基于模糊控制的PLC在溫度控制中的應用

1、電氣傳動2005年第35卷第8期基于模糊控制的PLC在溫度控制中的應用基于模糊控制的PLC在溫度控制中的應用張雪平王志斌121.宜賓學院2.四川大學摘要:結合工業(yè)電爐的溫度控制,介紹了一種基于模糊控制的PLC溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的位式調節(jié)器和PID調節(jié)器超調大的缺點,充分發(fā)揮PLC控制靈活、編程方便、適應性強的優(yōu)點,提高了控制的精確度。關鍵詞:模糊控制PLC溫度控制ApplicationoftheFuzzyControlBasedonPLCinTemperatureControlZhangXuepingWangZhibinAbstract:Joiningtemperaturecont

2、roloftheindustryelectricstove,thispaperintroducesakindsystemoffuzzycontrollerbasedonPLCintemperaturecontrol.ThesystemovercomesweaknessofsuperadjustingwithtraditionalregulatorandPIDregulator,ithasadvantagescontrolflexible,programmingconvenient,adaptable,increasestheaccuracyofthecontrol.Keywords:fuzzy

3、controlPLCtemperaturecontrol1引言溫度控制是工業(yè)生產過程中很重要的一種控制。溫度控制系統(tǒng)一般具有大慣性、大延時的特點。在工業(yè)控制中,溫度系統(tǒng)的數學模型難以確切建立。工業(yè)現(xiàn)場對溫度控制,常用有位式調節(jié)器和PID控制器等。位式調節(jié)器作為一種溫度控制儀表,具有一些無法消除的缺陷,當爐溫大于給定值時不加電壓,會導致超調大,常有控制精度差或出現(xiàn)失控;模擬式PID或數字式PID有較好的控制效果,但工作條件在大范圍內變化時,PID控制器的參數難以確定,使PID控制器不能總是處于最佳狀態(tài),而且在控制過程中將發(fā)生大的超調。隨著PLC技術的不斷發(fā)展,各PLC廠家推出了適于各類過程控制的

4、智能專用模塊,采用模糊控制不僅對被控對象參數變化適應性強,而且在對象模型結構發(fā)生較大改變時,也能獲得較好的控制效果。本文介紹的基于模糊控制論的PLC溫度控制系統(tǒng),克服了超調大的問題,提高了控制精度。2PLC溫度控制系統(tǒng)基于模糊控制的PLC溫度控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1PLC溫度控制系統(tǒng)本系統(tǒng)采用FX2微型機,配以模擬量輸入輸出模塊FX-4AD、FX-2DA,該機掃描速度快,抗干擾力強。利用輸入點將按等級劃分的偏差信號轉化為開關量信號引入PLC,然后根據偏差的大小決定輸出值的大小。在爐溫上升到給定值的90%以前,采取全壓控制,節(jié)省升溫時間;待爐溫上升到給定值的90%時采用模糊控制,提高控制基于模糊

5、控制的PLC在溫度控制中的應用電氣傳動2005年第35卷第8期精度;當爐溫上升到給定值的102.1%時,采取失壓控制,使爐溫快速下降。設定溫度700,熱電偶電勢(029.13mV)送給放大電路放大,放大信號與基準電壓2V比較,轉換為高低電平信號送給PLC,對于采樣信號執(zhí)行模糊算法的控制程序,輸出信號經放大,通過晶閘管控制爐溫。量模糊集U為U=(E×EC)R求出控制決策U,再按隸屬函數中位數方法得到相應的控制增量 u,再經計算機離線反復調試修正,得到模糊控制表。實時控制時,根據輸入偏差與輸入偏差變化率的模糊值直接查找控制表,獲得控制量。模糊控制表如表1所示。表1模糊控制表-5-4-3-

6、2-1-0+0-56655430-46554320-35543210-25-15041423324050544320004332200032100000210000002000000000001113EEC1000-01112335-200001122335-300001123445-400002334566-5000134445663模糊控制的實現(xiàn)3.1模糊控制原理模糊控制的基本原理如圖2所示。圖2模糊控制原理框圖PLC通過采樣獲取被控量的精確值,然后將此量與給定值比較得到誤差信號E,把誤差信號的精確量模糊化變成模糊量,得到了誤差E的模糊語言集合的一個子集e。再由e模糊控制規(guī)則R(模糊關系)

7、,根據推理合成規(guī)則進行決策,得到模糊控制量為u=eoR(式中u為模糊量)。為了對被控對象施加精確的控制,還需將模糊量u轉化為精確的數字量,經D/A轉換,送給執(zhí)行機構,從而對被控對象實施控制。3.2模糊控制的實現(xiàn)本系統(tǒng)采用二維模糊控制。設模糊變量為:e(溫差),ec(溫差變化率),u(輸出量)。輸入輸出變量語言可以表達為:負大(NB),負小(NS),負零(NZ),正零(PZ),正小(PS),正大(PB)。系統(tǒng)中溫差、溫差變化率的基本論域分別為+e、+ec,其范圍為-5,+5,精確量均可劃分為12個等級。輸出量u的論域設定為+u,其范圍定為-6,+6,精確量劃分為14個等級。本系統(tǒng)為雙輸入單輸出模

8、糊控制,根據過程控制的實際經驗得到一系列推理語言規(guī)則,寫成如下形式:IFE=(NB)andEC=(PB)thenU=(PB)例如:溫度偏差(E=e)為負大且偏差變化率(EC=ec)為正大,則輸出控制增量(U= u)應為正大,以減少負偏差,使其趨近于給定值。根據這些模糊條件語句可歸納為模糊關系:R=U(E×EC)U式中,U,×為模糊關系矩陣的“并”和“交”運算。由E,EC及上式推理合成規(guī)則,得到控制增-模糊控制程序作為整個PLC控制程序的一個子程序,包括數據的讀取、模糊推理和控制信號輸出。模糊控制算法的程序流程圖如圖3所示。圖3模糊控制算法流程圖4應用效果將該系統(tǒng)用于燒結配礦

9、試驗電爐的溫度控制,得到相當好的效果。傳統(tǒng)的試驗電爐控制只具備恒溫控制,溫度設定由人工通過溫度控制器的給定電位器設定,試驗準確性很難保證。我們采用該系統(tǒng)對試驗電爐的溫度實施控制,使爐膛的溫度嚴格按給定的溫控曲線變化,如圖4所示。試驗品種改變或試驗參數變化也能保證其精度。(下轉第59頁)繞線機步進驅動自動控制系統(tǒng)電氣傳動2005年第35卷第8期剛性控制的重要因素。根據前述繞線機控制原理及生產工藝要求,利用PLC的梯形圖(LAD)程序設計方法、技巧,觸摸屏與PLC的通信協(xié)議和觸摸屏組態(tài)軟件包,加之一定的編程和工程實踐經驗;可以設計出功能強大、靈活方便、操作簡單的控制軟件。全套控制系統(tǒng)軟件包括:PL

10、C控制程序、觸摸屏PLC通訊程序、觸摸屏組態(tài)軟件3部分。因篇幅所限,僅給出步進電機排線控制軟件子程序流程圖,如圖6所示。利用FX2N-32MT提供的高速脈沖處理指令、邏輯控制指令、算數運算指令及一些特殊功能指令,可較方便地實現(xiàn)對步進電機的升/降速、恒速及正/反轉的運行控制,尤其用PLSY高速脈沖串輸出指令和RAMPPLSY脈沖升/降斜率時間控制指令,可使步進電機達到不失步的升/降速軟起動、軟制動與恒速運行。4結束語利用先進的觸摸屏、PLC、變頻器和步進電機構成的繞線機數字控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)機械耦合式繞線排線系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點,實現(xiàn)了工藝參數或規(guī)格變化下的柔性調整與控制,系統(tǒng)具有控制精度高、操作簡

11、單、運行平穩(wěn)、無噪音等優(yōu)點,可實現(xiàn)各種規(guī)格銅絲的恒張力、等間距、整齊、均勻的繞絲排絲。此外,系統(tǒng)有較廣泛的推廣應用前景,稍加改進和完善后,可以直接應用到造紙、包裝、印染、金屬線材、帶材等不同領域的主動收料或放料速度控制。參考文獻1綦建.QYC專用繞線機的計算機控制系統(tǒng)J.電氣傳動,1997,27(5):32352惠晶,陳劍,吳雷等.基于卷徑參數的卷染機自適應速度控制系統(tǒng)J.電氣傳動,2003,33(6):8113榮.捻線機卷繞成形的柔性控制J.棉紡織技術,2002,30(5):2024收稿日期:2004-07-23修改稿日期:2005-05-12圖6排線控制軟件子程序流程圖(上接第55頁)則個

12、數不受系統(tǒng)硬件限制等特點,降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本,擴大了應用范圍。參考文獻1OrdonezR,PassinoKM.StsbleMulti-inputMulti-outputAdaptiveFuzzy/NeuralControlJ.IEEETrans.onFuzzy圖4試驗電爐溫控曲線Systems,1999(7):3453532PedryczW.AnIdentificationSlgorithminFuzzyRelationSystemsJ.FuzzySetsandSystem,1984(13):1531673TanakaK,SugenoM.StabilityAnalysisandDesignofFuzzyControlSystemsJ.FuzzySetsandSystems,1992(45):1351364馮