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摘要温度作为工农业生产的重要被控对象之一，一直是人们研究的主要对象。设计中选用在MCGS通用版的基础上开发的嵌入式组态软件MCGSE，对现场数据进行采集处理，融合动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等功能，更方便用户解决实际工程问题，广泛应用于自动化领域。控制芯片选用可编程序控制器（PLC）S7300，拥有模块化结构，配置易于分布式实现，电磁兼容性较好，能抗震动冲击，在多数实际工业控制场合满足需要，经济上也很可观。设计中选取盘管出水口温度作为控制对象，采用PID算法达到稳定、快速、准确的要求。
关键词温度；纯滞后；PID；MCGSE；S7300
中图分类号S126文献标识码A文章编号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
工農业过程控制中，温度是一个不可或缺的控制对象，例如，在温室大棚里，有些农作物需要一定温度的水进行灌溉，这就要求控制水温。在管道传输过程中，温度的滞后性表现尤为明显，给控制增加了难度。为此，笔者选取盘管代替实际工程中的各种现场过程的管道传输，研究出水口温度与进水口温度间的滞后环节，选用MCGSE组态软件做上位机对现场状态进行监控，希望能够为实际工程应用提供借鉴和参考，从而使实际方案更加符合实际运作要求[1-9]。
采用s7300，系统将现场工业总线MPI网络作为载体，以WinCCnexible为监控软件组态的HMITP277作为人机操作界面，构成一个分布式控制系统，从而实现温度的自动控制。
1控制对象建模与控制算法设计
1.1盘管出水口温度控制对象建模
1.1.1数学模型的建立。
由于流经盘管的热水在温度上存在着纯滞后，温度的传递测量也存在着纯滞后，因此控制对象存在明显的纯滞后。分析盘管出水口温度控制对象的机理，冷水进过锅炉内胆加热后，通过水泵提供动力源，热水流过盘管，检测盘管出水口的温度，具有非震荡特性和自平衡的特点，是一个衰减最终稳定过程，因此可以用比例环节、二阶惯性环节和一个延迟环节来简化。机理确定下来，得到传递函数如下：
G（s）=Ke-τs（T1s+1）（T2s+1）（1）
式中，K为过程放大增益。系统运行到稳态时，输出的幅值与输入的幅值之比即为K。T1和T2（T1>T2）分别为两个不同的时间常数；τ此处为纯滞后的时间常数。
由式（1）可知，以上方法所建立的数学模型中包含K、T1、T2和τ共4个等待测量的参数。该设计选用阶跃响应曲线法。
1.1.2数学模型的参数理论分析。
经分析可知，盘管出水口温度控制对象的模型可以分解为二阶环节加上一个纯滞后环节，如下式：
关键词温度；纯滞后；PID；MCGSE；S7300
中图分类号S126文献标识码A文章编号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
工農业过程控制中，温度是一个不可或缺的控制对象，例如，在温室大棚里，有些农作物需要一定温度的水进行灌溉，这就要求控制水温。在管道传输过程中，温度的滞后性表现尤为明显，给控制增加了难度。为此，笔者选取盘管代替实际工程中的各种现场过程的管道传输，研究出水口温度与进水口温度间的滞后环节，选用MCGSE组态软件做上位机对现场状态进行监控，希望能够为实际工程应用提供借鉴和参考，从而使实际方案更加符合实际运作要求[1-9]。
采用s7300，系统将现场工业总线MPI网络作为载体，以WinCCnexible为监控软件组态的HMITP277作为人机操作界面，构成一个分布式控制系统，从而实现温度的自动控制。
1控制对象建模与控制算法设计
1.1盘管出水口温度控制对象建模
1.1.1数学模型的建立。
由于流经盘管的热水在温度上存在着纯滞后，温度的传递测量也存在着纯滞后，因此控制对象存在明显的纯滞后。分析盘管出水口温度控制对象的机理，冷水进过锅炉内胆加热后，通过水泵提供动力源，热水流过盘管，检测盘管出水口的温度，具有非震荡特性和自平衡的特点，是一个衰减最终稳定过程，因此可以用比例环节、二阶惯性环节和一个延迟环节来简化。机理确定下来，得到传递函数如下：
G（s）=Ke-τs（T1s+1）（T2s+1）（1）
式中，K为过程放大增益。系统运行到稳态时，输出的幅值与输入的幅值之比即为K。T1和T2（T1>T2）分别为两个不同的时间常数；τ此处为纯滞后的时间常数。
由式（1）可知，以上方法所建立的数学模型中包含K、T1、T2和τ共4个等待测量的参数。该设计选用阶跃响应曲线法。
1.1.2数学模型的参数理论分析。
经分析可知，盘管出水口温度控制对象的模型可以分解为二阶环节加上一个纯滞后环节，如下式：