《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的恒溫控制系統(tǒng)
中國工控網(wǎng)
王晶晶 李傳信
摘要:   在香煙過濾嘴生產(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。它們對溫度的要求很高,要求溫度保持在140℃左右的恒溫狀態(tài)。實踐表明,常規(guī)的PID控制器因為超調(diào)量過大、易受環(huán)境的影響,不能滿足實際要求。經(jīng)過不斷研究,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)計方法。前一種方法需要在線辨識過程模型,計算量大;后一種方法的參數(shù)可校正范圍過小。在該文中提出了一種新型PID控制算法。該算法計算量小,易于軟件實現(xiàn),在實踐中取得了良好的控制效果。
關(guān)鍵詞: PID算法 PROFIBUS-DP總線 PLC
Abstract:
Key words :

1 引 言  

  在香煙過濾嘴生產(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。它們對溫度的要求很高,要求溫度保持在140℃左右的恒溫狀態(tài)。實踐表明,常規(guī)的PID控制器因為超調(diào)量過大、易受環(huán)境的影響,不能滿足實際要求。經(jīng)過不斷研究,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)計方法。前一種方法需要在線辨識過程模型,計算量大;后一種方法的參數(shù)可校正范圍過小。在該文中提出了一種新型PID控制算法。該算法計算量小,易于軟件實現(xiàn),在實踐中取得了良好的控制效果。

2 系統(tǒng)介紹  

  系統(tǒng)由1臺上位機和3臺下位機組成。上位機使用KINGVIEW軟件進行編程,實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)更新、歷史曲線和實時曲線顯示、報警、數(shù)據(jù)存儲、查詢和備份等功能。下位機使用了SIEMENS公司的S7-300 PLC。S7-300采用了模塊化設(shè)計,在一塊機架上可安裝各種模塊。每塊機架板上最多可安裝8個模塊。若多于8個模塊,就必須擴展另一塊機架板。兩塊機架板之間的通訊通過安裝通訊模塊來實現(xiàn)。3臺下位機分別控制裝盤機HCF、過濾嘴成型機KDF2和開松上膠機AF2??偟目刂泣c數(shù)為200多點。

  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)場總線網(wǎng)。現(xiàn)場的PLC把分散的數(shù)據(jù)采集上來,并通過PROFIBUS現(xiàn)場總線送到上位機。

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)采樣時刻的公式:

 
      在每個采樣時刻,采集到信號yk后,求出ek及ek。若控制信號是模擬量,根據(jù)系統(tǒng)控制原理和模糊控制方法,通過適當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。當反饋值遠大于給定值時,就停止加熱。這時,輸出值開始下降。當降到一定值時,為防止輸出進一步下降,向相反方向偏離給定值,就及時開始加熱。當反饋值遠小于給定值時,就開始加熱。這時,輸出值開始上升。當上升到一定值時,為防止輸出進一步上升,向相反方向偏離給定值,就及時停止加熱。通過這種方法,可以使輸出值在最短時間內(nèi)達到給定值。具體處理方法如下(見圖3—2):

 ?。?)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,又分兩種情況討論:
 
  a)當在t1階段時,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)當在t4階段時,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,又分兩種情況討論:

  a)當在t3階段時,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)當在t2階段時,則維持原狀態(tài)。

4 新型PID控制算法在S7-300 PLC中的軟件實現(xiàn)  

  在S7-300 PLC中,使用了梯形圖編程方法。在庫中有3個與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,因為輸入量是溫度信號,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  
 ?。?)該文使用的新型PID控制算法簡單有效,易于軟件實現(xiàn),在工程應(yīng)用中取得了顯著效果。
 ?。?)使用了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù),使得布線簡單,數(shù)據(jù)傳輸速率高。
    ?。?)使用了S7-300 PLC,使得系統(tǒng)工作穩(wěn)定,抗干擾能力強,而且維修方便。
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