S7-300 PLC中FB41数据处理程序设计毕业设计

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程学院专业：自动化学生：指导教师：完成日期2012年5月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）S7-300PLC中FB41数据处理程序设计FB41DataProcessingProgramminginS7-300PLC总计：52页表格：5个插图：37个南阳理工学院本科毕业设计（论文）S7-300PLC中FB41数据处理程序设计FB41DataProcessingProgramminginS7-300PLC学院（系）：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：163108040指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院NanyangInstituteofTechnologyS7--300PLC中FB41数据处理程序设计-I-S7—300PLC中FB41数据处理程序设计电气工程及其自动化[摘要]西门子Step7中FB41PID算法模块，功能设计完善，控制效果好。但是由于FB41源程序不公开，给使用者带来一定的困难。本课题仿照STEP7中FB41标准PID算法的功能和形式，采用位置式算法思想，使用LAD语言自主编写能够实现同样功能的PID算法模块。本设计主要设计了输入和输出参数处理、上限和下限限幅处理、采样周期的处理、误差和死区数据处理。自主设计的PID控制模块自适应能力比较强，而且超调量较小,与FB41模块功能相仿，可以替换FB41使用。本算法模块由于源程序是开放的，摈弃了FB41不能进行算法改造、直接修改参数、修改数据格式等缺点，对于教学科研来说比FB41更有实用性。[关键词]采样周期；数据类型转换；限幅；死区；偏差FB41DataProcessingProgramminginS7-300PLCElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyWANGYong-mingAbstract:InSiemensStep-7,FB41algorithmmoduleperfectfunctionsdesignandgoodcontroleffect.OwingtoFB41sourceprogramnotrelease,itproducedcertaindiffcultiesfortheusers.ThisstudyispatternedafterFB41functionandformofthePIDalgorithm,thepositionalPIDcontrolalgorithmisselectedanduseLADanguagetowritecanrealizethesamefunctionalityPIDalgorithmmodules.Thisdesignmaindesigninput/outputparameterprocess、upperandlowerlimitsparameterprocess、samplingintervalparameterprocess、deadbandanderrorsparameterprocess.Self-designedPIDcontrolmoduleadaptivecapacityisrelativelystrong,andtheovershootissmaller,andthemodulefunctionissimilarwithFB41,canreplaceFB41.Owingtothisalgorithmisopen-sourceprogram.rejectionoftheFB41algorithmtransformation,directlymodifytheparameters,tomodifythedataformatdisadvantageofpracticalitymorethanFB41forteachingandresearch.Keywords:Samplingperiod；datatypeconversion；imiting；deadband；errorS7--300PLC中FB41数据处理程序设计-II-目录1引言..............................................................11.1PID控制的发展状况..........................................11.2PID算法的发展..............................................21.3本课题的意义................................................22Step-7中FB41输入/输出参数和原理介绍.............................32.1FB41的应用.................................................32.2FB41输入参数描述...........................................32.3FB41输出参数描述...........................................52.3FB41“CONT_C”的算法方框图.................................53“仿FB41”模块数据结构设计.......................................63.1“仿FB41”模块中基本数据类型介绍...........................63.2背景数据块的建立和打开.....................................73.2.1变量声明和背景参数数据................................84“仿FB41”模块程序开发设计.......................................114.1“仿FB41”模块输入/输出参数数据的处理.....................114.1.1输入数据参数处理.....................................114.1.2输出数据控制器参数限幅处理...........................124.1.3输出数据调节值的处理.................................124.1.4输出数据转换为外部设备（I/0)格式处理.................134.2偏差计算...................................................134.3手动模式程序处理...........................................144.4“仿FB41”模块程序开发中的数据处理........................154.4.1数据参数初始化处理...................................154.4.2采样时间（CYCLE)的处理...............................154.4.3死区的处理...........................................165用“仿FB41”模块控制的组态监控..................................165.1主界面组态.................................................165.2数据库组态.................................................175.3I/O设备组态...............................................176“仿FB41”模块与FB41控制效果的对比.............................186.1锅炉水温控制的控制效果对比和数据分析.......................186.2压力控制的控制效果对比和数据分析...........................206.3液位控制的控制效果对比和数据分析...........................22S7--300PLC中FB41数据处理程序设计-III-6.4双容水箱的控制效果对比和数据分析...........................246.5双极性控制的控制效果对比和数据分析.........................266.6“仿FB41”对流量的控制效果................................286.7“仿FB41”开环控制效果....................................297控制对象数学模型的建立与PID参数的计算...........................317.1一阶动态水开环数学模型的建立和PID参数的计算...............31结束语.............................................................35参考资料...........................................................36附录...............................................................37致谢...............................................................52S7--300PLC中FB41数据处理程序设计11引言1.1PID控制的发展状况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。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节【1】。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，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。即当不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制是迄今为止最通用的控制方法。大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID调节器及其改进型是在工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84％仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90％)。今天所熟知的PID控制器产生并发展于1915-1940年期间【2】。尽管自1940年以来，许多先进控制方法不断推出，但PID控制器以其结构简单，容易被理解和实现，应用中不需要精确的系统模型的预先知识，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。PID有如下几个重要的功能【3】：(1)提供反馈控制。(2)通过积分作用可以消除稳态误差。(3)通过微分作用预测将来。PID控制器的结构简单，容易被理解和实现，因而PID控制器成为应用最广泛的控制器。但是PID控制器并非万能的，它存在其固有的缺点：首先，PID对系统基本线性和动态特性不随时间变化的系统能较好的控制，而很多工业过程是非线性或时变的。其次，PID参数必须根据过程的动态特性整定。如果过程的动态特性变化