基于s7300 plc的simulink在線帶進水純滯后單容水箱液位控制——控制程序設(shè)計畢業(yè)論文

1、南 陽 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 自動化 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期 2011 年 5 月南陽理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）基于S7-300 PLC的Simulink在線帶進水純滯后單容水箱液位控制控制程序設(shè)計Tank Level Control Design Based on Simulink on-line Water of S7-300 PLC with Pure DelayControl Program Design總 計：畢業(yè)設(shè)計（論文）28頁表 格： 0 個插 圖： 17 幅南 陽 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論

2、文）基于S7-300 PLC的Simulink在線帶進水純滯后單容水箱液位控制控制程序設(shè)計Tank Level Control Design Based on Simulink on-line Water of S7-300 PLC with Pure DelayControl Program Design學(xué) 院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 96106028 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽理工學(xué)院Nanyang Institute of Technology基于S7-300 PLC的Simulink在線帶進水純滯后

3、單容水箱液位控制控制程序設(shè)計自動化專業(yè) 摘 要根據(jù)S7-300PLC模塊化編程的特點，設(shè)計了OB1、OB35、OB100三個組織塊來實現(xiàn)控制功效。將FB41 PID調(diào)節(jié)模塊放在OB1模塊中，并進行參數(shù)設(shè)定及調(diào)節(jié)。設(shè)置500ms定時中斷，在定時中斷服務(wù)程序OB35中進行滯后補償算法的計算，而后利用得出的結(jié)果進行系統(tǒng)滯后補償。由于滯后補償是在不斷進行中的，采集的數(shù)據(jù)就要不斷的存儲再采集，設(shè)計了一個隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。隊列的操作也放在OB35中進行，具體的隊列操作封裝在FB1模塊中。利用OB100模塊清除上一次運行時存儲的數(shù)據(jù)。利用力控軟件完成系統(tǒng)實時監(jiān)控。本設(shè)計完成了設(shè)計要求但還有待改進。關(guān)鍵詞純滯后；

4、程序設(shè)計；補償；控制Tank Level Control Design Based on Simulink on-line Water of S7-300 PLC with Pure DelayControl Program DesignAutomation Specialty ZHANG QingAbstract: According to S7-300PLC modular programming features, three organization blocks OB1, OB35, OB100 are designed to achieve control efficacy. Th

5、e parameters of FB41 PID regulator module placed in OB1 module are set and adjusted. Then, 500ms timer interrupt is set and the compensation for delay algorithm calculated in the timer interrupt service routine OB35, then the results of calculation are used to compensate the delay system. Because of

6、 delay compensation is constantly on going, collection of data have to storage and re-collect. A queue data structure is necessary, the operation of the queue is also carried out on the OB35, and the specific queue operations is encapsulated in FB1 module. Remove last data by running the OB100 modul

7、e. The real-time monitoring completed by Power control software. The requirements of the design are completed but there is room for improvement. Key words: Delay; programming; compensation; control 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc292295570 1 引言 PAGEREF _Toc292295570 h 1 HYPERLINK l _Toc292295571

8、 1.1 本課題所述涉及的問題在國內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc292295571 h 1 HYPERLINK l _Toc292295572 1.2 對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 PAGEREF _Toc292295572 h 1 HYPERLINK l _Toc292295573 1.3 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 PAGEREF _Toc292295573 h 1 HYPERLINK l _Toc292295574 1.4 純滯后的產(chǎn)生 PAGEREF _Toc292295574 h 2 HYPERLINK l _Toc292295

9、575 1.5 史密斯補償控制基本原理 PAGEREF _Toc292295575 h 2 HYPERLINK l _Toc292295576 2 課題設(shè)計中具體實驗器材的選型 PAGEREF _Toc292295576 h 2 HYPERLINK l _Toc292295577 2.1 PLC及其模塊的選型 PAGEREF _Toc292295577 h 2 HYPERLINK l _Toc292295578 2.2 液位傳感器選型 PAGEREF _Toc292295578 h 3 HYPERLINK l _Toc292295579 2.3 調(diào)節(jié)閥的選型 PAGEREF _Toc29229

10、5579 h 3 HYPERLINK l _Toc292295580 2.4 智能儀表的選型 PAGEREF _Toc292295580 h 4 HYPERLINK l _Toc292295581 3 單容水箱供水回路設(shè)計 PAGEREF _Toc292295581 h 4 HYPERLINK l _Toc292295582 3.1 單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 PAGEREF _Toc292295582 h 4 HYPERLINK l _Toc292295583 3.2 液位單回路控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc292295583 h 5 HYPERLINK l _Toc29229558

11、4 4 編程、監(jiān)控軟件簡介及相關(guān)應(yīng)用 PAGEREF _Toc292295584 h 5 HYPERLINK l _Toc292295585 4.1 PLC簡介 PAGEREF _Toc292295585 h 5 HYPERLINK l _Toc292295586 4.2 力控軟件概述 PAGEREF _Toc292295586 h 6 HYPERLINK l _Toc292295587 4.3 控制程序設(shè)計思路及其OB1，OB35,OB100模塊的作用 PAGEREF _Toc292295587 h 6 HYPERLINK l _Toc292295588 4.3.1 控制程序設(shè)計思路 PAG

12、EREF _Toc292295588 h 6 HYPERLINK l _Toc292295589 4.3.2 OB1，OB35,OB100模塊的作用 PAGEREF _Toc292295589 h 7 HYPERLINK l _Toc292295590 4.4 力控監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc292295590 h 12 HYPERLINK l _Toc292295591 5設(shè)計中的設(shè)備介紹、設(shè)計結(jié)果及問題解決方法 PAGEREF _Toc292295591 h 13 HYPERLINK l _Toc292295592 5.1 過程控制實驗裝置的介紹 PAGEREF _Toc2922

13、95592 h 13 HYPERLINK l _Toc292295593 5.2 設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法 PAGEREF _Toc292295593 h 14 HYPERLINK l _Toc292295594 5.2.1 問題1 壓力傳感器輸出濾波 PAGEREF _Toc292295594 h 14 HYPERLINK l _Toc292295595 5.2.2 問題2 SM334（PLC中模擬量模塊）去干擾 PAGEREF _Toc292295595 h 15 HYPERLINK l _Toc292295596 5.2.3 問題3 補償不穩(wěn)定及解決方法 PAGEREF _Toc2

14、92295596 h 15 HYPERLINK l _Toc292295597 結(jié)束語 PAGEREF _Toc292295597 h 16 HYPERLINK l _Toc292295598 參考文獻 PAGEREF _Toc292295598 h 17 HYPERLINK l _Toc292295599 附錄 PAGEREF _Toc292295599 h 18 HYPERLINK l _Toc292295600 致謝 PAGEREF _Toc292295600 h 281 引言 本課題所述涉及的問題在國內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀從50年代以來出現(xiàn)的方法有Smith預(yù)估補償控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控

15、制、動態(tài)矩陣預(yù)報控制、預(yù)測控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、有模糊Smith控制、模糊自適應(yīng)控制、模糊PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等1。其控制方法也已經(jīng)由傳統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向智能控制，或者是二者的結(jié)合。PID控制是迄今為止應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。目前針對純滯后系統(tǒng)所采用的Smith控制、模糊控制、Fuzzy+Smith控制，以及預(yù)測函數(shù)控制等多種先進控制技術(shù)。分析表明，這些控制策略都能實現(xiàn)對時滯系統(tǒng)的有效控制為了提高此類液位控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。而且，對于具有時間滯后特征的工業(yè)過程的控制問題，多年來一直是控制理論界和控制工程界廣泛關(guān)注的熱點之一。 1.2 對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的

16、可行性分析任務(wù)要求：(1) 理解各硬件功能模塊工作原理及作用。(2) 掌握SIEMENS S7-300 PLC的原理及以單容水箱控制程序設(shè)計。(3) 制作15米純滯后盤管，為單容水箱供水。測試純滯后盤管的滯后時間，用史密斯預(yù)估補償算法對液位PID控制實現(xiàn)純滯后補償。(4)設(shè)計控制程序和力控監(jiān)控程序。實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析：以WinCC作為OPC Server,以MATLAB/Simulink作為OPC Client,設(shè)置它們之間的OPC 通訊。通過OPC技術(shù)實現(xiàn)控制參數(shù)傳遞，先在Simulink平臺下對系統(tǒng)進行控制，而后再在PLC中實現(xiàn)最終的控制。由于在本課題的設(shè)計過程中要涉及大量的運算，而

17、在S7-300 PLC中有加減乘除、標(biāo)度變換、定時中斷等指令和功能模塊，這就為控制算法的設(shè)計和實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。力控監(jiān)控程序設(shè)計將完成控制過程曲線監(jiān)控和參數(shù)顯示，這些將為滯后時間測試、控制算法設(shè)計提供原始數(shù)據(jù)。1.3 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路重點研究的、關(guān)鍵的問題： (1)本課題需要重點研究的是設(shè)計制作15米純滯后盤管，為單容水箱供水。測試純滯后盤管的滯后時間。(2)用史密斯預(yù)估補償算法對液位PID控制實現(xiàn)純滯后補償，并設(shè)計控制程序和力控監(jiān)控程序。(3)PC側(cè)與S7-300側(cè)程序設(shè)計及控制參數(shù)的調(diào)試。解決的思路：PC側(cè)用監(jiān)控軟件力控接收PLC側(cè)信號，實現(xiàn)程序控制的目的。思路如

18、下：(1)設(shè)計制作15米純滯后盤管，為單容水箱供水。(2)S7-300 PLC的組態(tài)和編程，程序使用模塊化結(jié)構(gòu)，周期性工作放在定時中斷中執(zhí)行。(3) 根據(jù)監(jiān)控結(jié)果來驗證補償效果，調(diào)整補償參數(shù)直至達到控制要求。 純滯后的產(chǎn)生所謂純滯后是在一種時間上的延遲，這種延遲是從引起動態(tài)要素變化的時刻到輸出開始變化的時刻的這一段時間。存在時間延遲的對象就稱為具有純滯后的對象，簡稱為純滯后對象或滯后對象，實際被控對象大多數(shù)都有純滯后特性2。在流程工業(yè)生產(chǎn)過程中，時滯現(xiàn)象普遍存在，亦表明其輸出的趨勢不僅依賴當(dāng)前的狀態(tài)，而且還依賴于過去的歷史。其產(chǎn)生的原因在于被控對象的物理性質(zhì)，以及實際系統(tǒng)變量的測量、傳遞和處理

19、等方面的因素均可導(dǎo)致輸出響應(yīng)相對于輸入的時間滯后現(xiàn)象。比如在流體控制過程中，流體須通過管道的傳輸才能達到工藝設(shè)備，從而引起設(shè)備的操作發(fā)生改變，顯然流體在管道傳輸?shù)倪@段時間就是純滯后時間。1.5 史密斯補償控制基本原理史密斯(0JMSmith)在1957年提出了一種預(yù)估補償控制方案。它針對純時滯系統(tǒng)中閉環(huán)特征方程含有純滯后項，在PID反饋控制基礎(chǔ)上，引入了一個預(yù)估補償環(huán)節(jié)，從而使閉環(huán)特征方程不含純時滯項，提高了控制質(zhì)量。純滯后補償控制的基本思路：在控制系統(tǒng)中某處采取措施（如增加環(huán)節(jié)，或增加控制支路等），使改變后系統(tǒng)的控制通道以及系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母不含有純滯后環(huán)節(jié)，從而改善控制系統(tǒng)的控制性能及穩(wěn)定

20、性3。2 課題設(shè)計中具體實驗器材的選型 PLC及其模塊的選型考慮到西門子S7-300對模擬量處理能力非常強大，運算速度快。所以而最終選擇了西門子S7-300。S7 系列PLC都采用了模塊化硬件結(jié)構(gòu)，S7-300主要由電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）、信號模塊（SM）、通信處理器（CP）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）組成。而在工程實際中對其的應(yīng)用，最重要的是模塊的選擇。根據(jù)本次設(shè)計任務(wù)要求，我們用S7300作制器來控制模擬量下水箱液位，所以主要涉及到模擬量模塊的選型4。模擬量模塊選型時主要考慮的問題是通道數(shù)和模塊分辨率。本次設(shè)計所選用的是S7300的模擬量輸入模塊SM334一組中四

21、個輸入，分辨率8位，屏蔽：最長200m。一組中兩個輸出，與負載電壓隔離。接線：如圖1所示。用于電流測量和電壓輸出的4線制傳感器圖1 SM334線制接線圖2.2 液位傳感器選型 要將水箱液位信號反饋給調(diào)節(jié)器，就需要用到信號測量裝置，也就是傳感器。所以就會涉及到液位傳感器的選型問題。在工程實際中液位傳感器的選型最總要的也是考慮其精度是否滿足控制要求。本次設(shè)計所用的實驗臺水箱高度為400mm。液位設(shè)定在250350mm可調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差2%。本次設(shè)計選用了HDBE投入式壓力傳感器來測量液位。其量程是m水柱，精度為1/1000。完全可以滿足控制要求5。2.3 調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，它接受

22、控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)。調(diào)節(jié)閥選擇得合適與否，將直接關(guān)系都是否很好地起到控制作用。最后根據(jù)控制要求和實驗室自身資源，我們選擇的是由上海萬迅儀表生產(chǎn)的QSTP-16K型新型智能電動調(diào)節(jié)閥6。即可滿足控制要求。型號：QSTP-16K 公稱通徑：DN20mm公稱壓力：1.6MPa 信號：4-20Madc行程：16mm2.4 智能儀表的選型本次儀表選用AI808型號智能儀表，由于本次課程中用到的只是其水泵壓力控制，數(shù)顯功能，在此不做詳細介紹。3 單容水箱供水回路設(shè)計3.1 單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成單回路反饋控制系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的一種控制系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中70%-80%的控制系統(tǒng)都是單回路反饋控制系統(tǒng)。單

23、回路反饋控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象,測量變送裝置，控制器和控制閥。為了使單回路控制系統(tǒng)分析更具一般性，常常用下面的方塊圖來表示單回路反饋控制系統(tǒng)，且用字母表示圖中的變量，如圖2所示：+ 控制器控制閥對象液位傳感器 圖2 單回路反饋控制系統(tǒng)方框圖由單回路控制系統(tǒng)方塊圖可以看出，該系統(tǒng)中存在著一條從系統(tǒng)的輸出端引向輸入端的反饋通道，也就是說該系統(tǒng)中的控制器是根據(jù)被控變量的測量值與給定值的偏差來進行控制的。簡單控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的基本單元、其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整和投運，能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求、因此在工業(yè)生產(chǎn)小應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純滯后和慣性小、負荷

24、和擾動變化比較平緩，或者控制質(zhì)量要求不太高的場合7。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所需自動控制裝置少，投資比較低，操作維護比較方便，而且一般情況下都能滿足控制質(zhì)量的要求。因此，這種控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)其被控變量的類型不同，單回路控制系統(tǒng)可分為溫度控制系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)，流量控制系統(tǒng)，液位控制系統(tǒng)，成分控制系統(tǒng)等。本章主要設(shè)計液位控制系統(tǒng)。3.2 液位單回路控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計此設(shè)計是以西門子S7300PLC作控制器，液位傳感器為檢測裝置，電動調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器，下水箱為控制對象，而構(gòu)成的液位單回路系統(tǒng)。液位單回路管道儀表流程圖如圖3所示：圖3 液位單回路管道儀表流程圖4 編程、監(jiān)

25、控軟件簡介及相關(guān)應(yīng)用 PLC簡介PLC = Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。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。是工業(yè)控制的核心部分。PLC S7-300的CPU模塊（簡稱為CPU）集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個CPU都有一個編程用的RS-485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場PROFIBUS-DP 接口或PtP（點對點）串行通訊接口，S7-300不需要附加

26、任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個MPI(多點接口)網(wǎng)絡(luò)，如果有PROFIBUS-DP接口，可以建立一個DP 網(wǎng)絡(luò)。它由以下的幾部分組成：電源模塊（PS），中央處理單元（CPU），信號模塊（SM），功能模塊（FM），接口模塊（IM）8。PLC組態(tài)如圖4所示：圖4 PLC組態(tài)圖4.2 力控軟件概述 力控6.0監(jiān)控組態(tài)軟件在秉承力控5.0成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，對歷史數(shù)據(jù)庫、人機界面、I/O驅(qū)動調(diào)度等主要核心部分進行了大幅提升與改進，重新設(shè)計了其中的核心構(gòu)件，在數(shù)據(jù)處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產(chǎn)生了巨大飛躍。力控軟件內(nèi)嵌分布式實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備良好的開放性和互連功能9。4.3 控制程序

27、設(shè)計思路及其OB1，OB35,OB100模塊的作用 控制程序設(shè)計思路根據(jù)S7-300PLC模塊化編程的特點，設(shè)計了OB1、OB35、OB100三個組織塊。將FB41 PID調(diào)節(jié)模塊放在OB1模塊中，并進行參數(shù)設(shè)定及調(diào)節(jié)。設(shè)置500ms定時中斷，在定時中斷服務(wù)程序OB35中進行滯后補償算法的計算，而后利用得出的結(jié)果進行系統(tǒng)滯后補償。由于滯后補償是在不斷進行中的，采集的數(shù)據(jù)就要不斷的存儲再采集，設(shè)計了一個隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。隊列的操作也放在OB35中進行，具體的隊列操作封裝在FB1模塊中。利用OB100模塊清除上一次運行時存儲的數(shù)據(jù)。利用力控軟件完成系統(tǒng)實時監(jiān)控10。本次設(shè)計中，啟動按鈕設(shè)置為I0.0，

28、停止按鈕設(shè)置為I0.1，上電后M0.0自鎖，形成一個長動控制。 OB1，OB35,OB100模塊的作用主程序設(shè)計在OB1模塊中進行。在主程序設(shè)計中11，具體設(shè)定如圖5所示： 液位傳感器采集數(shù)據(jù)輸入主程序OB1調(diào)用FC105模塊進行標(biāo)度變換調(diào)用FC106模塊把PID調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量利用補償算法的運算結(jié)果對系統(tǒng)滯后進行補償調(diào)節(jié)結(jié)果進行D/A轉(zhuǎn)換控制閥門開度結(jié)束開始圖5 OB1模塊程序流程圖在OB1模塊的主程序中分別對各個控制部分進行的設(shè)定：（1）用MOVE模塊對液位高度的設(shè)定如圖6所示：圖6 液位高度設(shè)定（2）FC105是處理模擬量（15V、420MA等常見信號）輸入的功能塊，有輸入整定的功能。

29、由于SM334模擬量模塊的取值范圍是027648，利用FC105模塊進行標(biāo)度變換如圖7所示：圖7 FC105標(biāo)度變化模塊在處理結(jié)果輸出時調(diào)用FC106把PID調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為D/A模塊所能接受的數(shù)據(jù)，再進行D/A轉(zhuǎn)換。如圖8所示：圖8 FC106中PID調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)D/A轉(zhuǎn)換OB35模塊：OB35模塊中主要進行的是滯后信號的產(chǎn)生及數(shù)據(jù)存儲隊列的建立和補償算法的計算處理。本次設(shè)計是設(shè)置500ms定時中斷，在定時中斷服務(wù)程序OB35中進行滯后補償算法的計算，而后利用得出的結(jié)果進行系統(tǒng)滯后補償。由于滯后補償是在不斷進行中的，采集的數(shù)據(jù)就要不斷的存儲再采集12。設(shè)計一個隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體程序流程如圖9所示：開

30、始計算系統(tǒng)偏差計算補償器的輸出參數(shù)p(t)、q(t）建立隊列存儲滯后數(shù)據(jù)為主程序中PID設(shè)定作數(shù)據(jù)參考史密斯補償器的建立中斷返回圖9 OB35程序流程圖其中，調(diào)用FB1模塊建立數(shù)據(jù)存儲隊列如下圖10所示：圖10 數(shù)據(jù)存儲隊列圖OB100模塊：在這個程序中，需要用到DB1、DB2、DB3這三個模塊存儲采集數(shù)據(jù)，由于這三個模塊每一次采集的數(shù)據(jù)都會記錄一次，這樣就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的疊加導(dǎo)致輸入?yún)?shù)產(chǎn)生錯誤。當(dāng)CPU 的狀態(tài)由停止態(tài)轉(zhuǎn)入運行態(tài)時，操作系統(tǒng)都調(diào)用OB100，OB100上電自動運行，所以O(shè)B100模塊的作用就是將DB1 、DB2、 DB3中的數(shù)據(jù)清零。這樣下一次使用時，就能繼續(xù)存儲采集參數(shù)，而不

31、會發(fā)生數(shù)據(jù)疊加的錯誤。OB100程序流程如圖11所示： 開始DB1 模塊數(shù)據(jù)清零DB3模塊數(shù)據(jù)清零DB2模塊數(shù)據(jù)清零結(jié)束圖11 OB100 程序流程圖純滯后補償?shù)木幊虒崿F(xiàn)：由Smith計算機實現(xiàn)的原理可知，其編程實現(xiàn)的關(guān)鍵部分是純滯后補償數(shù)據(jù)運算。對于S7300來說，可以有兩種方法進行實現(xiàn)。梯形圖實現(xiàn)在step7編程軟件中，編程語言選擇梯形圖時13，對于純滯后信號的產(chǎn)生，可以有傳送指令MOVE來完成。部分截圖如圖12所示：圖12 MOVE指令實現(xiàn)存儲單元示意圖此種方法簡單易行，比較容易掌握，多用于較簡短的編程，但如果所形成的純滯后信號隊列較長，雖然也能進行程序編寫，但編程的可實現(xiàn)性要限于信號隊

32、列的長短，此種方法顯然不能很好滿足編程的要求。下面引入另外一種編程實現(xiàn)：語句表實現(xiàn)。在step7編程軟件里還提供了另一種編程語言：語句表編程。利用寄存器間接尋址方式，把滯后數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的存儲單元，并能方便訪問這些數(shù)據(jù)，自由的存儲、讀取數(shù)據(jù)。隊列存儲及純滯后信號產(chǎn)生的程序：FUNCTION fc10 : VOIDTITLE =采集前三十秒鐘數(shù)據(jù)/思路：前一個數(shù)據(jù)給下一個數(shù)據(jù)，最后數(shù)據(jù)舍去,采取間接尋址。VERSION : 0.5VAR_INPUT MeasuredValue : REAL ;/測量數(shù)據(jù) AreaBottom: INT ;/數(shù)據(jù)起始地址 AreaLength : INT ;/數(shù)據(jù)

33、長度 DataStore : BLOCK_DB ;/數(shù)據(jù)存貯END_VARVAR_TEMP Number : INT ;/循環(huán)計數(shù)器 BufferAR1 : DWORD ;/用于AR1的當(dāng)前內(nèi)容的緩沖區(qū) MiddleValue : REAL ;/數(shù)值中間變量END_VARBEGINNETWORKTITLE = TAR1 #BufferAR1; /把地址寄存器-緩沖區(qū) OPN #DataStore; /打開數(shù)據(jù)塊 L P#0.0; L #AreaBottom; SLD 3; /轉(zhuǎn)化為指針 +D ; LAR1 ; /把指針裝載到地址寄存器1/*/數(shù)據(jù)循環(huán),從最后的數(shù)據(jù)開始/* L #AreaLen

34、gth; /裝載數(shù)據(jù)長度Next: T #Number; TAR1 ; L P#4.0; -D ; / 地址遞減 LAR1 ; L DBD AR1,P#0.0; /上一個數(shù)據(jù) T DBD AR1,P#4.0; /下一個數(shù)據(jù) L #Number; LOOP Next; /* L #MeasuredValue; /測量數(shù)據(jù)-第一個數(shù)據(jù) T DBD AR1,P#0.0; LAR1 #BufferAR1; /把緩沖區(qū)內(nèi)容-地址寄存器 BEU ; /結(jié)束END_FUNCTION從程序本身可以看出：和梯形圖相比較來說，其本身較為復(fù)雜些，但較為靈活，更能滿足信號隊列較長的要求14。在本次設(shè)計中，所需的隊列較

35、簡短所以利用的是梯形圖進行的隊列的建立。隊列操作封裝在FB1模塊中。4.4 力控監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計由于此課題中涉及到的監(jiān)控只是出于對曲線及響應(yīng)時間上的監(jiān)控，所以操作起來還是比較簡單的。本次畢業(yè)設(shè)計用的是力控6.0監(jiān)控組態(tài)軟件，它具有實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、運行可靠的特點。首先，利用組態(tài)軟件的圖庫，使用相應(yīng)的圖形對象模擬實際的控制系統(tǒng)和控制設(shè)備。創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫時，用數(shù)據(jù)庫中的變量反映控制對象的各種屬性，變量描述控制對象的各種屬性。然后建立變量和圖形畫面中的圖形對象的連接關(guān)系，畫面上的圖形對象通過動畫的形式模擬實際控制系統(tǒng)的運行。具體的組態(tài)軟件中實現(xiàn)的管道儀表流程圖如下方圖13所示：圖13 組態(tài)

36、軟件中實現(xiàn)的管道儀表流程圖IO設(shè)備組態(tài)如圖14所示：圖14 IO設(shè)備組態(tài)圖數(shù)據(jù)庫組態(tài)如圖15所示：圖15 數(shù)據(jù)庫組態(tài)5設(shè)計中的設(shè)備介紹、設(shè)計結(jié)果及問題解決方法5.1 過程控制實驗裝置的介紹實際對象即“孝”字號上加有盤管滯后的系統(tǒng)響應(yīng)關(guān)于“孝”字號設(shè)備的簡要介紹：南陽理工學(xué)院4521變頻技術(shù)實驗室“孝”字號實驗臺由夾套鍋爐、管道、閥門、水箱、I/O模塊、工控機、力控軟件等部件組成。系統(tǒng)中可以測量和控制的量有流量、水壓、溫度、液位等；具有幾個可控的參數(shù)：進出水閥門的開度、變頻器頻率、加熱絲功率，可以通過改變它們的控制信號 （4-20mA）對其進行控制。水泵的出水口到單容水箱的進水口之間有一段很長（

37、18m左右）的盤管，水流流經(jīng)該管道造成大約25秒鐘的時延，用來模擬滯后環(huán)節(jié)15?？刂菩Ч嚎刂莆鏖T子S7300控制閥的開度大小，以此來調(diào)節(jié)水箱進水速度。利用力控監(jiān)控軟件進行實時監(jiān)控，得到系統(tǒng)的曲線響應(yīng)。如圖16所示：圖16 系統(tǒng)實時監(jiān)控響應(yīng)穩(wěn)態(tài)曲線圖響應(yīng)效果分析：由圖之所反映的信息可得，在實際對象的控制中，并未取得一個好的響應(yīng)曲線。單從理論上講，Smith預(yù)估控制能克服大滯后的影響。但是由于Smith預(yù)估器需要知道被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，而實際中很難獲得對象的精確數(shù)學(xué)模型，故在應(yīng)用中總存在模型的不匹配。5.2 設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法 問題1 壓力傳感器輸出濾波現(xiàn)象：運行程序時，檢測現(xiàn)象

38、曲線波動較大。思路： 懷疑接線有短路或接觸不良，自PLC控制面板開始檢查線路并無此現(xiàn)象，轉(zhuǎn)至儀表面板后接線端子，也沒有發(fā)現(xiàn)問題。 程序中上下限設(shè)定有問題，復(fù)查后并不超限。 壓力傳感器出現(xiàn)問題。解決方法：在壓力傳感器中加入電容104(104=10*104=100000PF=0.1UF)，以產(chǎn)生濾波效果，使得傳送曲線趨于平穩(wěn)。 問題2 SM334（PLC中模擬量模塊）去干擾現(xiàn)象：A/D轉(zhuǎn)換輸入出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳動。思路： 控制程序中PID參數(shù)設(shè)定有問題，改變參數(shù)變化PID參數(shù)配套，分別置0，未解決。 在控制程序中加入一個MOVE數(shù)據(jù)存儲器，未解決。 外設(shè)接線，復(fù)查線路，沒有發(fā)現(xiàn)斷路情況，未解決。解決方法：SM334輸入輸出都要接地，去除干擾。 問題3 補償不穩(wěn)定及解決方法現(xiàn)象：響應(yīng)結(jié)果出現(xiàn)震蕩（不在允許范圍內(nèi)）。思路：利用simulink仿真，利用OPC讀寫操作反推PID系統(tǒng)參數(shù)值。解決方法：在系統(tǒng)運行之后，觀測到的響應(yīng)曲線正如前章結(jié)果所示，出現(xiàn)震蕩多次調(diào)試仍未解決。遂采用simulink仿真，利用OPC讀寫操作反推PID系統(tǒng)參數(shù)值。OPC讀寫仿真如圖17所示：圖17 加