1、第五章 換熱器溫度和冷水流量串級控制系統設計5.1 工藝簡介：由圖5-1可知，熱水通過換熱器中排管的外面，把熱量傳給排管內通過的冷水。 熱水的出口溫度可以通過改變支路 2 上的控制閥的開度來實現控制要求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。熱水從鍋爐經泵 1 到換熱器，再回到鍋爐形成熱水循環。冷水從大水槽經泵 2 到換熱器，再回到大水槽形成冷水循環。支路 1 和支路 2 中均有溫度和流量變送器，可完成對熱水溫度和流量的測量變送13。圖5-1 換熱器溫度和流量串級控制5.2 系統創建工程 創建一個新的工程，在這之前要進行編程前的準備工作，

2、包括通信設置和組態。5.2.1 新建工程單擊File>New,新建一個工程項目，命名為wangli,類型默認Project。單擊Browse選擇工程保存地址。單擊OK，系統創建了一個名為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通信接口窗口設置或添加PC Adapter(MPI):PROPERTY 按鈕Local Conne

3、ction 屬性頁COM2,19200,其他參數不需要設置。5.2.3 硬件組態和下裝打開工程中的Hardwork，從而進入HW CONFIG窗口。在HW CONFIG中插入機架，根據實驗所用的設備型號組態硬件。如下表：表5-1 硬件組態數據模塊型號電源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 編寫程序5.3.1 復制OB塊和已有函數首先打開libaries中的st

4、andard library,選擇Orgnization Blocks.把OB1復制粘貼到當前工程中。表5-2 OB1塊的功能中斷類型組織塊默認優先級備注主程序掃描OB11周期運行：開始循環監控時間輸出到模塊從模塊輸入執行程序執行掛起的其他任務回到開始，重新循環監控時間5.3.2 符號和變量編輯從資源管理器中選擇S7 Program(1)中打開Symbols編輯，編輯全部輸入輸出相關變量的全局變量，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進制數。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用全局變量的Symbol，來訪問該硬件地址。例如在程序中調用AIO，它會自動指向PIW 256，也就是SM 334模擬量輸入通道0的模擬量值。又比如在程序中寫入一個1，它會自動指向Q124.0，也就是CPU的DI/DO模塊的數字量輸出通道0，該通道便會輸出開關量1，也就是繼電器開關閉合。如果該通道通過繼電器切換控制著一個電磁閥，該電磁閥便會啟動。5.3.3 創建PID控制塊單擊Blocks，進入里面的組織塊OB1，進入編輯環境。要進行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，將其拖到代碼區梯形圖上即可添加PID模塊。需要創建PID的背景數據塊，PID數據所涉及的所有參數都存放在這個背景數據塊中，可以通過在組態軟件中控制這些參數。圖5-4 模塊圖圖5-5 PID的背景數據塊內容PLC的輸入輸出，手自動切換，參數，控制功能都能通過DB1中的數據進行控制。實際工程應用中，還需要增加手動自動切換控制。在手動時，SP跟隨MV，MV等于MAN（手操作值），自動時MAN（手操作值）跟隨。圖5-6 DB2背景數據內容 創建數值轉換功能4-20m

7、A信號，被SM334模擬量輸入輸出模塊采集后，數據范圍是5530-27648。因此需要編寫一個專門用來進行數值轉換的功能(FC,類似于函數，可以被其他程序調用)，把5530-27648的數據轉換成PID控制所需要0-100的數據，并通過組態軟件監控0-100的數據，符合人們的日常習慣。FC201即為數值轉換功能，它有五個輸入：IN，IN_MIN，IN_MAX，OUT_MIN，OUT_MAX和一個輸出：OUTu IN:需要進行轉換的原始輸入變量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：轉換成的目標變量的下限值u OUT_MAX：轉換成的目標變量的上限

8、值u OUT：輸出目標變量圖5-7 FC201程序內容Network1：MOVE：將輸入變量（左側）的數值賦給輸出變量（右側）DI_R：雙精度整數轉換為實數SUB_R：實數減法運算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程序內容這樣就添加好了FC2

9、01和FC202兩個功能以供使用。其中的FB41是之前生成的PID系統控制塊，DB1是FB41的背景數據塊，OB1是主程序組織塊。 單PID控制編程在進行OB1的正式編程錢，需要建立一個用戶數據存儲塊，定義一些在編程中用到的變量。在工作區單擊右鍵，insert new object>data block，創建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。這兩個符號如果沒有外部更改，就總是固定一個TURE和一個FALSE，以便在程序中使用。程序中不能對函數的參數直接賦予值的。返回工作區，打開OB1，開始編輯主程序。u 將兩路模擬量輸入轉

10、換為0100的實數，再賦值給MYDATA.AI0（即為DB3數據塊中的用戶自定義變量，也可以表示為DB3.DBD0）和MYDATA.AI1。u PID運算程序FB41 CONT_C，同時產生DB1。u 將PID運算程序FB41輸出的控制量DB1.DBD72轉換為553027648的word字，輸出給AI0。AI1直接由組態軟件給DB3，從這里輸出。圖5-10 OB1 程序內容圖OB35模塊圖圖 OB35模塊圖圖 FB41模塊 FB41和PID控制FB是需要背景數據塊DB的函數塊，數據在執行完函數后還需要保存的。在各種邏輯塊中可以調用FB。FB可以用戶自己編寫，也可以調用西門子公司提供的各種庫中

11、的FB。在standard library中的FB41，就是一個提供連續PID控制的函數，每個調用都指定其背景數據塊，以便有不同的數據。PID控制軟件包里的功能塊包括連續控制功能塊CONT_C，步進控制功能塊CONT_S以及具有脈沖調制功能的PULSEGEN。FB41就是CONT_C，提供連續模擬控制。 控制模塊利用其所提供的全部功能可以實現一個純軟件控制器。循環掃描計算過程所需的全部數據存儲在分配給FB的數據區里，這使得無限次調用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控制功能塊CONT_C，步進控制功能塊CONT_S以及具有脈沖調制功能的PULSEGEN。

12、控制模塊利用其所提供的全部功能可以實現一個純軟件控制器。循環掃描計算過程所需的全部數據存儲在分配給FB的數據區里，這使得無限次調用FB變成可能。功能塊PULSEGEN一般用來連接CONT_C，以使其可以產生提供給比例執行器的脈沖信號輸出。 基本功能：在功能塊組成的控制器中，有一系列你可以通過設置使其有效或無效的子功能。除了實際采用PID算法的控制器外，還包括給定點值處理、過程變量處理以及調整操作值范圍等功能。2）用功能塊FB41“CONT_C”實現連續控制 ：在SIMATIC S7 可編程控制器上，功能塊FB41用來控制具有連續輸入輸出的技術過程。在參數設置過程中，可以通過參數設置來激活或取消

13、激活PID控制的某些子功能來設計適應過程需要的控制器 可以將其作為一個給定點PID控制器，或者在多環路控制中作為串級、混合或比率控制器。控制器的算法是基于具有模擬輸入信號的采樣PID控制。如果擴展需要的話可以引入一個脈沖發生器，來產生具有脈寬調制的操作值輸出，以提供給帶有比例執行器的兩級或三級步進控制器。 除了給定點和過程變量分支的功能外，FB自己就可以實現一個完整的具有連續操作值輸出并且具有手動改變操作值功能的PID控制器，下面會找到各子功能的詳細描述。u 給定點分支：給定點的值以浮點形式在SP_INT處輸入。 u 過程變量分支：過程變量可以從外設直接輸入到PV_PER或以浮點PV-IN形式

14、輸入，功能CRP_IN將從外設來的值PV-PER轉化成范圍在-100%100%之間的浮點形式，根據下面的法則進行轉換： CRP_IN = PV_PER*100/27648 功能PV_NORM根據下面的法則標準化輸出CRP_IN PV_NORM的輸出 = ( CRP_IN的輸出) * PV_FAC + PV_OFF PV_FAC和PV_OFF的默認值分別為1和0 3) 誤差信號 誤差是給定點和過程變量之間的差值。為了抑制由于控制量量化而引起的小擾動（例如，控制量由于其執行電子管的有限分辨率），可將死區功能DEADBAND運用在誤差信號上。如果DEADB_W = 0，則死區就不起作用。 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并且可以分別激活或取消激活。這樣就可以分別構造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)手動值 可以在手動和自動模式之間切換，在手動模式下，操作值可以由一個手動選擇值來設定，積分器在內部設定為 LMN（操作值） - LMN_P（比例操作值） - DISV（擾動）， 微分器設定為0并且在內部進行同步，這意味著當轉換到自動模式后，不會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，輸入值引起的輸出超過界限時會在信號位上表現出來，功能LMN_NORM根據下面的公式

16、標準化LMNLIMIT的輸出 LMN=LMNLIMIT的輸出×LMN_FAC+LMN_OFF LMN_FAC和LMN_OFF的默認值分別為1和0 操作值也可以直接輸出到外設，功能CRP_OUT將浮點形式的值LMN根據下面的公式轉化成能輸出到外設式的值： LMN_PER = LMN × 100/276485.4編譯下裝項目首先使用PLC和MRES撥動開關進行復位。然后在manager窗口選擇block,有機選擇快捷菜單PLC>download。完成整個程序塊的（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調試工程調試很重要，首先在完成硬件組態時，進行硬件通道的及監控和修改。對硬件進行測試，數字量直接測試，模擬量把輸出接到輸入上，從而檢測銅須是否正常，硬件是否正常。接下來就是對程序邏輯進行測試。通過