基于PROFIBUS-DP现场总线的恒温控制系统

2009-12-24 13:35:27来源: 中国工控网

1 引 言  

  在香烟过滤嘴生产线上,包含纸加热、预加热、缝喷嘴、胶水容器温度等6路温度信号。它们对温度的要求很高,要求温度保持在140℃左右的恒温状态。实践表明,常规的PID控制器因为超调量过大、易受环境的影响,不能满足实际要求。经过不断研究,人们提出了自校正PID控制器和基于模糊推理的自校正PID控制器设计方法。前一种方法需要在线辨识过程模型,计算量大;后一种方法的参数可校正范围过小。在该文中提出了一种新型PID控制算法。该算法计算量小,易于软件实现,在实践中取得了良好的控制效果。

2 系统介绍  

  系统由1台上位机和3台下位机组成。上位机使用KINGVIEW软件进行编程,实现了实时数据更新、历史曲线和实时曲线显示、报警、数据存储、查询和备份等功能。下位机使用了SIEMENS公司的S7-300 PLC。S7-300采用了模块化设计,在一块机架上可安装各种模块。每块机架板上最多可安装8个模块。若多于8个模块,就必须扩展另一块机架板。两块机架板之间的通讯通过安装通讯模块来实现。3台下位机分别控制装盘机HCF、过滤嘴成型机KDF2和开松上胶机AF2。总的控制点数为200多点。

  Step7的PLC网络有以下几种:接口网络(MPI)、工业以太网、PROFIBUS现场总线网、TCP/IP协议网络等。该系统采用了PROFIBUS-DP现场总线网。现场的PLC把分散的数据采集上来,并通过PROFIBUS现场总线送到上位机。

3 新型PID控制算法的原理




  图3—1中:yr是给定值,u是控制量,e是偏差,y是输出值。

      图3—2中:a、b为所允许的最大误差范围。根据采样时刻的公式:


 
      在每个采样时刻,采集到信号yk后,求出ek及ek。若控制信号是模拟量,根据系统控制原理和模糊控制方法,通过适当加大控制力度或减小控制力度(或提前增加阻尼),使系统输出量趋于给定值。在这里,控制对象是6路电烙铁,它只有上电和断电两种情况,故控制量是数字信号。当反馈值远大于给定值时,就停止加热。这时,输出值开始下降。当降到一定值时,为防止输出进一步下降,向相反方向偏离给定值,就及时开始加热。当反馈值远小于给定值时,就开始加热。这时,输出值开始上升。当上升到一定值时,为防止输出进一步上升,向相反方向偏离给定值,就及时停止加热。通过这种方法,可以使输出值在最短时间内达到给定值。具体处理方法如下(见图3—2):

  (1)在t1和t4阶段:若ek<-a,则停止加热;若ek≥-a,即误差在允许范围内,此时,又分两种情况讨论:
 
  a)当在t1阶段时,则开始加热。在这里提前加热,是为了防止输出量继续下降,反方向偏离给定,从而使输出维持在误差允许范围内;

b)当在t4阶段时,则维持原状态。

  (2)在t2和t3阶段:若ek≥b,则开始加热;若ek<b,即误差在允许范围内,此时,又分两种情况讨论:

  a)当在t3阶段时,则停止加热。在这里提前停止加热,是为了防止输出量继续上升,反方向偏离给定,从而使输出维持在误差允许范围内;

b)当在t2阶段时,则维持原状态。

4 新型PID控制算法在S7-300 PLC中的软件实现  

  在S7-300 PLC中,使用了梯形图编程方法。在库中有3个与PID调节器相关的功能块FB41、FB42和FB43。FB41用于模拟PID调节器,FB42用于数字PID调节器,FB43是脉冲发生器,用于输出量为脉冲的PID调节器。在这里,因为输入量是温度信号,是模拟量,而输出又是开关量,所以调用了功能块FB41和FB43。新型PID算法的流程图如图4—1所示。




5 结束语  
  (1)该文使用的新型PID控制算法简单有效,易于软件实现,在工程应用中取得了显著效果。
  (2)使用了PROFIBUS-DP现场总线技术,使得布线简单,数据传输速率高。
 
  (3)使用了S7-300 PLC,使得系统工作稳定,抗干扰能力强,而且维修方便。

关键字:PID算法  PROFIBUS-DP总线  PLC

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2009/1224/article_2501.html
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