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基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的恒溫控制系統(tǒng)

發(fā)布時(shí)間:2010-12-7 21:46    發(fā)布者:designer
1 引 言

在香煙過(guò)濾嘴生產(chǎn)線上,包含紙加熱、預(yù)加熱、縫噴嘴、膠水容器溫度等6路溫度信號(hào)。它們對(duì)溫度的要求很高,要求溫度保持在140℃左右的恒溫狀態(tài)。實(shí)踐表明,常規(guī)的PID控制器因?yàn)槌{(diào)量過(guò)大、易受環(huán)境的影響,不能滿足實(shí)際要求。經(jīng)過(guò)不斷研究,人們提出了自校正PID控制器和基于模糊推理的自校正PID控制器設(shè)計(jì)方法。前一種方法需要在線辨識(shí)過(guò)程模型,計(jì)算量大;后一種方法的參數(shù)可校正范圍過(guò)小。在該文中提出了一種新型PID控制算法。該算法計(jì)算量小,易于軟件實(shí)現(xiàn),在實(shí)踐中取得了良好的控制效果。

2 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)由1臺(tái)上位機(jī)和3臺(tái)下位機(jī)組成。上位機(jī)使用KINGVIEW軟件進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新、歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和備份等功能。下位機(jī)使用了SIEMENS公司的S7-300 PLC。S7-300采用了模塊化設(shè)計(jì),在一塊機(jī)架上可安裝各種模塊。每塊機(jī)架板上最多可安裝8個(gè)模塊。若多于8個(gè)模塊,就必須擴(kuò)展另一塊機(jī)架板。兩塊機(jī)架板之間的通訊通過(guò)安裝通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。3臺(tái)下位機(jī)分別控制裝盤機(jī)HCF、過(guò)濾嘴成型機(jī)KDF2和開松上膠機(jī)AF2。總的控制點(diǎn)數(shù)為200多點(diǎn)。

Step7的PLC網(wǎng)絡(luò)有以下幾種:接口網(wǎng)絡(luò)(MPI)、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)等。該系統(tǒng)采用了PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)的PLC把分散的數(shù)據(jù)采集上來(lái),并通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線送到上位機(jī)。

3 新型PID控制算法的原理









圖3—1中:yr是給定值,u是控制量,e是偏差,y是輸出值。

圖3—2中:a、b為所允許的最大誤差范圍。根據(jù)采樣時(shí)刻的公式:









在每個(gè)采樣時(shí)刻,采集到信號(hào)yk后,求出ek及ek。若控制信號(hào)是模擬量,根據(jù)系統(tǒng)控制原理和模糊控制方法,通過(guò)適當(dāng)加大控制力度或減小控制力度(或提前增加阻尼),使系統(tǒng)輸出量趨于給定值。在這里,控制對(duì)象是6路電烙鐵,它只有上電和斷電兩種情況,故控制量是數(shù)字信號(hào)。當(dāng)反饋值遠(yuǎn)大于給定值時(shí),就停止加熱。這時(shí),輸出值開始下降。當(dāng)降到一定值時(shí),為防止輸出進(jìn)一步下降,向相反方向偏離給定值,就及時(shí)開始加熱。當(dāng)反饋值遠(yuǎn)小于給定值時(shí),就開始加熱。這時(shí),輸出值開始上升。當(dāng)上升到一定值時(shí),為防止輸出進(jìn)一步上升,向相反方向偏離給定值,就及時(shí)停止加熱。通過(guò)這種方法,可以使輸出值在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定值。具體處理方法如下(見圖3—2):

(1)在t1和t4階段:若ek<-a,則停止加熱;若ek≥-a,即誤差在允許范圍內(nèi),此時(shí),又分兩種情況討論:

a)當(dāng)在t1階段時(shí),則開始加熱。在這里提前加熱,是為了防止輸出量繼續(xù)下降,反方向偏離給定,從而使輸出維持在誤差允許范圍內(nèi);

b)當(dāng)在t4階段時(shí),則維持原狀態(tài)。

(2)在t2和t3階段:若ek≥b,則開始加熱;若ek<b,即誤差在允許范圍內(nèi),此時(shí),又分兩種情況討論:

a)當(dāng)在t3階段時(shí),則停止加熱。在這里提前停止加熱,是為了防止輸出量繼續(xù)上升,反方向偏離給定,從而使輸出維持在誤差允許范圍內(nèi);

b)當(dāng)在t2階段時(shí),則維持原狀態(tài)。

4 新型PID控制算法在S7-300 PLC中的軟件實(shí)現(xiàn)

在S7-300 PLC中,使用了梯形圖編程方法。在庫(kù)中有3個(gè)與PID調(diào)節(jié)器相關(guān)的功能塊FB41、FB42和FB43。FB41用于模擬PID調(diào)節(jié)器,F(xiàn)B42用于數(shù)字PID調(diào)節(jié)器,F(xiàn)B43是脈沖發(fā)生器,用于輸出量為脈沖的PID調(diào)節(jié)器。在這里,因?yàn)檩斎肓渴菧囟刃盘?hào),是模擬量,而輸出又是開關(guān)量,所以調(diào)用了功能塊FB41和FB43。新型PID算法的流程圖如圖4—1所示。








5 結(jié)束語(yǔ)

(1)該文使用的新型PID控制算法簡(jiǎn)單有效,易于軟件實(shí)現(xiàn),在工程應(yīng)用中取得了顯著效果。

(2)使用了PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),使得布線簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)傳輸速率高。

(3)使用了S7-300 PLC,使得系統(tǒng)工作穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),而且維修方便。
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