PDF《基于 S 7- 300PLC 的水温 S m ith 预估控制的实现》

200 例》 控制系统影响到系统的稳定性. 拉氏变换的位移定理说明, 仅将控 制作用在时间坐标上推移了一个时间 , 控制系统的过渡过程 及其它性能指标都与对象特性为 时完全相同.

4 下位机程序结构 下位机程序在实现时, 必须以固定的时间间隔调用控制器 块FB TCONT_CP. 为此, 应在启动时执行的组织块 OB100 和在 定时循环中断块( 例如 OB35) 中调用控制器块 FB TCONT_CP. 其中 OB100 是暖启动块, 在CPU 启动时自动调用;

OB35 是循 环中断组织块, 每隔 100ms 自动调用一次.调用系统功能块时 应指定相应的背景数据块.系统功能块的参数就保存在背景数 据块中, 可以通过数据块的编号、 偏移地址或符号地址来访问 背景数据块. 调用 OB100 的目的是为了完成 PID 控制器的初始化. 将参 数COM_RST 置位, 当然也可在别的地方初始化它, 关键的是要 控制 COM_RST.PID 控制器的调用可以在 OB35 中完成, 一般 设置时间为 100ms. OB100 中的程序: CALL PID \\PID 为自己编写的功能块, 在其内部调用 FB TCONT_CP 以及 PROC_C \\ COM_RST: =TRUE CYCLE: =T#100MS BE OB35 中的程序: CALL PID COM_RST: =FALSE CYCLE: =T#100MS BE 其中: COM_RST 为一个 BOOL 变量, 当该位为 TRUE 时, PID 控制器执行重启动功能, 复位 PID 内部参数到默认值.通 常在系统重启动时执行一个扫描周期, 或在 PID 进入饱和状态 需要退出时用这个位;

CYCLE 为控制器的采样时间.

5 控制器跨接反馈通道―Smith 预估 器的模拟 控制器跨接反馈通道的传递函数为 , 将其拆分为 两个部分分别模拟实现.一部分为 , 另一部分为 . 应用S7 -

300 中提供的模拟过程块 PROC_C 来实现, PROC_C 功能块模拟了一个具有模拟量输入的三阶滞后过程. PROC_C 模拟过程块的传递函数为 ( 4) 上式中: ―过程增益 ―时间延迟

1 ―时间延迟

2 ―时间延迟

3 5.1 的模拟 CALL PROC_C , DB1 GAIN: = TM_LAG1: = TM_LAG2: =T#0MS TM_LAG3: =T#0MS COM_RST: =DB5.DBX20.3 \\ DB5.DBX20.3 恒为 false\\ CYCLE: =DB5.DBD24 5.2 的模拟 CALL PROC_C , DB2 GAIN: = TM_LAG1: = TM_LAG2: = TM_LAG3: = COM_RST: =DB5.DBX20.3 CYCLE: =DB5.DBD24

6 Wincc 监控结果 在加热炉的水温控制中, 由于被控温度点不是加热炉中的 测温点, 而是从加热炉中流出的热水经过的管道, 时滞很大, 当 采用传统的 PID 控制算法时, 不能得到理想的控制特性, 故应 用Smith 预估控制器模型.取被控对象的参数=0.05, = 30, =200, 监测结果如图 4. 图4WINCC 监测结果 其中设定温度值为 45° , 最高温度 50° . 从实验结果看, 虽然 也存在超调, 但在超调量以及过渡过程时间方面相对与传统的 PID 算法有了很大的改进, 能够满足控制需求.

7 结束语 由于 Smith 预估控制器中增加了时滞补偿器, 从形式上看 也是对被控变量的预估器, 它的作用与微分作用相似, 但差别 在于一般 PID 中的微分是一阶的, 而超前预估值是多阶微分, 其微分作用比一般 PID 中的微分作用更强.由于时滞补偿器改 善了控制对象特性, 因此通过应用 Smith 预估控制器使得控制 的过渡过程变得又快又稳定. 本文作者创新点在于通过软件完成了对超越函数的模拟, 并在下位机西门子S7- 300PLC 上进行了SMITH 算法编程实现. 上位机的监控软件采用 WINCC5.0. 通过对从实验中取得的 数据进行分析后可以看出, 本系统很好地解决了大时滞问题. 参考文献 [1]廖常初编著. 大中型 PLC 应用教程. 机械工业出版社, 2006. [2]莫彬编著. 过程控制工程. 化学工业出版社, 2001. [3]刘锴 周海编著. 深入浅出西门子 S7-