真空退火爐PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、裝訂線畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙課題名稱真空退火爐PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院/專 業(yè) 班 級學(xué) 號學(xué)生姓名畢 業(yè) 論 文 指導(dǎo)教師：2016年5月24日II摘 要本篇文章主要講的是真空退火爐的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。大家都知道真空退火爐是許多金屬熱處理工藝中的一種非常重要必不可少的設(shè)備，而真空度和溫度是真空退火爐的主要被控變量，對溫度和真空度的精確控制是確保其產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要保證。也會(huì)是說，退火爐溫度和真空度控制的穩(wěn)定性和精度會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了基于PLC的真空退火爐溫度真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)，用PLC實(shí)現(xiàn)溫度和真空度的自動(dòng)控制不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器的精準(zhǔn)控制還能避免不必要的電力損耗。

2、在論文正文部分，詳細(xì)介紹了設(shè)備的組成部分和功能原理以及設(shè)計(jì)過程，以鋯絲的真空退火工藝為例，畫出退火過程流程圖。然后列出PLC的輸入輸出點(diǎn)的分配表以及通用存儲(chǔ)器的分配表，畫出PLC原理圖，編寫出PLC程序。最后由于循環(huán)水閥門仍需人憑借經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)開啟，最后介紹了模糊控制的原理以待備用。關(guān)鍵字：真空退火爐 PLC 模糊控制ABSTRACT This article is mainly about the design of PLC control system of vacuum annealing furnace. We all know that vacuum annealing furnace

3、is a kind of many metal heat treatment process is very important and indispensable equipment, vacuum and temperature is mainly controlled variable vacuum annealing furnace, precise control of temperature and vacuum is to ensure a one of the important guarantee of the quality of the product. Also sai

4、d, the accuracy and stability of furnace temperature and vacuum control will directly affect the quality of the products. The graduation design of vacuum annealing furnace temperature vacuum degree of PLC automatic control system based on PLC to realize the automatic control of temperature and vacuu

5、m degree not only to achieve precise control of the electric machine can avoid the unnecessary losses. In the main part of the thesis, introduces the components and functions of the principle and design of process equipment, using zirconium wire vacuum Annealing process, for example, draw annealing

6、process flow diagram. Then make a list of the PLC input and output point allocation table and of a universal memory allocation table, draw the PLC schematic written PLC program. At the end of the circulating water valve still require the person with manual opening of experience. At last, the paper i

7、ntroduces the fuzzy control principle to wait for backup.Key Words: vacuum annealing furnace PLC fuzzy control II目 錄第一章 緒論11.1選題背景及研究意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展11.3本文研究的主要內(nèi)容2第二章 真空退火爐的工作原理與工藝過程分析32.1真空退火爐的結(jié)構(gòu)分析32.2 真空退火爐工作原理42.3技術(shù)指標(biāo)分析52.4退火工藝過程分析6第三章真空退火爐PLC控制硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.1 控制系統(tǒng)總體布局73.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7第四章真空退火爐軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)104

8、.1 輸入輸出分配表104.2 PLC選型114.3 程序流程圖12第五章模糊控制在在循環(huán)水與溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的介紹165.1模糊控制的基本概念165.2模糊控制實(shí)現(xiàn)的步驟與方法16總結(jié)19致謝20參考文獻(xiàn)21附錄22第一章 緒論1.1選題背景及研究意義我是在南京佑天金屬科技有限公司完成我的實(shí)習(xí)時(shí)光的，南京佑天金屬科技有限公司從事的是鈦、鋯、鉿的結(jié)晶冶煉和絲材的拉制生產(chǎn)的。為了消除絲材拉制過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，對絲材進(jìn)行真空退火處理是非常必要的。而采用PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了公司真空退火爐的自動(dòng)化這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)對真空退火爐的精準(zhǔn)控制還可以避開用電高峰讓機(jī)器晚上自行完成退火任務(wù)，既節(jié)省能源又能

9、減少人力創(chuàng)造一定的效益。而且如果產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝改變了，只要改變程序PLC控制系統(tǒng)又可以繼續(xù)很好地控制機(jī)器完成退火任務(wù)。又因?yàn)榫退阍谏a(chǎn)環(huán)境不好的情況下，PLC還是能夠很好地運(yùn)行,所以PLC得適應(yīng)能力是毋庸置疑的。PLC能獨(dú)立完成很多功能，像定時(shí)、計(jì)數(shù)、邏輯運(yùn)算等等它都能完美完成,而且它還能對算術(shù)進(jìn)行運(yùn)算，開關(guān)量進(jìn)行處理,模擬量進(jìn)行控制,為了完成分層控制，還能夠與電腦行成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。由于PLC形態(tài)較小,構(gòu)造緊密,、輕便、程序設(shè)計(jì)用時(shí)較少,裝配與維修簡單容易實(shí)施,有了這些優(yōu)點(diǎn)再加上診斷功能,它的可信賴程度非常高。所以,在傳統(tǒng)的工業(yè)改造與小型電子技術(shù)創(chuàng)新的進(jìn)程里,以前大家用的繼電器控制系統(tǒng),大部分

10、現(xiàn)在都被PLC代替。因此PLC具有很深的潛力,PLC的硬件標(biāo)準(zhǔn)化,并通過各種軟件程序來滿足不同用戶的控制要求。它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵部位,多數(shù)工程師都很信賴它, 愈來愈多的工業(yè)生產(chǎn)問題因?yàn)樗玫搅私鉀Q了。過了這么長時(shí)間,PLC變成了自動(dòng)化工業(yè)控制的核心裝置,并且對各種自動(dòng)控制設(shè)備提供了可靠的控制應(yīng)用。PLC之所以能成長成現(xiàn)在這個(gè)樣子,是因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)安全可信的自動(dòng)化控制和提供更好的處理方法,可以用來滿足當(dāng)代的工業(yè)和廠家的自動(dòng)化生產(chǎn)需求。把真空熱處理方法的PLC技術(shù)用在生產(chǎn)上,一定能夠讓生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有更良好的性能。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展當(dāng)今時(shí)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外都對產(chǎn)品的規(guī)格進(jìn)

11、行了嚴(yán)格要求，另一方面生產(chǎn)量又在不斷增加，為了保證通過真空退火處理過的產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能符合對產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。在不僅在提高真空退火爐性能的情況下，還能降低能耗這個(gè)技術(shù)難題引起了國內(nèi)外業(yè)界的廣泛關(guān)注。在最近的三百年來，一些發(fā)達(dá)國家從真空退火爐的熱源、設(shè)備結(jié)構(gòu)、爐溫控制系統(tǒng)和退火工藝等各個(gè)方面進(jìn)行了認(rèn)真的研究。而且還開發(fā)出了許許多多的新型產(chǎn)品，像流風(fēng)機(jī)、高溫軸、加熱元件等等很多。這些創(chuàng)新在提高退火爐加熱速度，退火爐溫度的均勻性，提升退火產(chǎn)品質(zhì)量，降低電能消耗耗，總之就是在退火爐的綜合技術(shù)性能上實(shí)現(xiàn)了新的突破。在我國，退火爐平均熱效率為百分之五十八，一些發(fā)達(dá)國家比我國在這個(gè)項(xiàng)上要高出百分之八十

12、左右。鋼退火爐的容量一般為10噸到40噸不等。通常情況下，1千噸鋼年生產(chǎn)需要配備15 到 20臺(tái)退火爐。用能方式有電，柴油，煤氣。間歇式和連續(xù)型退火爐，在帶、板、箔的生產(chǎn)過程中是不可缺少的機(jī)器，而控制則是實(shí)現(xiàn)退火的重要條件之一，高強(qiáng)度的鋁合金管、棒型材生產(chǎn)也需要退火這個(gè)工藝。在1998年，八百多臺(tái)國內(nèi)退火爐，包括現(xiàn)代空氣循環(huán)爐的一百八十多臺(tái)，80%的退火爐集中在鋼鐵企業(yè)。而在1985年，世界上還不會(huì)建立連續(xù)退火爐氣墊，可能是因?yàn)橥顿Y較大的原因。而現(xiàn)在大批量退火爐在技術(shù)上的創(chuàng)新開發(fā)，已經(jīng)完全可以充分滿足生產(chǎn)要求，而且每噸產(chǎn)品所消耗得能亮也會(huì)低很多。因此，退火爐具有良好的發(fā)展前景。1.3本文研究的

13、主要內(nèi)容本文會(huì)對真空退火爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，特別是對它的抽真空系統(tǒng)會(huì)有詳細(xì)的介紹。首先要確定本文是在真空退火爐的基礎(chǔ)上加上PLC控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，并切提出整體得設(shè)計(jì)思路。根據(jù)本人實(shí)習(xí)期間所接觸的鋯絲退火工藝把真空退火爐的各部分工作原理確定下來，并畫出示意圖特別是抽真空系統(tǒng)示意圖。再通過對真空退火爐結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的分析把各個(gè)部件和型號確定下來，并根據(jù)設(shè)計(jì)思路將各個(gè)部件進(jìn)行整合連接。綜合所有外圍部件，配置好PLC的輸入輸出表。最后設(shè)計(jì)抽真空的工藝流程，編寫PLC梯形圖程序。因?yàn)檠h(huán)水閥門的開啟程度仍需人為判斷和控制，最后本文簡單介紹了模糊化控制。第二章 真空退火爐的工作原理與工藝過程分析2.1真空退

14、火爐的結(jié)構(gòu)分析. 圖2.1真空退火爐實(shí)物1. 后爐門 2.爐殼 3.真空規(guī)組件 4.爐膽 5.控溫?zé)犭娕冀M件 6.前爐門 7.水冷電機(jī) 8.變壓器柜圖2.2真空退火爐結(jié)構(gòu)示意圖以上圖型號真空退火爐為例，它主要由爐門、爐膽、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)詳見圖2.22.2 真空退火爐工作原理PA2羅茨泵 爐膽 羅茨泵泵體冷卻器 VP2 PA PA VP2擴(kuò)散泵泵體冷卻器VP3 旋片泵 PA3 VP1 PA1擴(kuò)散泵 VP1圖2.3 抽真空系統(tǒng)原理圖 上圖中VP為氣動(dòng)閥門，PA為真空傳感器。對于溫度控制,工業(yè)控制機(jī)技術(shù)要求的加熱速度,保持時(shí)間,保溫溫度參數(shù),設(shè)置傳輸?shù)絇LC。PLC和熱電

15、偶信號反應(yīng)的定位點(diǎn)進(jìn)行比較的邏輯運(yùn)算結(jié)果的某些頻率可控觸發(fā)脈沖固態(tài)繼電器,外圍表面在操作關(guān)閉設(shè)置值。2.3技術(shù)指標(biāo)分析(1)熱處理溫度分析由于鋯和鉿材料退火溫度分別為680，720，因此設(shè)定真空爐使用最高溫度為720。(2)有效工作區(qū)分析真空退火爐體為臥式圓柱型，實(shí)際爐膛0.9*0.9*3.14*2.1=5.34立方米，有效工作區(qū)為0.7*0.7*3.14*2.1=3.23立方米。 (3)真空度分析由以前的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)退火產(chǎn)品退火要求最低真空度為6.0×10-2Pa，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)要留下一定余量所以設(shè)定工作真空度范圍為60×10-2Pa60×10-3Pa，空爐提高溫度

16、過程中可以允許的最高真空度為13 X 10-3Pa。(4)其他技術(shù)指標(biāo)a.漏氣率15×10-2升·帕秒；b.工作區(qū)爐溫均勻性在工作范圍內(nèi)±10。整個(gè)真空爐系統(tǒng)投入運(yùn)行前進(jìn)行爐c.升溫速度200小時(shí)d.抽真空速度60×10-1Pa25分鐘；60X10-2Pa30分鐘：13X10-3Pa125分鐘；2.4退火工藝過程分析本文以南京佑天金屬鋯絲的真空退火工藝為例，而真空退火是鋯絲由半成品到成品必須要經(jīng)過的的重要工藝過程。鋯是一種高熔點(diǎn)稀有金屬，熔點(diǎn)在一千八百攝氏度左右，沸點(diǎn)在四千四百攝氏度左右。鋯是一種極耐腐蝕，只能k溶于氫氟酸和王水的稀有金屬。在隔絕空氣、清

17、潔的條件下對鋯采取消除應(yīng)力或再結(jié)晶退火,可以很好地解決加工硬化、恢復(fù)金屬塑性等問題。熱退火處理有很多方法,但采用真空退火這項(xiàng)技術(shù)對鋯絲進(jìn)行退火,是一項(xiàng)較先進(jìn)的金屬處理方式在少有金屬加工領(lǐng)域中。它因?yàn)闊崽幚砀蓛?、沒有污染、成本低、防氧化、形變小等等許多優(yōu)點(diǎn)引起了人們愈來愈受到人們的關(guān)注。一般情況下,真空退火時(shí)要求真空度達(dá)到6.6*10-2PA,溫度滿足680攝氏度，同時(shí)保溫，保溫時(shí)間最少為一個(gè)小時(shí)。第三章 真空退火爐PLC控制硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)總體布局設(shè)備一般以PLC為控制核心,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為監(jiān)督和顯示。利用熱電偶獲取溫度信號,通過可控脈沖固態(tài)繼電器比較一組值輸出來控制溫度。使用

18、真空度的真空傳感器返回的信號,計(jì)算根據(jù)真空度下,驅(qū)動(dòng)電磁閥和真空泵,使真空退火爐實(shí)現(xiàn)所需的真空度?？傮w布局示意圖如圖3.1所示手動(dòng)控制面板工業(yè)控制機(jī)PLC水泵固態(tài)繼電器溫度傳感器真空度傳感器真空管道電磁閥擴(kuò)散泵羅茨泵旋片泵真空退火爐圖3.1總體布局示意圖3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(1)上位機(jī):選擇工業(yè)控制機(jī)、自動(dòng)編程系統(tǒng),編程PLC輸入和實(shí)時(shí)監(jiān)控,故障顯示,顯示屏幕。計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力,提高工作者的工作環(huán)境,PC奔騰3處理器。完美的功能和易于管理。(2)下位機(jī):選擇一個(gè)西門子S-7 300PLC可編程序控制器實(shí)現(xiàn)對真空退火爐的控制。降低機(jī)器與可編程序控制器,抗干擾能力強(qiáng),

19、在相對惡劣的操作環(huán)境在長期運(yùn)行可靠,容易控制操作:(3)控制電柜:用于安裝可編程控制器,控制電路和操作面板。（定制）(4)溫度傳感器:爐溫測量(K型熱電偶 上海普光)。(5)壓力傳感器:測量爐內(nèi)的真空度(使用從國外進(jìn)口)。(6)固態(tài)繼電器:用來控制組件的執(zhí)行。（國產(chǎn)名優(yōu)）(7)電磁閥:位于真空管道的組件。應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)的真空退火爐（國產(chǎn)名優(yōu)）(8)各種泵體:主要有抽低真空旋片泵,用于抽中真空羅茨泵,用于抽高真空擴(kuò)散泵,還有循環(huán)水水泵。(9)其他部分:電阻絲和絕緣屏幕,以及爐底板?？刂葡到y(tǒng)共分為由三級真空泵組成的抽真空控制系統(tǒng)，電爐絲加熱控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)，循環(huán)水暫時(shí)不參與控制，而供電系統(tǒng)

20、為手動(dòng)操作。故只介紹另外2種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。工控機(jī)PLC真空退火爐 真空傳感器 監(jiān)控 管理 抽真空系統(tǒng)圖3.2抽真空系統(tǒng)工作原理旋片泵抽初級真空，旋片泵和羅茨泵結(jié)合抽中級真空。擴(kuò)散泵準(zhǔn)備，待達(dá)到一定真空度并且擴(kuò)散泵準(zhǔn)備好以后打開擴(kuò)散泵抽高級真空。真空退火爐工控機(jī)PLC 熱電偶 監(jiān)控 管理固態(tài)繼電器觸發(fā)模塊圖3.3溫度控制系統(tǒng)工作原理 工業(yè)控制機(jī)下達(dá)命令，由PLC進(jìn)行控制，由于真空爐的爐內(nèi)空間還是比較大的，而熱電偶測量范圍有限，所以為了達(dá)到工藝要求和爐溫的均勻性，我們可以把它分成兩區(qū)進(jìn)行控溫,（南區(qū)和北區(qū)),南區(qū)和北區(qū))，熱電偶把爐內(nèi)溫度轉(zhuǎn)化為電信號后傳輸?shù)絇LC上，PLC再根據(jù)內(nèi)部的自適應(yīng)PID

21、控制算式和工藝設(shè)定的溫度速率，聯(lián)系兩個(gè)區(qū)的溫度再通過相互比較的總體控制計(jì)算出兩個(gè)區(qū)所需的脈沖觸發(fā)信號，發(fā)送計(jì)算出的信號觸發(fā)兩個(gè)區(qū)的固態(tài)繼電器，讓它通路，從而真空爐電阻絲得電，進(jìn)行輻射加熱，最后將溫度在工業(yè)控制檢測管理程序上顯示出來。序號信號功能序號信號功能I0.0水泵按鈕開關(guān)Q4.0水泵接觸器I0.1旋片泵按鈕開關(guān)Q4.1旋片泵接觸器I1.0VP1開Q4.7VP1接觸器I1.1VP1關(guān)I1.2VP1開Q5.0VP1接觸器I1.3VP1關(guān)I0.3羅茨泵按鈕開關(guān)Q4.2羅茨泵接觸器I1.4VP2開Q5.1VP2接觸器I1.5VP2關(guān)I1.6VP2開Q5.2VP2接觸器I1.7VP2關(guān)I0.3擴(kuò)散泵

22、按鈕開關(guān)Q4.3擴(kuò)散泵接觸器I2.0VP3開Q5.3VP3接觸器I2.1VP3關(guān)I0.4羅茨泵泵體冷卻器開關(guān)Q4.4羅茨泵泵體冷卻器接觸器I0.5擴(kuò)散泵泵體冷卻器開關(guān)Q4.5擴(kuò)散泵泵體冷卻器接觸器I0.6電爐絲開關(guān)Q4.6電爐絲接觸器I2.2旋片泵過熱繼電器常開觸點(diǎn)Q5.4PA真空傳感器開關(guān)I2.3羅茨泵過熱繼電器常開觸點(diǎn)Q5.5PA1真空傳感器開關(guān)I2.4擴(kuò)散泵過熱繼電器常開觸點(diǎn)Q5.6PA2真空傳感器開關(guān)Q5.7PA3真空傳感器開關(guān)第四章真空退火爐軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 輸入輸出分配表模擬量定義序號信號功能序號信號功能AIW0南區(qū)熱電偶輸入AIW1南區(qū)固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖AIW2北區(qū)熱電偶輸入

23、AIW3北區(qū)固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖AIW4擴(kuò)散泵熱電偶輸入AIW5PA真空傳感器輸入AIW6PA1真空傳感器輸入AIW7PA2真空傳感器輸入AIW8PA3真空傳感器輸入輸入輸出寄存器分配定義表輸入寄存器寄存器功能輸出寄存器寄存器功能V1400錯(cuò)誤代碼寄存器V2000南區(qū)固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖V1650真空傳感器PAV2001北區(qū)固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖V1651真空傳感器PA1V1652真空傳感器PA2V1653真空傳感器PA3V7660南區(qū)熱電偶溫度數(shù)據(jù)V7661北區(qū)熱電偶溫度數(shù)據(jù)4.2 PLC選型因?yàn)榇舜蔚南到y(tǒng)控制對象為真空退火爐, 而S7-300型號的PLC可以滿足控制要求.下面的表格是它的模塊選型:

24、 序號模塊名稱型號特點(diǎn)1中央處理單元CPU315處理速度快，適用于中規(guī)模I/O配置2開關(guān)量輸入輸出模塊SM323能通過不同數(shù)字執(zhí)行元件和傳感器把S7-300與過程連接3模擬量輸入輸出模塊SM3344個(gè)輸入端 2個(gè)輸出端4溫度控制模塊FM355運(yùn)行速度快，PID算法和自優(yōu)化算法4.3 程序流程圖Y水泵開開始 VP1開YN滿足條件？PA1小于104PANY輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)有無故障輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)YN輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)NVP1開有無故障旋片泵開有無故障抽低真空空輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)擴(kuò)散泵開YN輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)滿足條件？N啟動(dòng)擴(kuò)散泵加熱盤T>250Y有無故障NY抽中真空VP2開YNNN條件滿

25、足？P2小于9.9*100pa輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)有無故障NY條件滿足？VP2關(guān)PA1小于9.9*102PAN輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)YY有無故障VP2開有無故障抽 高 真 空有無故障YNN輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)結(jié)束依次關(guān)閉VP3 VP2 VP1 VP1及擴(kuò)散泵 羅茨泵 旋片泵開關(guān)計(jì)時(shí)半個(gè)小時(shí)電爐絲加熱停止達(dá)到溫度680攝氏度并保溫一個(gè)小時(shí)YN電爐絲加熱條件滿足？PA<6.6*10-2PA輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)YN啟動(dòng)羅茨閥有無故障Y輸出錯(cuò)碼并轉(zhuǎn)入手動(dòng)有無故障第五章 模糊控制在在循環(huán)水與溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的介紹5.1模糊控制的基本概念模糊控制是當(dāng)今最新的控制方法之一,和其他控制方法相比它的控制方法很獨(dú)特

26、，特別是是否直接建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面。在用傳統(tǒng)的控制方法實(shí)行控制時(shí),一般情況下我們要先得到對象的數(shù)學(xué)模型?？墒窃谏顚?shí)踐中,被控對象的數(shù)學(xué)模型不清楚沒有明確的數(shù)據(jù)的情況也是有很多的。尤其是是對于一些時(shí)變、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)一般情況下是不能獲取精確的數(shù)學(xué)模型的。所以在這種情況下還基于數(shù)學(xué)模型的話那么有效可靠的控制是不太可能的。因此,我們要需要尋找新的控制方法。在日常生活中,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),有很多有經(jīng)驗(yàn)的操作人員雖然對數(shù)學(xué)模型一點(diǎn)都不了解,但卻能夠靈活有效地控制系統(tǒng)的執(zhí)行。這是因?yàn)椴僮鲉T的控制系統(tǒng)是基于直觀體驗(yàn),由檢驗(yàn)采取相應(yīng)決策在實(shí)踐中可以很好的完成控制任務(wù)。經(jīng)驗(yàn)通常是一系列包含語言變量的值的條件語句和

27、規(guī)則,所以人類經(jīng)驗(yàn)與模糊條件語句有很多類似的地方。然后,語言變量量化,再然后,模糊控制系統(tǒng)上的實(shí)時(shí)輸入像閱讀進(jìn)行處理,相對應(yīng)的控制方法就會(huì)產(chǎn)生。這就是模糊控制方法一種新穎的控制方法。模糊控制在實(shí)踐中有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):事先不知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型,因此這些模型不是容易獲得的對象或不能獲得可以采用模糊控制規(guī)則被認(rèn)為是。由于人類經(jīng)驗(yàn)控制條件語句總結(jié)說,所以,對于那些不熟悉模糊控制理論,也要學(xué)。一個(gè)控制方法很容易學(xué)習(xí)。模糊控制適用于工業(yè)生產(chǎn)過程中,對象是模糊的,這種控制方法可以反映其優(yōu)勢比其他控制方法?？刂埔?guī)則是人類經(jīng)驗(yàn)的反映,但每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)都是不完全相同的,因此,控制規(guī)則,一旦主優(yōu)化。雖然模糊控制

28、應(yīng)用越來越廣泛,并已進(jìn)入家用電器控制的日常生活如洗衣機(jī)、電飯煲等等,但它畢竟是一個(gè)缺點(diǎn):新的控制方式的發(fā)展, 能滿足的控制要求高,自我調(diào)節(jié)能力欠缺,等等,但由于模糊控制技術(shù)的不斷進(jìn)步,缺陷將繼續(xù)解決,所以模糊控制仍被視為非常希望良好的控制方法。5.2模糊控制實(shí)現(xiàn)的步驟與方法輸入模糊控制器、對象以及反饋信號和輸出一同組成了模糊控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型控制系統(tǒng)和模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)并沒有太大的區(qū)別。只是用模糊控制系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)器、能夠控制數(shù)字的管理器或能夠控制數(shù)字的系統(tǒng)。實(shí)際上,模糊控制器起了把模糊控制系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)連接起來的作用。找到一個(gè)模糊控制器,輸入和輸出準(zhǔn)確無誤的數(shù)值

29、。實(shí)際上模糊控制的本質(zhì)就是模擬人類得思維、怎樣去積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn),這是對規(guī)則的先總結(jié)和后推理。所以一定要把輸入數(shù)據(jù)(如溫度)轉(zhuǎn)變成另一個(gè)形式(如溫度"高","中","低")這樣一個(gè)模糊的過程,和推理的結(jié)果(如閥門"半開放"、"開放")轉(zhuǎn)變成實(shí)際精確修正,去模糊化過程。模糊控制器運(yùn)行主要有三大步驟:第一步模糊化,第二步模糊推理,最后一步反模糊化。下面將就來對這3個(gè)主要步驟進(jìn)行詳細(xì)說明：(1) 模糊化在模糊控制中,可以把輸入變量比如如位移偏移量、溫度變量等等這些叫做語言變量,而把偏移量的"大

30、"和"小",溫度的"高"和"低"叫做這個(gè)語言變量的語言值。在實(shí)際應(yīng)用的控制的過程中,我們規(guī)定物理量可以劃分為NL 、NM、Ns 、ZR 、Ps、PM、PL這7個(gè)級別。每個(gè)語言值和模糊子集都是一一對應(yīng)的。所以進(jìn)行模糊化,就應(yīng)該先要把這些模糊子集的隸屬度函數(shù)確定下來。(2)模糊推理模糊推理也常常被人認(rèn)為是對規(guī)則的評價(jià),很顯然模糊推理也是模糊控制器的很關(guān)鍵的一步。在一般的實(shí)用過程中,語言的控制習(xí)慣在進(jìn)行模糊推理之前就應(yīng)該根據(jù)操作者或者專家的知識和經(jīng)驗(yàn)確定下來并存儲(chǔ)于PLC之中,當(dāng)然了,這些規(guī)則還要在試驗(yàn)的過程中不斷地完善、修改和優(yōu)

31、化才行。規(guī)則的典型形式為:如果 Y是A 并且 X是B則Z是C,即采用了電腦匯編語言中人們常用的IFTHEN的條件語句的形式。而在這里面"IF"也就是如果后面緊跟的詞就叫做前件也有人叫它條件,"THEN"后面緊跟的詞又被大家叫做后件也就是結(jié)果,在這里面輸入變量就是X和Y,推理的結(jié)果就是Z。所以說X、Y、z在模糊推理中都是模糊量。若干這樣的規(guī)則就可以組成這樣一個(gè)一個(gè)實(shí)際的模糊控制器了,而輸入、輸出也可以是多個(gè)變量。使用規(guī)則就和模糊控制的講的差不多。而有多少組規(guī)則,規(guī)則中的重復(fù)組數(shù),隸屬函數(shù)的圖形狀態(tài)等等都都靈活到可以自己去更改重置的。所以很多東西都可以增強(qiáng)控

32、制的靈敏度,但也有缺點(diǎn),它會(huì)使系統(tǒng)的建立和調(diào)整變得不那么容易把握,后果就是必須經(jīng)過反復(fù)的修改和調(diào)試才能使其符合要求。在模糊控制之中,推理方法有很多很多種,其中常用的就是最大最小法。這種方法雖不是最優(yōu)的方法,但卻是用的最多的方法,大多數(shù)的模糊控制,不管是實(shí)現(xiàn)軟件功能還是實(shí)現(xiàn)硬件功能都使用這種方法。最大一最小法的模糊運(yùn)算，可以分為4步實(shí)現(xiàn)：輸入量的模糊化，輸入量隸屬度求值列出。如果有多個(gè)輸入量, 最小的條件是我們最應(yīng)該先先找到的,在同一個(gè)規(guī)則規(guī)定下,此時(shí) 輸入隸屬度最小值就能夠代替條件隸屬度,假如兩個(gè)條件變量是由"AND"連接的這時(shí)候取最小值就能夠說明兩變量是關(guān)聯(lián)的,這時(shí)我們選

33、擇其中最小值,則可以同時(shí)滿足這兩個(gè)條件。前件隸屬度與后件隸屬函數(shù)一起進(jìn)行取最小值運(yùn)算從而得到各規(guī)則的結(jié)果。采用最大值是因?yàn)樽畲笾蛋薪Y(jié)論,這是由于這些規(guī)則既有一點(diǎn)聯(lián)系,又相互獨(dú)立,有一種說不清楚的關(guān)系，所以選擇最大值才能滿足要求。真空退火爐系統(tǒng)中的循環(huán)水冷卻裝置可以冷卻爐腔、擴(kuò)散泵以及加熱用的固態(tài)繼電器。下面我們就通過擴(kuò)散泵循環(huán)水冷卻為例講述輸入輸出的模糊控制過程。若每一個(gè)輸入量分成3級，那么相應(yīng)就有9條規(guī)則，若按每個(gè)輸入語言變量分成7級，總共就有49條規(guī)則，完全可以全部覆蓋 。(3)反模糊化把語言表達(dá)的模糊量變換為精確的數(shù)值這個(gè)過程叫做反模糊化,因?yàn)閷?shí)際控制總是要確切的數(shù)值數(shù)據(jù)以數(shù)學(xué)模型

34、為基礎(chǔ)所以我們也不得不這么做。把所有的模糊輸出量用數(shù)學(xué)方法合成一個(gè)特定的結(jié)果的過程就是反模糊化的過程,其實(shí)也就是用模糊子集的隸屬度計(jì)算出確定的輸出數(shù)值的過程。由這種算法控制的PLC與普通的PLC相比較的不同之處是：這種PLC可以根據(jù)溫度和壓力的不同使得冷卻水的流量得以控制，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況將通水閥門開啟到不同程度，以解決冷卻水流量較小會(huì)影響擴(kuò)散泵不能及時(shí)冷卻的問題，從而避免擴(kuò)散泵的使用壽命縮短和故障發(fā)生，同時(shí)解決了冷卻水流量較大影響其他設(shè)備使用冷卻水的問題。而普通的PLC只控制冷卻水閥門的開和關(guān)的兩個(gè)狀態(tài)，在工作過程中仍需要根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)手調(diào)其開啟的大小，不能形成自動(dòng)控制，顯然滿足不了設(shè)備的需求?？偨Y(jié) 真空退火爐本身存在著能耗大，控制不精確的缺點(diǎn)。通過本文的設(shè)計(jì)能夠?qū)@些問題有一定的改善，PLC能夠精確地對真空