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基于S7-200 PLC的系統辨識

1 引言

　　控制系統廣泛存在于化工、石油、造紙、制糖、制藥等工業部門，從控制的角度來說，其過程的純滯后時間與主導時間常數之比往往超過0.5，是大純滯后過程。在設計控制系統時，需要對過程進行系統辨識，建立對象的數學模型。本文以中藥提取罐作為控制對象、以s7-200 plc作為控制器和辨識器硬件，對中藥提取溫度控制對象進行系統辨識，建立其數學模型。

2 階躍響應法

　　在經典的控制系統分析與設計中，通常采用傳遞函數來描述系統的動態特性。系統辨識就是要建立系統的傳遞函數。經典的傳遞函數辨識方法可以分為時域法和頻域法兩種。傳遞函數辨識的時域方法又包括階躍響應法、脈沖響應法和矩形脈沖響應法等，其中以躍響應法最為常用。階躍響應法利用階躍響應曲線對系統傳遞函數進行辨識，階躍響應曲線即輸入量作階躍變化時，系統輸出的變化曲線。利用階躍響應曲線來確定傳遞函數的方法很多，常用的有近似法、半對數法、切線法、兩點法和面積法等。兩點法中最古老也是最有名的方法是küpfmüller方法，一階慣性環節加純滯后環節傳遞函數的模型參數k、t、τ可以直接從階躍響應曲線上求得。

3 s7-200 plc

　　s7-200 plc是西門子公司開發的小型化的plc，它的用戶程序中可以包括位邏輯、計數器、定時器、復雜數學運算以及與其它智能模塊通訊等的指令，對于8個以下閉環的小型控制系統，它也能提供價格競爭力的解決方案。step 7icro/win軟件中包含了一個pid整定控制面板，它能夠以圖形的方式來監視pid回路，用于啟動自整定序列，取消自整定序列，還可以將推薦整定值或者設計的整定值應用到實際控制中去。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，采集對象的階躍響應信號并繪制階躍響應曲線。

4 中藥提取罐溫度控制數學模型的建立

　　4.1溫度控制對象的傳遞函數

　　溫度控制系統的實質是控制溫度對象的熱能吸收和或釋放（本系統是通過蒸汽加熱溶媒從藥材中提取中藥，可忽略化學反應及其可能的放熱或吸熱效應），由熱能工程學以及傳熱學可知，溫度對熱能傳遞而言是一個大滯后量。忽略工業生產中的一些次要因素，設計控制系統時，可采用一階慣性環節加純滯后環節作為控制模型

PC和PLC自由口通信在數碼顯示中的應用

　　自由通信模式下plc的控制程序可以使用接收中斷、發送中斷、發送指令（xmt）和接收指令（rcv）來控制通信操作。s7-200的cpu處于run模式時，能夠進行自由端口通訊。在這一模式下，用戶可以通過plc程序來選擇協議，可以使用接收中斷、發送中斷、發送指令（xmt）和接收指令（rcv）來進行通信操作。在run模式下，對于port0（port1），當smb30協議選擇域（mm）置1（smbi30協議選擇域（mm）置1）時，便選擇了自由端口模式。在stop狀態下，自由端口模式被禁止，cpu能夠與可編程設備（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、發送數據等功能，中斷程序完成接收和發送數據的功能。接收指令（rcv）啟動或終止接收信息功能，必須為接收操作開始和結束條件。發送指令（xmt）在自由口模式下依靠通信口發送數據。

　　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

　　0101

　　movb 16#b0， smb87 // // 初始化rcv信息控制字符：sm87=16#b0 =1011 0000

　　movb 16#0a， smb89 // // 設定信息結束字符為“16#0d"（smb89 =“16#0d"）

　　movw +5， smw90 // // 設置空閑線超時時間為5ms （smw90=5）

　　movb 100， smb94 // // 設置最大字符數為100（smb94=100）

　　atch int_0， 23 // // 連接中斷0到接收結束事件

　　atch int_2， 9 // // 連接中斷2到發送結束事件

　　eni // // 允許用戶中斷

　　rcv vb100， 0 // // 執行接收指令，接收緩沖區指向vb100

　　4.3 vb通信程序設計

　　上位機通信軟件是在vb環境下開發的，vb語言是基于bbbbbbs操作系統的面向學習對象的程序設計語言。因vb具有強大的圖形顯示功能，可以很容易地開發出界面良好、滿足用戶需求的bbbbbbs標準風格的圖形界面。vb帶有專門管理串行通信的mscomm串行端口控件，程序員在利用該控件時，只需設置、監視其屬性和事件，即可完成對串行口的初始化和數據的傳輸工作，實現plc與pc串行通信。要完成通信必須設置mscomm的如下相關屬性值：

　　（1）commport：設置或傳回通信連接端口代號。

　　（2）settings：設置初始化參數，以字符串的形式設置或傳回連接速度、奇偶校驗、數據位和停止位等參數。

　　（3）portopen：設置或傳回通信連接端口的狀態。

　　（4）bbbbb：從輸入寄存器傳回并移除字符。

　　（5）output：將一個字符串寫入輸出寄存器。

　　（6）bbbbblen：由串行端口讀入的字符串長度。

　　（7）inbuffercoun t：傳回在接收寄存器中的字符數。

　　用vb編制的部分通信程序如下：

　　程序過程名：mscomm1_on comm。它的作用：完成上位計算機（vb監控程序）與下位機（plc）之間的串行通信。