4  软件设计
(1) 系统软件
    PLC系统软件选用STEP7 V5.2软件包，对于系统中的逻辑控制选用梯形图(LADDER)编程，直观、方便;对于模拟量处理和PID回路控制部分则采用语句表(STL)编程，结构紧凑而又灵活。另外，为实现软件冗余，利用SIEMENS公司专门提供的冗余软件包，它实际上是一组系统功能块，供用户在程序中调用、设置，实现用户的软件冗余功能。
    上位机软件选用SIEMENS公司的Wincc V5.1组态软件。Wincc功能强大，可方便快捷地组态出各种操作界面。开放式的数据库系统为用户提供了强大的数据管理功能。
(2) 应用软件设计
    根据该系统具体情况，软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面:
?软件冗余;
?PID算法;
?安全措施。
4.1  软件冗余
(1) 在OB100(热启动模块)中调用系统冗余软件包中的系统功能块FC100。
(2) 在OB1中调用系统功能块FB101。程序如下:
CALL  "SWR_ZYK" , DB5       //调用FB101
DB_WORK_NO   :=DB1         //内部数据块
CALL_POSITION:=TRUE
RETURN_VAL   :=MW110       //返回状态字
EXT_INFO     :=MW112
A     DB5.DBX    9.1           
//冗余状态位，判断是否为从站
JC    M001
CALL  FC    50                
FC50调用所有的控制程序
M001: NOP   0
CALL  "SWR_ZYK" , DB5
DB_WORK_NO   :=DB1
CALL_POSITION:=FALSE          //传送结束
RETURN_VAL   :=MW114
 EXT_INFO     :=MW116
(3) 在OB86中调用冗余诊断程序，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
这段程序用来诊断从站的故障信息，如有问题将切换从站通讯模块。
(4) Wincc中的每个外部变量都连接着CPU中的一个地址，当两台CPU切换时，这些连接地址也要同时切换。WINCC提供了动态向导，可自动产生相关的变量和全局脚本，实现上述转换。
4.2  PID算法
    STEP7提供了两种常用的PID算法:连续型PID(FB41)和离散型PID(FB42)，根据实际要求，选用的是FB41,其框图如图2所示。


PID算法的输出实际上是比例(P)、积分(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次采样时刻的输出值             
MPn:第n次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。       
MIn:第n次采样时刻的积分作用，可以消除静差，提
   高控制品质。         
MDn:第n次采样时刻的微分作用，根据差值的变化
   率调节，可抑制超调。        
SPn:第n次采样时刻的设定值
PVn:第n次采样时刻的过程值
MX:第n-1次采样时刻的积分作用，每次采样计算后
    自动刷新
GAIN:回路增益，P参数  
TI:积分时间常数，即I参数
TD:微分时间常数，即D参数 
TS:采样时间
根据上述原理框图，结合实际工艺要求，编写程序(以供料道温度回路为例)如下:

[NextPage]
L     DB44.DBD    0  
//温度设定值，浮点型
T     #TEMP0
L     PIW  524   //温度反馈值
ITD     
//整型转双整型
DTR     
//双整型转浮点型
L     2.764800e+004
/R    
L     3.200000e+002   
//量程范围320度
*R    
L     9.800000e+002   //零点是980度
+R    
T     #TEMP1  
//温度反馈对应量程范围980-1300度，
计算出浮点型数据。
L     DB44.DBW 4        //阀门开度
ITD   
DTR   
L     2.764800e+002  
//阀门开度转为百分数
/R    
T     #TEMP2
L     DB44.DBD   20
T     #TEMP31
A     M     56.3   //自动标志位
NOT   
=     #TEMP4
CALL  "CONT_C" , DB144 //调用FB1
COM_RST :=FALSE
MAN_ON  :=#TEMP4 
PVPER_ON:=FALSE

[NextPage]
P_SEL   :=TRUE   // 使用P调节
I_SEL   :=TRUE   //使用I调节
INT_HOLD:=FALSE
I_ITL_ON:=FALSE
D_SEL   :=FALSE   //使用D调节
CYCLE   :=T#2S   //采样时间
SP_INT  :=#TEMP   //设定值
PV_IN   :=#TEMP1  //过程值
PV_PER  :=
MAN     :=#TEMP2  //PID自动标志
GAIN    :=DB44.DBD8  //参数P
TI      :=DB44.DBD12  //参数I
TD      :=DB44.DBD16  //参数D
TM_LAG  :=T#2S         
DEADB_W :=#TEMP31  //死区范围
LMN_LLM :=DB44.DBD28  //输出下限
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自动时，将PID输出结果送到输出存储地址
L     DB44.DBW    4
T     PQW  522    //调节阀输出
    程序前部分主要是处理设定值、反馈值并送入中间变量，将阀门开度送入PID模块，保证手/自动无扰动切换。
    调用FB41时，要给各参数赋值。为方便调整，重要参数都存在DB块中，用户可在上位机上随时修改。
     从上面的公式中可以看出，参数P(GAIN)与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢;I参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，唯一的衡量标准就是被控参数(温度、流量等)的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到最佳的控制效果。
4.3  安全措施
(1) 防止误操作 任何设定值都设有上、下限，即不允许输入“离谱”的数据;重要设备的开、停，都需操作员确认;运行中调整设定值，不能直接输入数据，而是按“+”、“-”键，逐步增减。
(2) 报警功能
每个被控参数都设有上、下限报警值及偏差报警值，当运行数据超出这些值时，系统将发出
声光报警，提醒操作者。对于特别重要的参数，变化过快，也在报警之列。
(3) 逻辑连锁 当燃料压力或助燃风压力开关动作时，关闭安全阀;当被控参数(温度或压力)突变时，关闭安全阀；当设定值和过程值的偏差大于安全范围时，相关PID回路切换到手动，以保持输出不变。
5  结束语
    整个控制系统，软件硬件配置和软件设计充分考虑了系统的工艺特点，保护措施完备，操作灵活、控制精度高。