基于语句表编程的温度控制程序设计.docx
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基于语句表编程的温度控制程序设计.docx
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基于语句表编程的温度控制程序设计
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南阳理工学院
本科生毕业设计(论文)
学院:
电子与电气工程学院
专业:
电气工程及其自动化
学生:
指导教师:
完成日期2013年5月
南阳理工学院本科生毕业设计(论文)
基于语句表编程的温度控制程序设计
DesignofTemperatureControlProgramBasedonInstruction
ListProgramming
总计:
31页
表格:
4个
插图:
27幅
南阳理工学院本科毕业设计(论文)
基于语句表编程的温度控制程序设计
DesignofTemperatureControlProgramBasedonInstruction
ListProgramming
学院:
电子与电气工程学院
专业:
电气工程及其自动化
学生姓名:
学号:
指导教师(职称):
评阅教师:
完成日期:
南阳理工学院
NanyangInstituteofTechnology
基于语句表编程的温度控制程序设计
电气工程及其自动化专业谢志强
[摘要]本课题在S7-300PLC中用语句表编程调用FB41PID模块和FB43PWM模块对模拟工业对象电加热锅炉的水温进行控制。
设计过程分别进行了定值控温设计和对升温曲线跟踪的程序控温设计。
分别使用P、PI、PD、PID等规律进行控制测试,在对监控曲线对比分析的基础上,得到加入控制带和输出死区辅助算法的定值控温PID调节规律,以及加入变参数的拐点控制的程序控温PID调节规律。
这两种规律有效地克服了传统PID控制器在温控过程中因温控惯性和积分饱和而出现的滞后与超调现象并使系统调节时间变短。
采用语句表编程,大大提高了编程效率,和梯形图编程相比,源程序短,程序执行效率高。
[关键词]语句表;温度控制;控制带;输出死区;钝角拐点
DesignofTemperatureControlProgramBasedonInstruction
ListProgramming
ElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyXIEZhi-qiang
Abstract:
ThedesignusetheinstructionlistprogrammingofSiemensS7-300PLC,callingFB41PIDmodulesandFB43PWMmodulestocontrolthesimulatedindustrialobjectaboutelectricheatingboilerwatertemperature.Thedesignprocessincludesthedesignofconstantvaluetemperaturecontrolandtheheatingcurvetrackingprogramtemperaturecontrol.WiththecontrolstudyusingthelawofPPIPDandPID,andbasedonthecomparativeanalysisofmonitoringcurves,wecangettherulesofconstantvaluecontrolPIDregulationwhichaddedthecontrol-zoneandoutputdead-zoneauxiliaryalgorithm,andprogramtemperaturecontrolPIDregulationwhichaddedtheobtuseangleinflectionpointcontrolofvariableparameters.WhenthetraditionalPIDcontrollerintheprocessoftemperaturecontrol,bothoftheselawseffectivelyovercomethelagandovershootingphenomenonarisingfromthetemperatureinertandintegralsaturation.Andinheattemperatureovershoot,itachievedtheobtuseanglecontroleffectofinflectionpointwhichisnon-overshottingandnolesstemperatureandmakethesystemadjustingtimeshorter.Wecangreatlyimprovetheefficiencyusingthestatementslistprogramming.Comparedwiththetheladderdiagramprogramming,theInstructionlistprogramisshort,theprogramexecutionisefficient.
Keywords:
Instructionlist;temperaturecontrol;control-zone;outputdead-zone;obtuseangleinflectionpoint
目 录
1引言
1.1课题的意义
温度是工业对象中主要的被控对象之一。
任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。
在科学研究和生产实践的诸多领域中,温度控制占有着极为重要的地位,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中,具有举足轻重的作用。
对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制,所采用的加热方式,燃料,控制方案也有所不同。
例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
如果温度控制系统有控制精度低、超调量大等缺点,就很难生产出高质量的产品,但是对于积分温度对象,由于它的积分特点,使得它的控制易出现欠条或超调,且超调后难以消除稳态误差[1]。
国内还没有一套较好的针对积分温度对象的控制规律和参数整定技术。
一般的参数整定技术如临界比例度和继电反馈法适合于惯性对象,而不适合积分对象。
语句表(InstructionList,IL)是用助记符来表达PLC的各种操作功能的,类似于计算机的汇编语言的文本语言,指令通过语句表程序使用PLC内存的累加器来执行,多条指令组成一个程序段,一个复杂的控制功能是用较长的语句表来描述,这种语言比较抽象,不如梯形图和功能块图那样形象、直观,但可以编写梯形图和功能块图无法实现的程序,语句表比较适合经验丰富的程序员使用,其中ACC累加器和标志位操作的存在提高了工作效率但却使编程变得较困难[2]。
所以语句表编程是一个自动化工程师应该掌握的一门设计技术。
1.2本课题包含的主要工作
本课题以过程控制实验室自制过程控制实验装置为平台,设计了锅炉温度加热控制系统。
本课题介绍了控制系统的主要硬件以及控制电路的设计,介绍了FB41“CONT_C”连续控制模块、FB43“PULSEGEN”脉冲输出模块的工作原理,以及实现基于语句表编程的温控程序的编写。
并对温度对象进行数学模型的测试,并对传统P、PI、PD、PID的控制规律和本设改进后的PID控制规律进行控制。
结果表明改进后的PID的控制有效的克服了传统PID控制器在温控过程中因温控惯性和积分饱和而出现的滞后与超调现象。
程序控温过程的中穿越幅度小,在温变拐点处实现了既无超调又无欠温的钝角拐点的控制效果。
本课题共分五章,内容组织如下:
第1章主要介绍了课题研究的背景和意义。
第2章介绍了控制系统的主要硬件,控制系统的结构和配置,以及传感变送和加热回路的设计。
第3章介绍了项目软件SIMATICSTEP7和SIMATICWinCC及其组态。
第4章介绍了FB41“CONT_C”连续控制器和FB43“PULSEGEN”脉冲发生器的工作原理、介绍了主程序、中断服务和初始化程序的编写,其中主程序编写又包含程序控温算法的设计。
第5章介绍了温度对象数学模型以及对控制规律进行测试和总结。
2锅炉温控系统硬件设计
2.1硬件介绍
2.1.1传感器
控制系统的传感器是J型热电偶,型号为WRF-120/Ⅱ250,它是铁-铜镍热电偶,它的正极(JP)的化学成分为纯铁,负极(JN)的化学成分为铜镍合金。
它具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,J型热电偶的参数如表1所示。
表1J型热电偶的参数表
温度范围
安装方式
接线盒
精度等级
插入深度
保护套直径
防护套材料
0-750℃
无固定方式
防溅式
Ⅱ
250mm
16mm
不锈钢
2.1.2变送器
AI-818是常用又很普遍的智能仪表,可以处理温度、压力、流量、液位、湿度。
本课题中被用作变送器,它把接收热电偶0-20mV的电势信号转变为标准电流信号送给SM33模拟量输入模块。
在仪表参数设置方面,控制方式CtrL=0,采用位式调节(ON/OFF),表示适用于要求不高的场合进行控制时采用。
输出周期Ctl=3,采用SSR、可控硅、电流输出时的建议设置。
输入规格Sn=5,表示仪表接收的是J型热电偶0-20mV电压信号。
小数点位置dIP=1,线性输入时,定义的小数点位置,表示温度显示分钱率为0.1℃。
输入下线显示值dIL=0.0,对外给定、变送输出均有效,用于定义线性输入信号下限刻度。
输入上线显示值dIH=100.0,用于定义线性输入信号上限刻度,与dIL配合使用。
输出方式OPt=4,表示4-20mA线性限流输出,主输出模块上安装线性电流输出模块[3]。
2.1.3S7-300PLC
SIMATICS7-300是模块化小型PLC系统,大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务,各种单独的模块之间也可进行广泛组合以用于扩展。
由于S7-300简单实用的分散式结构和多界面网络能力,使得应用十分灵活[4]。
(1)中央处理单元(CPU)
CPU模块为CPU314,订货号为6ES7314-1AE04-0AB0。
技术数据如表2所示:
表2CUP314的技术数据表
额定电压
输入电流
功率损失
工作存储器
装载存储器
缓冲
带电池
DC24V
1000ma
8W
24KB
40KB(集成)
存在
是
(2)信号模块(SM)
信号模块是数字量输入、输出模块和模拟量输入、输出模块的总称,它们使不同的过程信号电压或电流与PL内部的信号电平匹配。
信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322,模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。
其中模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC4-20mA和DC0-10V等多种不同类型和不同量程的模拟信号。
本次设计的控制系统选用的有以下两种SM模块:
数字量输出模块SM322,16点输出,点订货号:
6ES7322-1BH01-0AA0。
模拟量输入模块SM331,订货号为:
6ES7331-7KF02-0AB0,是具有8个模拟量输入通道,12位A/D转换精度。
2.2控制电路设计
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- 基于 语句 编程 温度 控制程序 设计