李赛赛毕设优秀论文缩写版(殷华文)

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1、S7-300PLC中双极性温控PID算法设计S7-300PLC中双极性温控PID算法设计专业：自动化班级：089611姓名：李赛赛指导老师：殷华文职称：副教授[摘要]本设计在西门子S7-300PLC中自主编写PID程序模块实现对模拟工业对象的电加热锅炉的加热、冷却双极性控制。双极性PID算法设计采用位置型算法思想，使用STEP7梯形图作为编程语言，采用结构化编程。算法中引入控制带，只有偏差在控制带范围内时进行PID运算，从而避免积分饱和现象。同时为了抑制由于可调节变量量化所引起的小幅恒定振荡，对偏差应用了死区处理。在冷却过程中，为了避免控制的延迟及超调，采用提前控制、

2、变控制参数的方法。控制算法中还引入了输出死区、输出限幅、积分清零等多种控制手段。经监控结果显示，本PID程序模块对温度对象的针对性较强，控制结果超调量较小，稳态误差小于0.2℃。本程序模块源程序加有详细的算法思想介绍和注释，可以作为自动化学科教学科研的技术资料，也可用于工程控制。[关键词]位置式；双极性温控PID模块；程序控温1引言PID(ProportionIntegrationDifferentiation)，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，迄今为止，大多数工业控制回路仍然应用着结构简单、鲁棒性强的PID控制或改进型PID控制策略。当被控对象的结构和参数不

3、能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。本设计通过自主PID算法的研究和编写，可以清楚的看出它是怎么样工作的，从而使我们更加容易明白自动控制的原理、思想和控制过程。同时也为同学们学习PID控制提供参考资料。只有清楚的理解了PID算法后，才能加入其它的元素进去，形成新的算法，编辑出更加实用PID算法。使得我们对自动化工程的设计与调试能力有很大的提高，为以后进入自动化行业领域奠定坚实的基础，因此自编PID算法具有算法研究和工程实际的双重意义2系统硬件设计本设次是

4、针对锅炉为控制对象，锅炉内胆水温为被控变量，在不计算控制对象数学模型的基础上，利用自主设计的温度双极性PID控制算法实现锅炉内胆水温的加热、冷却双极性控制。控制系统回路的前向通道中主要包括加热通道和冷却通道，分别根据PLC的CPU运算结果来确定各通道工作状况。控制系统回路的反馈通道中使用Pt100检测现场锅炉内胆水温度，经S7—300PLC的SM331模拟量输入通道检测Pt100阻值变化并经A/D转换成对应数字量（0-27648）送入CPU参与运算，通过输入信号规范化处理（FC105）→双极性PID算法运算→输出操作规范化（FC106）→SM332相应模拟量输出通道D

5、/A转换输出的过程，得到的电流控制信号控制6S7-300PLC中双极性温控PID算法设计可控硅触发器（加热控制）或者变频器（冷却控制）。加热控制时可控硅触发器控制可控硅触发或关断，从而控制电加热丝对锅炉内胆水加热；冷却控制时变频器根据控制信号改变输出电压频率，控制磁力驱动泵的供水能力，向锅炉外胆注入冷却水，冷却水与内胆水进行热交换来实现锅炉内胆水降温。锅炉水温双极性控制系统的控制信息流程图如图1所示。图1锅炉水温双极性控制系统的控制信息流程图3系统软件设计3.1温度控制算法程序设计思路锅炉温度控制系统是过程控制中常见的系统，也是十分重要的控制对象。相对于压力、流量、液

6、位等控制对象来说，温度对象具有大滞后、非线性和时变的特点，而且锅炉水温的升温与冷却又是两个特点不同的控制过程，单纯的PID控制很难达到控制要求，所以，针对温度双极性控制的升温、恒温、降温的不同阶段要做相应的控制设计。本设计使用的双极性PID控制是一种固定PID控制、自适应PID控制和外围程序控制相结合的控制方式，并在控制算法中引入了偏差死区、输出死区、输出限幅、积分分离、积分清零等多种控制手段。对于设定值温度控制和程序曲线温度控制使用不同的程序控制方式，以达到相应的控制效果。3.2双极性PID算法设计本控制系统中选用了西门子S7-300PLC，采用STEP7_V5.5

7、_Chinese作为软件编程环境，将温度双极性PID控制算法采用梯形图（LAD）编程语言实现。在工程管理器窗口中新建一个功能模块FB2，在FB2模块声明表中添加要用到接口变量，接口变量的参数类型类型包括输入参数IN、输出参数OUT、输入/输出参数IN_OUT、静态数据STAT和临时数据TEMP，其中前三种参数FB2功能块被调用时都能被用户看到，静态数据可以储存在背景数据快DB中，临时变量只在FB2功能块程序执行时才生成、调用，FB2功能块执行结束后，临时变量内数据将丢失[详细参数声明见附录表1]。当程序需要的参数定义完毕后即可编写控制程序，图2为功能