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基于S7-200 PLC的系統(tǒng)辨識(shí)

1 引言

　　控制系統(tǒng)廣泛存在于化工、石油、造紙、制糖、制藥等工業(yè)部門，從控制的角度來說，其過程的純滯后時(shí)間與主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)之比往往超過0.5，是大純滯后過程。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)過程進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。本文以中藥提取罐作為控制對(duì)象、以s7-200 plc作為控制器和辨識(shí)器硬件，對(duì)中藥提取溫度控制對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，建立其數(shù)學(xué)模型。

2 階躍響應(yīng)法

　　在經(jīng)典的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中，通常采用傳遞函數(shù)來描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。系統(tǒng)辨識(shí)就是要建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。經(jīng)典的傳遞函數(shù)辨識(shí)方法可以分為時(shí)域法和頻域法兩種。傳遞函數(shù)辨識(shí)的時(shí)域方法又包括階躍響應(yīng)法、脈沖響應(yīng)法和矩形脈沖響應(yīng)法等，其中以躍響應(yīng)法最為常用。階躍響應(yīng)法利用階躍響應(yīng)曲線對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，階躍響應(yīng)曲線即輸入量作階躍變化時(shí)，系統(tǒng)輸出的變化曲線。利用階躍響應(yīng)曲線來確定傳遞函數(shù)的方法很多，常用的有近似法、半對(duì)數(shù)法、切線法、兩點(diǎn)法和面積法等。兩點(diǎn)法中最古老也是最有名的方法是küpfmüller方法，一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的模型參數(shù)k、t、τ可以直接從階躍響應(yīng)曲線上求得。

3 s7-200 plc

　　s7-200 plc是西門子公司開發(fā)的小型化的plc，它的用戶程序中可以包括位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等的指令，對(duì)于8個(gè)以下閉環(huán)的小型控制系統(tǒng)，它也能提供價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。step 7icro/win軟件中包含了一個(gè)pid整定控制面板，它能夠以圖形的方式來監(jiān)視pid回路，用于啟動(dòng)自整定序列，取消自整定序列，還可以將推薦整定值或者設(shè)計(jì)的整定值應(yīng)用到實(shí)際控制中去。本文利用step 7icro/win軟件中的pid整定控制面板來輸出階躍信號(hào)，采集對(duì)象的階躍響應(yīng)信號(hào)并繪制階躍響應(yīng)曲線。

4 中藥提取罐溫度控制數(shù)學(xué)模型的建立

　　4.1溫度控制對(duì)象的傳遞函數(shù)

　　溫度控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是控制溫度對(duì)象的熱能吸收和或釋放（本系統(tǒng)是通過蒸汽加熱溶媒從藥材中提取中藥，可忽略化學(xué)反應(yīng)及其可能的放熱或吸熱效應(yīng)），由熱能工程學(xué)以及傳熱學(xué)可知，溫度對(duì)熱能傳遞而言是一個(gè)大滯后量。忽略工業(yè)生產(chǎn)中的一些次要因素，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，可采用一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)作為控制模型

PC和PLC自由口通信在數(shù)碼顯示中的應(yīng)用

　　自由通信模式下plc的控制程序可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令（xmt）和接收指令（rcv）來控制通信操作。s7-200的cpu處于run模式時(shí)，能夠進(jìn)行自由端口通訊。在這一模式下，用戶可以通過plc程序來選擇協(xié)議，可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令（xmt）和接收指令（rcv）來進(jìn)行通信操作。在run模式下，對(duì)于port0（port1），當(dāng)smb30協(xié)議選擇域（mm）置1（smbi30協(xié)議選擇域（mm）置1）時(shí)，便選擇了自由端口模式。在stop狀態(tài)下，自由端口模式被禁止，cpu能夠與可編程設(shè)備（如編程器）之間通信。

　　plc程序分為主程序和中斷程序。主程序完成初始化通訊口、開中斷、判斷、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，中斷程序完成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。接收指令（rcv）啟動(dòng)或終止接收信息功能，必須為接收操作開始和結(jié)束條件。發(fā)送指令（xmt）在自由口模式下依靠通信口發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　初始化通信程序：

　　ld sm0.0

　　movb 16#05， smb30 // // 初始化自由口：sm30=“ppdbbbmm" =16#05=0000