基于MCGSE的盤管溫度控制系統(tǒng)設計

徐澤遠等

摘要溫度作為工農業(yè)生產的重要被控對象之一，一直是人們研究的主要對象。設計中選用在MCGS通用版的基礎上開發(fā)的嵌入式組態(tài)軟件MCGSE，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集處理，融合動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等功能，更方便用戶解決實際工程問題，廣泛應用于自動化領域。控制芯片選用可編程序控制器（PLC）S7300，擁有模塊化結構，配置易于分布式實現(xiàn)，電磁兼容性較好，能抗震動沖擊，在多數(shù)實際工業(yè)控制場合滿足需要，經濟上也很可觀。設計中選取盤管出水口溫度作為控制對象，采用PID算法達到穩(wěn)定、快速、準確的要求。

關鍵詞溫度；純滯后；PID；MCGSE；S7300

中圖分類號S126文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-10000-03

Pipe Temperature Control System Based on MCGSE

XU Zeyuan，YUAN Ye， ZHAO Xiaokun et al

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

AbstractTemperature is one of the most important object of industrial and agricultural production which has been researched for many years. The SCADA （Supervisory Control and Data Acquisition） called MCGSE which developed based on the MCGS is used for collecting and processing the field data in the system， containing the functions of integration of animation display， alarm processing， process control and report output and other functions. It is convenient for the user to solve practical engineering problems so that it is widely used in the field of automation. The micro controller of the system is Programmable Logic Controller（PLC for short） -S7300， which has a modular structure and is easy to distributed control. As a PLC， the S7300 has the ability of antielectromagnetic interference and resistance for shocking， which is very impressive and good to use for meeting the requirements of performance indicators in most of the actual industrial control applications. The temperature of water from the pipe is selected as the controlled object， which can be stable， rapid and accurate in control of PID.

Key wordsTemperature； Pure lag； PID； MCGSE； S7300

工農業(yè)過程控制中，溫度是一個不可或缺的控制對象，例如，在溫室大棚里，有些農作物需要一定溫度的水進行灌溉，這就要求控制水溫。在管道傳輸過程中，溫度的滯后性表現(xiàn)尤為明顯，給控制增加了難度。為此，筆者選取盤管代替實際工程中的各種現(xiàn)場過程的管道傳輸，研究出水口溫度與進水口溫度間的滯后環(huán)節(jié)，選用MCGSE組態(tài)軟件做上位機對現(xiàn)場狀態(tài)進行監(jiān)控，希望能夠為實際工程應用提供借鑒和參考，從而使實際方案更加符合實際運作要求[1-9]。

采用s7300，系統(tǒng)將現(xiàn)場工業(yè)總線MPI網絡作為載體，以WinCCnexible為監(jiān)控軟件組態(tài)的HMITP277作為人機操作界面，構成一個分布式控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)溫度的自動控制。

1控制對象建模與控制算法設計

1.1盤管出水口溫度控制對象建模

1.1.1數(shù)學模型的建立。

由于流經盤管的熱水在溫度上存在著純滯后，溫度的傳遞測量也存在著純滯后，因此控制對象存在明顯的純滯后。分析盤管出水口溫度控制對象的機理，冷水進過鍋爐內膽加熱后，通過水泵提供動力源，熱水流過盤管，檢測盤管出水口的溫度，具有非震蕩特性和自平衡的特點，是一個衰減最終穩(wěn)定過程，因此可以用比例環(huán)節(jié)、二階慣性環(huán)節(jié)和一個延遲環(huán)節(jié)來簡化。機理確定下來，得到傳遞函數(shù)如下：

G（s）=Ke-τs（T1s+1）（T2s+1）（1）

式中，K為過程放大增益。系統(tǒng)運行到穩(wěn)態(tài)時，輸出的幅值與輸入的幅值之比即為K。T1和T2（T1>T2）分別為兩個不同的時間常數(shù)；τ此處為純滯后的時間常數(shù)。

由式（1）可知，以上方法所建立的數(shù)學模型中包含K、T1、T2和τ共4個等待測量的參數(shù)。該設計選用階躍響應曲線法。

1.1.2數(shù)學模型的參數(shù)理論分析。

經分析可知，盤管出水口溫度控制對象的模型可以分解為二階環(huán)節(jié)加上一個純滯后環(huán)節(jié)，如下式：