。如果DEADB_W = 0，則死區(qū)就不起作用。 4) PI

15、D算法 此處PID算法是位置式的，比例、積分和微分作用并聯(lián)并且可以分別激活或取消激活。這樣就可以分別構(gòu)造P、PI、PD以及PID控制器，純比例控制器或純微分控制也是可以的。 5)手動(dòng)值 可以在手動(dòng)和自動(dòng)模式之間切換，在手動(dòng)模式下，操作值可以由一個(gè)手動(dòng)選擇值來(lái)設(shè)定，積分器在內(nèi)部設(shè)定為 LMN（操作值） - LMN_P（比例操作值） - DISV（擾動(dòng)）， 微分器設(shè)定為0并且在內(nèi)部進(jìn)行同步，這意味著當(dāng)轉(zhuǎn)換到自動(dòng)模式后，不會(huì)引起操作值的突然改變。 6) 操作值 利用LMNLIMIT功能可以將操作值限定在所選的值范圍內(nèi)，輸入值引起的輸出超過(guò)界限時(shí)會(huì)在信號(hào)位上表現(xiàn)出來(lái)，功能LMN_NORM根據(jù)下面的公式

16、標(biāo)準(zhǔn)化LMNLIMIT的輸出 LMN=LMNLIMIT的輸出×LMN_FAC+LMN_OFF LMN_FAC和LMN_OFF的默認(rèn)值分別為1和0 操作值也可以直接輸出到外設(shè)，功能CRP_OUT將浮點(diǎn)形式的值LMN根據(jù)下面的公式轉(zhuǎn)化成能輸出到外設(shè)式的值： LMN_PER = LMN × 100/276485.4編譯下裝項(xiàng)目首先使用PLC和MRES撥動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行復(fù)位。然后在manager窗口選擇block,有機(jī)選擇快捷菜單PLC>download。完成整個(gè)程序塊的（包括system data，以及所有OB.FO.DB)的下載。下裝前最好清楚CPU，然后重新下載。5.5調(diào)試工程調(diào)試很重要，首先在完成硬件組態(tài)時(shí)，進(jìn)行硬件通道的及監(jiān)控和修改。對(duì)硬件進(jìn)行測(cè)試，數(shù)字量直接測(cè)試，模擬量把輸出接到輸入上，從而檢測(cè)銅須是否正常，硬件是否正常。接下來(lái)就是對(duì)程序邏輯進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)