基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系 - 设计（组态）毕业设计

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毕 业 设 计（论 文）

设计（组态）

（英文）： Design of Feedforward and Feedback

题目：基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系

Control Systems Based on S7-300 Boiler Water Temperature (Configuration)

院 别： 自动化学院 专 业： 自动化 姓 名： 肖 奎 指导教师： 李 虎 山 日 期： 2014年4月

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基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系

统设计（组态）

摘要

温度是常见的过程参数之一，许多的生产过程都离不开对温度的控制，温度的控制往往是对加热和冷却的平衡，锅炉正是这样的系统，当加热大于冷却时整个系统升温；反之则降温；二者若是趋于相等就可以使温度趋于稳定。若是采用单纯的反馈控制对锅炉内胆水温进行控制，由于流量变化快而温度控制滞后大就会导致系统的稳定性、快速性较差，不能取得理想的控制效果。解决这个问题的办法就是加入对主要扰动流量的前馈补偿环节构成锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统，使得流量的变化能够迅速得到补偿，提高系统的响应速度。

近年来，可编程控制器（PLC）依托着可靠性高，抗干扰，功能强大等特点得到了广泛的运用，随着生产和编程的技术不断进步，越来越多的控制方式得以在PLC上实现。本设计将围绕西门子S7-300 PLC从前馈-反馈控制系统的介绍、PLC及测量变送仪表设备的选择、软件的展示及组态编程这三个方面来阐述锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的设计，力求展示出前馈-反馈控制系统的特点。通过本设计可以观测到前馈-反馈控制系统在以流量变化为主要扰动的情况下对锅炉内胆的水温可以取得较好的控制效果。

关键词：前馈-反馈控制； PLC；温度

Design of Feedforward and Feedback Control

Systems Based on S7-300 Boiler Water

Temperature (Configuration)

ABSTRACT

Temperature is one of the common process parameters , many production processes are inseparable from the temperature control , temperature control is often the balance of the the cooling of the entire system ; otherwise cool ; both tend to be equal if you can make the temperature to stabilize. If using a simple feedback control to control the temperature of the boiler tank ,due to rapid changes in flow and temperature control will lead to a large not achieve the desired control effect. To solve this problem is to add a feedforward flow of former major disturbance feedforward compensation constitutes a part of the interior temperature of the boiler - a feedback control system, making changes in flow can be compensated quickly , improve the response speed of the system.

In recent years , programmable logic controller (PLC) relying on widely used , with production and programming technology advances , more and more control to the PLC achieved. This design will focus on Siemens S7-300 PLC feedforward - feedback control system introduction, select PLC transmission instruments and measuring equipment , software, display and programming of these three aspects to elaborate boiler water tank feedforward - feedback control system design , and strive to demonstrate feedforward - feedback control system characteristics. This design can be seen through the feedforward - feedback control system to flow in the case of major disturbances in the water tank of the boiler can achieve better control effect.

Keywords: Feedforward and feedback control; PLC;Temperature

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目录

1 绪论 .................................................................. 1 2 基本背景知识 .......................................................... 2

2.1 前馈-反馈控制 .................................................... 2

2.1.1 前馈控制系统 ................................................ 2 2.1.2 前馈-反馈控制系统 ........................................... 3 2.2 设计任务分析 ..................................................... 4 3 控制系统硬件 .......................................................... 6

3.1 控制设备 ......................................................... 6

3.1.1 PLC基本介绍................................................. 6 3.1.2 S7-300 PLC CPU模块说明 ...................................... 7 3.1.3 S7-300 PLC信号模块（SM）说明 ................................ 7 3.2 测量变送设备 ..................................................... 8

3.2.1 温度传感器、变送器 .......................................... 8 3.2.2 流量计 ...................................................... 9

4 系统的设计过程 ........................................ 错误！未定义书签。

4.1 系统装置接线 ..................................... 错误！未定义书签。 4.2 模拟量信号采集 ................................... 错误！未定义书签。 4.3 西门子Step 7编程软件的简介 ...................... 错误！未定义书签。 4.4 PLC程序的编写 ................................... 错误！未定义书签。 5 组态的建立过程 ........................................ 错误！未定义书签。

5.1 组态软件介绍 .................................... 错误！未定义书签。 5.2 组态的建立过程 ................................................. 10 5.3 控制参数的整定 ................................................. 11 结语 ................................................................... 14 参考文献 ............................................................... 32 致谢 ................................................................... 33

1 绪论

自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的显著标志和重要条件之一，自动化技术不仅可以把人们从繁琐重复的体力劳动或者不安全的工作环境中解放出来，而且能够扩展人类各种器官功能，极大地提高劳动生产率，对促进人类进步大有裨益。因此，越来越多场合的自动化改造被提上了日程。

过程控制是生产过程自动化的简称，是自动化技术的重要组成部分。过程控制是指针对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制其中，温度是最常见的控制对象之一，具有特别的意义，例如在发酵过程中温度决定了酵母菌的繁殖速度及酿造物的质量；在水族馆中，水温会影响溶氧量和水生物的生长情况；在冶金行业里，温度更是决定制品纯度成色的重要因素。但温度作为被控量的话不仅滞后大而且往往还存在着流量、液位等多种扰动，因此如何克服扰动实现稳定的温度控制是自动化工程师们努力研究的方向之一。

PLC即可编程控制器是一种专用工控机，它的存储器是可以进行编程的，在它的内部储存和执行各种指令如：逻辑运算、顺序运算、计时计数等。它支持数字量或者模拟量的输入或输出，可以控制多种生产过程。

本设计综合运用计算机、西门子S7-300PLC、水泵、温度检测、流量变送器、温度变送器、锅炉等设备综合使用了计算机及PLC编程、控制算法设计、过程控制技术、工控现场总线技术、电气线路设计等知识点在求是教仪上实现基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统。抛砖引玉，力求展示出前馈-反馈控制系统的特点，为成为一名合格的自动化专业毕业生打下基础。

2 基本背景知识

2.1 前馈-反馈控制

2.1.1 前馈控制系统

前馈控制，简称FFC（Feed Forward Control）是一种开环的控制方式，它能根据干扰量的变化补偿干扰量对被控量的影响，其特点是当扰动产生后，被控变量还未发生变化以前，就能根据扰动的大小进行控制，以补偿扰动产生的影响,在理想状态的前馈控制甚至可以实现无差补偿。前馈控制的系统框图如图2.1所示：

图2.1 前馈控制系统框图

图2.1上面那条支路为干扰通道支路，下面的支路是控制通道支路，因此，前馈控制系统的传递函数为：

Y?Gpd(s)?Gff(s)?Gpc(s)R (公式1.1)

当满足以下两式时系统对R干扰可以实现完全补偿：

,

所以可以求得前馈控制器的传递函数为：

（公式1.2）

根据公式1.2中的负号可以看出控制器的作用跟扰动的作用方向是相反的，起到了补偿扰动的作用。按照对干扰进行补偿的特点不同，单纯的前馈控制系统又可以分为静态前馈控制和动态前馈控制两种。

静态前馈控制是指在足够稳定的工况下对扰动进行补偿，此时前馈控制器的输出和输入是一比例关系，而跟时间t没有关系；也就是说此时的前馈控制器传递函数Gff(s)是一个静态的系数Kf，故称为静态前馈控制。

与静态不同，动态前馈控制是指在任意的时刻乃至不同的状况下前馈控制器都能对扰动进行补偿，因此它的传递函数完全符合公式1.2；干扰经前馈控制器通道产生的输出与其经干扰通道产生的输出，二者大小特性一致但方向相反，相互抵消；这样的就是动态前馈控制方式。

下面是一些前馈控制区别于其他控制方式的特点：

1、克服干扰的响应速度快；前馈控制器在扰动产生的时刻马上就可以运算出补偿值，它的响应速度比通常比反馈控制要快。

2、面向专一对象使用；因为前馈控制器是为了补偿扰动通道输出而设计的，一种前馈控制器只针对一种扰动，如果要针对多个扰动就需要设计多个不同前馈控制器来实现。

3、是开环控制系统；根据其系统框图可以显然看出，在克服扰动后前馈控制系统并没有加入对输出结果的检验和校正环节，属于“开环”。

2.1.2 前馈-反馈控制系统

由于单纯的前馈控制系统是开环控制系统，无法对输出结果进行检验和校正，但是我们的控制系统中往往不单只前馈控制器克服的那些扰动还有一些次要扰动，如果对每一个扰动都设计对应的前馈控制器往往会使得系统过于繁琐且经济成本太高，因此为了既经济又有较好的控制效果，保证输出结果的准确性我们引入了反馈控制系统组成前馈-反馈控制系统。反馈系统是闭环控制系统，它引入了被控变量的变化作为输入量的参考依据，系统因此获得了一定的自适应能力。总的来说，前馈-反馈控制系统综合了前馈和反馈的优点，系统中既有能够对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在反馈控制克服其它的扰动信号使系统趋于稳定，可以提高系统的整体响应速度。

2.2 一般前馈-反馈控制系统的原理图

由前馈-反馈控制的概念及原理图可以知道系统中需要测量的信号主要由被控量跟扰动信号。因此，前馈-反馈控制系统一般由以下环节构成：1、扰动信号测量变送器：对扰动信号进行测量并转换成标准的电信号；2、前馈控制器：对扰动信号进行补偿；3、被控量测量变送器：对被控量进行测量并转换成标准的电信号;4、反馈控制调节器：对被控量进行调节；5、执行器和调节机构：直接作用于扰动和被控量的设备；

6、扰动通道对象：扰动信号通过该通道对被调量产生影响；7、控制通道对象：调节量通过该通道对被调量进行调节。

显然的是，前馈不管加在了哪个位置，都构成不了闭合回路，系统的特征式维持不变，也就是说前馈并没有影响到系统的稳定性；引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件也没有改变；我们可以在整定参数的时候利用到这两个特点。

2.2 设计任务分析

图2.3 锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统结构图

如图2.3就是锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的实物结构图，既然要分析锅炉内胆锅炉内胆的水温，我们就要从水着手，循序渐进。锅炉内胆和夹套的水都来自磁力泵的管道，夹套的水一直在流动起到带走一部分热量的作用因此又称为冷却水；锅炉内胆的水可以通过加热管进行加热，它的温度就是我们要控制的量。由图2可以看出该温度主要由两个因素共同决定一个是水的流量，流量加大，温度降低；另一个是加热管的功率，功率加大，温度升高。流量扰动我们设其为可测不可控的，加热管的功率可以通过三相SCR调压模块调节大小。与一般前馈-反馈控制系统不同，基于S7-300的锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的前馈调节器跟反馈调节器并不是分开的，而是都由S7-300PLC来实现的，因此我们可以得到锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的系统框图：

图2.4 锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统框图

由锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的系统框图可以看出本次毕业设计的任务

主要有：1、连接系统硬件设备；2、编写PLC前馈与PID模块程序；3、绘制组态界面并建立连接；4、整定各项参数得出结论。

3 控制系统硬件

3.1 控制设备

3.1.1 PLC基本介绍

可编程控制器最早起源于美国数字设备公司（DEC），它于1969研制出的世界上第一台成功应用于美国通用汽车公司（GM）生产线的可编程控制器。但当时该控制器只具备进行逻辑运算的能力，所以称它为可编程逻辑控制器，简称为PLC（Programmable Logic Controller）。70年代后期，随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展，PLC从简单的开关量的逻辑控制扩展到了数字控制及生产过程控制领域，真正成为电子计算机工业控制装置，它被称作可编程控制器，简称PC（Programmable Controller）。但是由于简称PC容易与个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们习惯性仍用PLC作为可编程控制器的简称。PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的，继电器在控制系统中主要起两种作用：1、逻辑运算；2、弱电控制强电，所以PLC在数学处理、顺序控制方面具有独特的优势。PLC作为集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已经跃居至工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CADCAM）的首位。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下： 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

可编程控制器具有 1、系统构成灵活，扩展容易；2、编程简单（采用简单明了的梯形图、逻辑图和语句表等编程语言）、使用方便，；3、对工作环境要求不高，抗干扰能力强，可靠性强等特点

PLC由于高可靠性而运用广泛，生产PLC的厂家也有很多，其中不乏西门子（SIMATIC），三菱（Mitsubishi Electric），罗克韦尔（AB）等大公司，它们的产品规格性能，适用场合有大同小异的也有截然不同的，以西门子公司为例就有LOGO，

图3.1 西门子S7-300系列模块图

本设计使用的正是德国西门子公司的S7-300系列PLC，S7-300 PLC是模拟式中小型PLC，主要由机体框架、电源模块（PS）、CPU模块、信号模块（SM）、功能模块（FM）、接口模块（IM）、通信处理器（CP）和编程设备组成。各个模块都是独立的，每个模块都具备一个总线连接器，用以插在各个模块的背后，可以通过U形总线把它们紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源模块，CPU模块和接口模块分别置于导轨的1号槽、2号槽和3号槽上，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源模块、CPU模块和接口模块以外的其他模块。

3.1.2 S7-300 PLC CPU模块说明

PLC的CPU模块是该前馈-反馈控制系统的核心，负责整个系统的中央控制，程序的存储与执行，实现通信功能，并为U形总线提供5V的电源。S7-300 PLC的CPU有4种操作模式分别是：STARTUP（启动）、RUN（运行）、HOLD（保持）和STOP（停机）。目前S7-300的CPU模块大致可以分为以下几类：

1、紧凑型CPU：CPU 312C、CPU 313C、CPU 314C-2DP等。 2、标准型CPU：CPU 312、CPU 313、CPU 314、CPU 315等。 3、革新的标准型CPU：CPU 312、CPU 314、CPU 315-2DP。 4、户外型CPU：CPU 312 IFM、CPU 314 IFM等。 5、大容量高端型CPU：CPU 317-2DP、CPU 318-2DP。 6、主从接口安全型CPU：CPU 315F-2DP。

3.1.3 S7-300 PLC信号模块（SM）说明

信号模块（SM）又叫输入输出模块（IO模块），是CPU模块与现场输入输出原件和设备连接的桥梁，用户可以根据现场输入输出设备来选择各种用途的IO模块。按输入输出量的不同信号模块又可以分为数字量模块和模拟量模块两类。

S7-300 PLC常用的数字量模块有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322和数字量输入输出模块SM323：

数字量输入模块将现场过程送来的数字量电平转换成PLC的内部信号电平，SM321有四种型号可选：直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入。

数字量输出模块与数字量输入模块相反则是将PLC内部信号电平转换成现场过程

所要求的控制信号电平。按输出方式不同SM322又可以分为晶体管输出（直流输出模块）、可控硅输出（交流输出模块）、继电器触点输出（交直流两用输出模块）。从响应速度来看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性来看，则是继电器触点输出型最佳。

数字量输入输出模块SM323有两种类型：一种带8个共地输入端和8个共地输出端，另一种带16个共地输入端和16个共地输出端，二者特性相同。IO额定负载电压为24V DC,输入信号“1”高电平为11～30V，信号“0”低电平为-3～+5V，IO通过光耦与背板总线隔离，在额定输入电压下，输入延迟为1.2～4.8ms，此外输出还具有电子短路保护功能。

S7-300 PLC常用的模拟量模块有模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332、模拟量输入输出模块SM334：

模拟量输入（简称AI）模块SM331有三种规格型号，分别是8AI×12位模块、2AI×12位模块以及8AI×16位模块。SM331主要由AD转换部件、光电隔离部件、模拟切换开关、恒流源、逻辑电路和补偿电路等组成。

模拟量输出（简称AO）模块SM332有332-5HB01、332-5HD01、332-5HF00、332-7ND02四种分别支持2、4、8、4（同步模式）点的模拟量输出。

模拟量输入输出模块SM334则有334-0CE01-0AA0、334-0KE00-0AB0两种，都是具有4模拟量输入，2模拟量输出；但是后者为电阻测量式（Pt100）。

3.2测量变送设备

3.2.1 温度传感器、变送器

温度传感器（temperature transducer）是可以检测温度并将其转换为可用输出信号的仪器。温度传感器是温度测量仪器的核心组成部分，品种繁多。按照测量方式可分为接触式和非接触式两种类型；根据传感器的材料和电子元器件的特性也可以划分成两种类型即热电阻式和热电偶式。Pt100铂热电阻温度传感器在-200～+420℃的测量精度非常高甚至是测温的基准元件，其抗振性耐温耐压特性也很出色，因此本设计装置中采用了Pt100铂热电阻温度传感器来检测锅炉内胆的水温。温度变送器则是指将测温元件通常是传感器测量出来的温度信号经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、VI转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信

号的器件，在本设计中温度变送器将Pt100铂热电阻温度传感器测得的温度电阻信号转变成电流信号输出给控制器使用。

3.2.2 流量计

流量计是用来测量流体流量的仪表，本设计装置的流量计有电磁流量计和涡轮流量计两种：电磁流量计用以测量电动调节阀控制的动力支路，它的优点是零点比较稳定，抗干扰能力强，不受被测介质压力、温度、粘度、密度等物理参数变化的影响，反应灵敏，输出信号与流量成线性关系，量程比较宽。电磁流量计的工作电压为220V，可以测量的流量范围是0～0.3m（数据监控和采集系统）。它指的是进行数据采集与过程控制的一种特殊的软件。它们是在自动控制系统的软件平台和开发环境一级，使用灵活的组态方式，是为用户迅速建设工业自动控制系统监控功能的软件工具。组态软件的应用非常广泛，可应用于电力系统，给水系统，石油，监控和数据采集和过程控制领域和其他领域的化学。也被称为电力系统远动和电气化铁路（RTU系统，远程终端单元）。

用组态软件构造“监控和数据采集系统”的好处之一就是能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。能快速便捷地进行图形维护和数据采集是此类系统的关键点。组态王正是提供了丰富的快速应用设计的工具。组态王具有以下几个特点：（1）方便实用的工程管理；（2）集成的开发环境；（3）功能强大、易用的绘图工具（4）灵活的便捷菜单（5）图形对象丰富。

目前比较常用的组态软件有很多，例如万维公司（Wonderware）的InTouch，西门子自动化与驱动集团(A&D)的WinCC以及北京亚控科技发展有限公司的组态王（KingView）等等。作为具有一定的地位的国内本土品牌《组态王》，装机量不容小视，同时其功能也是相当完善的，而且上手较快，因此本次设计选用组态王来实现上位机的监控，下面对组态王的使用作一个简单的介绍：

图5.1 组态王工程管理器

3

打开组态王我们将会见到图4.8所示的界面，要是我们是运行已有工程可以直接选定一个工程双击或者单击“运行”按钮；若是要进行编程或者画面设计则要点击“开发”按钮；如果是新建一个工程则要点击“新建”，下面介绍一下新建一个工程的步骤：

图5.2 新建工程向导画面一

点击“下一步”；

图5.3 新建工程向导画面二

在向导画面2选择浏览工程的储存路径，之后点击“下一步”；

图5.4 新建工程向导画面三

对工程的命名和描述在向导画面三种完成，点击“完成”则一个新的项目工程新建完毕。在工程管理器中选择刚刚新建好的工程点击“开发”就可以进入如下图所示的项目工程的开发界面了；

图5.5 新建工程向导画面三

大部分的开发工作都是从图4.11的工程浏览器开始的，例如我们要创建一个新的画面步骤是：先在左边栏里选择画面，再在右边栏里选择新建就可以进入新建画面的窗口了；其他的诸如数据词典的建立、设备端口的设置等等都是这样先在左边栏里选好右边栏里再选择相应的操作即可。

图5.6 新建画面

图5.7 新建变量

5.2 组态的建立过程

本设计的组态建立过程大致可以分为四个步骤：1.设计工程画面；2.构造数据变量词典；3.建立动画连接；4.与下位机通讯并调试。

首先我们参照4.2节在组态王里新建好一个项目工程，并根据2.2节前馈-反馈控制系统的框图可以得出此次设计组态界面应该包含的动画元素，因此我们利组态王画出的监控界面如下图：

图5.8 锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统组态界面

新建好画面之后，我们在工程浏览器里选择COM口并新建一个PLC设备：

图5.9 添加PLC设备

图5.10 选择所需要的设备

图5.11 为选择好的设备命名

图5.12 选择所用的串口 图5.13 设置设备的地址

设置好地址和通讯参数，我们就可以在新建数据词典里面的IO变量的时候选择这个设备了，显然，图5.3监控界面中要用到的量就是我们新建数据词典的时候应该包含的，表5.1就是本次设计的主要数据变量表：

表5.1 数据变量表

变量名称 温度1（反馈值） 流量1 设定值 P I D 前馈系数 变量类型 IO实数 IO实数 IO实数 IO整数 IO整数 IO整数 IO整数 链接好通讯线，将数据变量与监控画面中的动画一一链接，点击工程浏览器的“运行”按钮或者画面编辑窗口的“切换到view”我们的组态就可以监控下位机的工作情况了。

5.3 控制参数的整定

一般来说，前馈控制器参数的整定方法有以下几种：

1. 开环整定法：开环整定法是在系统断开反馈回路的情况下，仅采用静态前馈作用，来克服对被控参数影响的一种整定法。整定时，KF由小到大调节，观察前馈补偿

的作用，直至被控参数回到给定值上，即直至完全补偿为止。此时的静态参数即为最佳的整定参数值KF，实际上KF值符合下式关系，即

KF＝

式中：Kf、K0分别为扰动通道、控制通道的静态放大系数。开环整定法适用于在系统中其他扰动不占主要地位的场合，不然有较大偏差。

2. 前馈-反馈整定法：在图5.14所示系统反馈回路整定好的基础上，先合上开关K，使系统为前馈-反馈控制系统，然后由小到大调节KF值，可得到在扰动f（t）作用下如图5.15所示的一系列响应曲线，其中图5.15(b) 所示的曲线补偿效果最好。

图5.14 前馈-反馈系统参数整定方框图

(a)欠补偿 (b)补偿合适 (c)过补偿

图5.15 前馈-反馈系统KF的整定过程

3. 利用反馈系统整定KF值：待图5.14所示系统运行正常后，打开开关K，则系统成为反馈控制。待系统稳定运行，并使被控参数等于给定值时，记录相应的扰动量F0和调节器输出u0。人为改变前馈扰动，使F0变为F1，待系统进入稳态，且被控参数等于给定值时，记录此时调节器的输出值u1并按下式计算KF值：

KF=

反馈控制器为PID控制器，需要整定比例微分积分三个参数，其整定方法大致可以分为理论计算法和工程经验法两大类：

理论计算法的原理是通过计算得出PID参数，但它要求要有极其精确的控制系统数学模型，这在现实中往往难以实现，即使计算出来的参数也不能直接运用于实际，通常仍需要进行工程整定。

工程经验法是指根据以往的工程经验在控制系统上进行边监测边调整参数，通常利用临界比例法、反应曲线法和衰减法三种方法在实际中按照工程经验设置大致的参数，按照调节效果的好坏再进行整定。值得注意的是，很多工业过程都不允许整定参数过程中出现震荡，因此新手最好能在有经验的人指导下进行整定过程。

我们在程序中已经设定好前馈系数为-1，因此我们打开图5.14中的开关K，使系

统成为一个反馈系统，根据经验整定，我首先在网上查找了一组对于温度系统通常的参数范围作为参考：P:20～60；I:3～10(min)；D:0.5～3(min)，按照实际情况作了调整：

首先整定比例，如果曲线振荡频繁，则要加大比例度；如果曲线超调量过大则要减小比例度。其次整定积分，如果温度曲线偏离而且回复慢的话，就要减少积分时间；若是曲线波动周期长，则要增加积分时间；最后整定微分，如果曲线振荡频率快，则减小微分时间；如果曲线的动差大而且波动得慢，则微分时间应该加长。这样最终我得出了一组控制效果较好的数据分别是：P=18；I=2min；D=10s，此时控制曲线如下图所示：

图5.16 控制曲线图

从图5.16我们可以看出反馈控制系统的控制效果还是比较好的，最终的温度也能趋于稳定，但是这样是否意味着前馈控制没有意义呢，下面我们通过一幅图片来对比一下不加入前馈控制与加入前馈控制之后的控制效果有什么不同：

图5.17 有无前馈控制效果对比

根据图5.17，在时间600s的时刻可以明显看出加入前馈的控制系统要超前于没加入前馈的控制系统，随后有前馈的控制系统趋于稳定，而无前馈的控制系统直至700s后才趋于稳定。这样足以看出前馈控制器在克服主要扰动，提高系统响应速度方面是取得了一定的效果的。因此我们可以通过这次设计得出符合第二章的结论：前馈-反馈控制系统综合了前馈和反馈的长处，既能通过前馈克服主要扰动，又能通过反馈克服次要扰动，可以取得较单一的前馈或反馈控制系统要好的控制效果。

结语

上大学之前就听过自动化专业被称为工业万金油，当时不懂这句话的意思，直到做完这次毕业设计才若有所悟。其实自动化的定义是以机械代替将人类从手工劳动中解放出来，既能提高生产效率又能节约人力成本，是一门博大精深的学问。我深知在四年的大学生涯中学习的知识不过林中一隅，冰山一角，在这次毕业设计中展现的知识就更是少之又少了。但就是这样难度不算大的毕业设计做得也并不是那么顺利，遇到了一些问题：

首先本次设计选用的是实验室的现有设备，我并没有进行完整的硬件选择和设计，对所有硬件并不都是完全了解，如果放在实际情况中，这是不可行的。其次在整定参数的过程中，出现了即使参数相同但控制效果也不一的情况，基于时间有限我没有去深究是系统可靠性还是温度范围的关系；在以后的学习工作中应该寻根问底解决类似的问题。

无论如何，经过一个多月的努力，本次毕业设计及论文终于完成了，整个毕业设计过程中我体会到：

毕业设计是一个不断学习的过程，从最初对基于s7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的模糊认识到最后从软、硬件到实际控制都有一定的见解，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白了理论，而没有经过实践考察，对知识的理解往往不够明确，通过这次毕业设计真正实现了理论与实际相结合。

总之，通过这次毕业设计,我深刻领悟到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要问题，要耐心、要善于运用已有的资源来帮助自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从全局考虑，完成一步之后再作下一步，这样才更加有实效。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8uyo.html