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基于S7-200 PLC的系统辨识

1 引言

　　控制系统广泛存在于化工、石油、造纸、制糖、制药等工业部门，从控制的角度来说，其过程的纯滞后时间与主导时间常数之比往往超过0.5，是大纯滞后过程。在设计控制系统时，需要对过程进行系统辨识，建立对象的数学模型。本文以中药提取罐作为控制对象、以s7-200 plc作为控制器和辨识器硬件，对中药提取温度控制对象进行系统辨识，建立其数学模型。

2 阶跃响应法

　　在经典的控制系统分析与设计中，通常采用传递函数来描述系统的动态特性。系统辨识就是要建立系统的传递函数。经典的传递函数辨识方法可以分为时域法和频域法两种。传递函数辨识的时域方法又包括阶跃响应法、脉冲响应法和矩形脉冲响应法等，其中以跃响应法*为常用。阶跃响应法利用阶跃响应曲线对系统传递函数进行辨识，阶跃响应曲线即输入量作阶跃变化时，系统输出的变化曲线。利用阶跃响应曲线来确定传递函数的方法很多，常用的有近似法、半对数法、切线法、两点法和面积法等。两点法中*古老也是*有名的方法是küpfmüller方法，一阶惯性环节加纯滞后环节传递函数的模型参数k、t、τ可以直接从阶跃响应曲线上求得。

3 s7-200 plc

　　s7-200 plc是西门子公司开发的小型化的plc，它的用户程序中可以包括位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等的指令，对于8个以下闭环的小型控制系统，它也能提供价格竞争力的解决方案。step 7icro/win软件中包含了一个pid整定控制面板，它能够以图形的方式来监视pid回路，用于启动自整定序列，取消自整定序列，还可以将推荐整定值或者设计的整定值应用到实际控制中去。本文利用step 7icro/win软件中的pid整定控制面板来输出阶跃信号，采集对象的阶跃响应信号并绘制阶跃响应曲线。

4 中药提取罐温度控制数学模型的建立

　　4.1温度控制对象的传递函数

　　温度控制系统的实质是控制温度对象的热能吸收和或释放（本系统是通过蒸汽加热溶媒从药材中提取中药，可忽略化学反应及其可能的放热或吸热效应），由热能工程学以及传热学可知，温度对热能传递而言是一个大滞后量。忽略工业生产中的一些次要因素，设计控制系统时，可采用一阶惯性环节加纯滞后环节作为控制模型

PC和PLC自由口通信在数码显示中的应用

　　自由通信模式下plc的控制程序可以使用接收中断、发送中断、发送指令（xmt）和接收指令（rcv）来控制通信操作。s7-200的cpu处于run模式时，能够进行自由端口通讯。在这一模式下，用户可以通过plc程序来选择协议，可以使用接收中断、发送中断、发送指令（xmt）和接收指令（rcv）来进行通信操作。在run模式下，对于port0（port1），当sm***协议选择域（mm）置1（smbi30协议选择域（mm）置1）时，便选择了自由端口模式。在stop状态下，自由端口模式被禁止，cpu能够与可编程设备（如编程器）之间通信。