4 軟件設(shè)計
(1) 系統(tǒng)軟件
PLC系統(tǒng)軟件選用STEP7 V5.2軟件包，對于系統(tǒng)中的邏輯控制選用梯形圖(LADDER)編程，直觀、方便;對于模擬量處理和PID回路控制部分則采用語句表(STL)編程，結(jié)構(gòu)緊湊而又靈活。另外，為實現(xiàn)軟件冗余，利用SIEMENS公司專門提供的冗余軟件包，它實際上是一組系統(tǒng)功能塊，供用戶在程序中調(diào)用、設(shè)置，實現(xiàn)用戶的軟件冗余功能。
上位機軟件選用SIEMENS公司的Wincc V5.1組態(tài)軟件。Wincc功能強大，可方便快捷地組態(tài)出各種操作界面。開放式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了強大的數(shù)據(jù)管理功能。
(2) 應(yīng)用軟件設(shè)計
根據(jù)該系統(tǒng)具體情況，軟件設(shè)計過程中著重要考慮的是以下幾個方面:
?軟件冗余;
?PID算法;
?安全措施。
4.1 軟件冗余
(1) 在OB100(熱啟動模塊)中調(diào)用系統(tǒng)冗余軟件包中的系統(tǒng)功能塊FC100。
(2) 在OB1中調(diào)用系統(tǒng)功能塊FB101。程序如下:
CALL "SWR_ZYK" , DB5 //調(diào)用FB101
DB_WORK_NO :=DB1 //內(nèi)部數(shù)據(jù)塊
CALL_POSITION:=TRUE
RETURN_VAL :=MW110 //返回狀態(tài)字
EXT_INFO :=MW112
A DB5.DBX 9.1
//冗余狀態(tài)位，判斷是否為從站
JC M001
CALL FC 50
FC50調(diào)用所有的控制程序
M001: NOP 0
CALL "SWR_ZYK" , DB5
DB_WORK_NO :=DB1
CALL_POSITION:=FALSE //傳送結(jié)束
RETURN_VAL :=MW114
EXT_INFO :=MW116
(3) 在OB86中調(diào)用冗余診斷程序，程序如下:
CALL "SWR_DIAG"
DB_WORK :=W#16#1
OB86_EV_CLASS :=#OB86_EV_CLASS
OB86_FLT_ID :=#OB86_FLT_ID
RETURN_VAL :=MW130
這段程序用來診斷從站的故障信息，如有問題將切換從站通訊模塊。
(4) Wincc中的每個外部變量都連接著CPU中的一個地址，當兩臺CPU切換時，這些連接地址也要同時切換。WINCC提供了動態(tài)向?qū)�，可自動產(chǎn)生相關(guān)的變量和全局腳本，實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。
4.2 PID算法
STEP7提供了兩種常用的PID算法:連續(xù)型PID(FB41)和離散型PID(FB42)，根據(jù)實際要求，選用的是FB41,其框圖如圖2所示。
PID算法的輸出實際上是比例(P)、積分(I)、微分(D)三部分作用之和:
Mn=MPn+MIn+MDn
MPn=GAIN×(SPn-PVn)
MIn=GAIN×TS/TI×(SPn-PVn)+MX
MDn=GAIN×TD/TS×(PVn-1-PVn)
式中，
Mn:第n次采樣時刻的輸出值
MPn:第n次采樣時刻的比例作用，與偏差成正比。
MIn:第n次采樣時刻的積分作用，可以消除靜差，提
高控制品質(zhì)。
MDn:第n次采樣時刻的微分作用，根據(jù)差值的變化
率調(diào)節(jié)，可抑制超調(diào)。
SPn:第n次采樣時刻的設(shè)定值
PVn:第n次采樣時刻的過程值
MX:第n-1次采樣時刻的積分作用，每次采樣計算后
自動刷新
GAIN:回路增益，P參數(shù)
TI:積分時間常數(shù)，即I參數(shù)
TD:微分時間常數(shù)，即D參數(shù)
TS:采樣時間
根據(jù)上述原理框圖，結(jié)合實際工藝要求，編寫程序(以供料道溫度回路為例)如下:
[NextPage]
L DB44.DBD 0
//溫度設(shè)定值，浮點型
T #TEMP0
L PIW 524 //溫度反饋值
ITD
//整型轉(zhuǎn)雙整型
DTR
//雙整型轉(zhuǎn)浮點型
L 2.764800e+004
/R
L 3.200000e+002
//量程范圍320度
*R
L 9.800000e+002 //零點是980度
+R
T #TEMP1
//溫度反饋對應(yīng)量程范圍980-1300度，
計算出浮點型數(shù)據(jù)。
L DB44.DBW 4 //閥門開度
ITD
DTR
L 2.764800e+002
//閥門開度轉(zhuǎn)為百分數(shù)
/R
T #TEMP2
L DB44.DBD 20
T #TEMP31
A M 56.3 //自動標志位
NOT
= #TEMP4
CALL "CONT_C" , DB144 //調(diào)用FB1
COM_RST :=FALSE
MAN_ON :=#TEMP4
PVPER_ON:=FALSE
[NextPage]
P_SEL :=TRUE // 使用P調(diào)節(jié)
I_SEL :=TRUE //使用I調(diào)節(jié)
INT_HOLD:=FALSE
I_ITL_ON:=FALSE
D_SEL :=FALSE //使用D調(diào)節(jié)
CYCLE :=T#2S //采樣時間
SP_INT :=#TEMP //設(shè)定值
PV_IN :=#TEMP1 //過程值
PV_PER :=
MAN :=#TEMP2 //PID自動標志
GAIN :=DB44.DBD8 //參數(shù)P
TI :=DB44.DBD12 //參數(shù)I
TD :=DB44.DBD16 //參數(shù)D
TM_LAG :=T#2S
DEADB_W :=#TEMP31 //死區(qū)范圍
LMN_LLM :=DB44.DBD28 //輸出下限
PV_FAC :=1.000000e+000
PV_OFF :=0.000000e+000
LMN_FAC :=1.000000e+000
LMN_OFF :=0.000000e+000
I_ITLVAL:=0.000000e+000
DISV :=0.000000e+000
LMN :=
LMN_PER :=#TEMP3
QLMN_HLM:=
QLMN_LLM:=
LMN_P :=
LMN_I :=
LMN_D :=
PV :=
ER :=
AN M 56.3
JC M001
L #TEMP3
T DB44.DBW 4
//PID自動時，將PID輸出結(jié)果送到輸出存儲地址
L DB44.DBW 4
T PQW 522 //調(diào)節(jié)閥輸出
程序前部分主要是處理設(shè)定值、反饋值并送入中間變量，將閥門開度送入PID模塊，保證手/自動無擾動切換。
調(diào)用FB41時，要給各參數(shù)賦值。為方便調(diào)整，重要參數(shù)都存在DB塊中，用戶可在上位機上隨時修改。
從上面的公式中可以看出，參數(shù)P(GAIN)與P、I、D作用都是成正比的，它決定了PID回路的靈敏度，即調(diào)節(jié)速度的快慢;I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強。不能單靠理論計算來確定PID參數(shù)，唯一的衡量標準就是被控參數(shù)(溫度、流量等)的精度和穩(wěn)定度，所以在實際調(diào)試中，都是參照被控參數(shù)的實時曲線，反復(fù)觀察分析，從而達到最佳的控制效果。
4.3 安全措施
(1) 防止誤操作 任何設(shè)定值都設(shè)有上、下限，即不允許輸入“離譜”的數(shù)據(jù);重要設(shè)備的開、停，都需操作員確認;運行中調(diào)整設(shè)定值，不能直接輸入數(shù)據(jù)，而是按“+”、“-”鍵，逐步增減。
(2) 報警功能
每個被控參數(shù)都設(shè)有上、下限報警值及偏差報警值，當運行數(shù)據(jù)超出這些值時，系統(tǒng)將發(fā)出
聲光報警，提醒操作者。對于特別重要的參數(shù)，變化過快，也在報警之列。
(3) 邏輯連鎖 當燃料壓力或助燃風壓力開關(guān)動作時，關(guān)閉安全閥;當被控參數(shù)(溫度或壓力)突變時，關(guān)閉安全閥；當設(shè)定值和過程值的偏差大于安全范圍時，相關(guān)PID回路切換到手動，以保持輸出不變。
5 結(jié)束語
整個控制系統(tǒng)，軟件硬件配置和軟件設(shè)計充分考慮了系統(tǒng)的工藝特點，保護措施完備，操作靈活、控制精度高。