涂料研磨機(jī)生產(chǎn)過程優(yōu)化設(shè)計(jì)研究畢業(yè)論文

前言MCGS(Monitor

and

Control

Generated

System)是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，是一套32位工控組態(tài)軟件，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備。MCGS組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。同時(shí)使用MCGS組態(tài)軟件能夠避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要介紹了涂料研磨機(jī)生產(chǎn)過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在整個(gè)控制系統(tǒng)中，以PC機(jī)作為上位機(jī)，利用MCGS組態(tài)軟件操作、監(jiān)督整個(gè)控制過程。以PLC作為下位機(jī)傳輸信號。在控制過程中，利用PLC采集研磨機(jī)的工作溫度并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送到上位機(jī)組態(tài)畫面上顯示。上位機(jī)給定溫度，然后將檢測到的研磨機(jī)的工作溫度與給定溫度進(jìn)行比較，若有偏差則將偏差送到冷卻水控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到達(dá)到最佳狀態(tài)，完成優(yōu)化。本文主要容分為五章，第一章為緒論，主要對本文工作做大體概述。第二章為相關(guān)知識概述，主要介紹的是MCGS組態(tài)軟件，可編程控制器，與研磨機(jī)相關(guān)知識。第三章為研磨機(jī)溫度檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第四章介紹了優(yōu)化相關(guān)知識。第五章全文總結(jié)。由于設(shè)備和資料限制，本文不當(dāng)和錯(cuò)誤之處在所難免，敬請讀者批評指正。緒論研磨是涂料生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，使用研磨分散設(shè)備完成，而所選用的研磨分散設(shè)備對顏料在涂料中的分散狀態(tài)，最佳顏料性能（著色力、遮蓋力、耐候性等）的利用性能，以與由此而導(dǎo)致的漆液和涂膜的性能，也起著非常重要的作用。因此，選擇先進(jìn)、高效率的分散研磨設(shè)備，是生產(chǎn)保證高質(zhì)量的涂料產(chǎn)品不可忽視的重要環(huán)節(jié)研磨機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于油漆涂料、化妝品、食品、日化、染料、油墨、藥品、磁記錄材料、鐵氧體、感光膠片等工業(yè)領(lǐng)域的高效研磨分散設(shè)備。目前，大多數(shù)研磨機(jī)的控制都是由運(yùn)行人員手工進(jìn)行操作，靠近現(xiàn)場，影響了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)浪費(fèi)人力。另外，由于人工操作的局限性等因素，是系統(tǒng)無法長期穩(wěn)定的運(yùn)行在最佳狀態(tài)，影響涂料的均勻性，且浪費(fèi)能源。因此，研磨機(jī)自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有其必要性。研磨機(jī)自控系統(tǒng)可以使操作人員遠(yuǎn)離現(xiàn)場，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。在涂料研磨過程中，會由于各種原因使涂料的研磨結(jié)果無法令人滿意，同時(shí)考慮到生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，需要對控制系統(tǒng)選擇適當(dāng)?shù)目刂品桨高M(jìn)行優(yōu)化研究，本文主要是在了解學(xué)習(xí)涂料研磨機(jī)與其生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)上，對其生產(chǎn)過程中存在的問題進(jìn)行分析，應(yīng)用優(yōu)化算法對其生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化，然后在優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)仿真，驗(yàn)證效果。過程中主要涉與到的知識有涂料生產(chǎn)過程的相關(guān)工藝知識，MCGS組態(tài)軟件與可編程控制器的應(yīng)用。2相關(guān)知識概述2.1MCGS組態(tài)軟件相關(guān)知識簡介2.1.1MCGS組態(tài)軟件簡介MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是昆侖通態(tài)自動化軟件科技研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)其具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。2.1.2MCGS組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活·完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程·真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，運(yùn)行于Win95/98/NT/2000平臺·提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構(gòu)造圖形界面·支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等700多種國外眾多常用設(shè)備·支持溫控曲線、計(jì)劃曲線、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線·支持ODBC接口，可與SQLServer、Oracle、Access等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫互聯(lián)·支持OPC接口、DDE接口和OLE技術(shù)，可方便的與其他各種程序和設(shè)備互聯(lián)·提供漸進(jìn)色、旋轉(zhuǎn)動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達(dá)到良好的動畫效果·上千個(gè)精美的圖庫元件，保證快速的構(gòu)建精美的動畫效果·功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫同步構(gòu)建，保證多個(gè)系統(tǒng)完美結(jié)合·完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括通訊網(wǎng)，寬帶通訊網(wǎng)，ISDN通訊網(wǎng)，GPRS通訊網(wǎng)和無線通訊網(wǎng)2.1.3組態(tài)軟件的支持設(shè)備采集板：康拓、研華、中泰、研祥、同維、華控、艾迅、華遠(yuǎn)、科日新、雙諾·PLC：富士、三菱、松下、GE、LG、AB、莫迪康、歐姆龍、西門子、臺達(dá)、和利時(shí)·智能儀表：昆侖天辰、浙大中控、日本島電、宇光、虹潤、上潤、霍尼韋爾、歐姆龍、歐陸、東輝大延、橫河、天瑞麟、亞特克、英華達(dá)·智能模塊：昆侖海岸、研華、磐儀、威達(dá)、研祥、中泰、華控小麻雀、牛頓、研發(fā)·稱重儀表：托利多、志美CB920·變頻器：倫茨、西門子、AB、華為、臺達(dá)2.2可編程控制器相關(guān)知識簡介2.2.1可編程控制器簡介可編程過程控制器(ProgrammableController)，因?yàn)樵缙谥饕獞?yīng)用于開關(guān)量的控制，因此也稱為PLC(programmableLogiccontroller)，即是可編程邏輯控制器?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。由于PLC日趨完善，加上系統(tǒng)本身特有高可靠性，較好的抗干擾能力，應(yīng)該說在各種設(shè)備控制系統(tǒng)中用PLC比用計(jì)算機(jī)可靠性更高，維護(hù)保養(yǎng)更為方便。它可以用來對由傳統(tǒng)的繼電器-接觸器組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，如液壓泵、主疏水泵、錨機(jī)、空壓機(jī)的控制系統(tǒng)等，同時(shí)也可以用PLC組成新一代涂料生產(chǎn)控制系統(tǒng)2.2.2PLC的基本組成和各部分作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本一樣。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。PLC各部分的作用1)中央處理單元(CPU)CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù):(1)接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù):(2)診斷電源、PLC部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤;(3)用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來;(4)PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作;(5)將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。2)存儲器根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:(1)系統(tǒng)程序存儲器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM。(2)用戶程序存儲器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。(3)工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有組件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。組件映象寄存器用來存儲PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。它存儲用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放A/O轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。3)I/O單元I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以與其它一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行組件。4)電源部分PLC一般使用220V的交流電源，部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V,+12V,+24V的直流電源，使PLC能正常工作。5)擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以與功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6)通信接口為了實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其它的PLC或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí).可將過程圖像顯示出來;當(dāng)與其它PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。7)編程器編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。2.2.3PLC的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可與時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路與設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增與人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.2.4PLC選用的PLC必須滿足被控對象的控制要求，選用的PLC不僅要著眼于現(xiàn)在，還要考慮到將來反戰(zhàn)的需要，在滿足上述兩個(gè)前提的情況下，力求使系統(tǒng)具有比較好的性價(jià)比。根據(jù)被控對象的控制要求。確定整個(gè)系統(tǒng)的輸入，輸出設(shè)備的數(shù)量，從而確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，包括開關(guān)量I/O、模擬量I/O以與特殊功能模塊等，空分估計(jì)被控對象和工廠今后發(fā)展的需要，所選的PLC的I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)留有一定的余量。另外，在性價(jià)比不大的情況下，盡可能選用同類型中功能強(qiáng)的新一代PLC，設(shè)計(jì)步驟如下圖所示：圖2-1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟Fig2-1PLCcontrolsystemdesignprocedure2.2.5PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下問題：

1)輸入回路的設(shè)計(jì)

(1)電源回路

PLC供電電源一般為

AC85—240V（也有DC24V），適應(yīng)電源圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。

(2)PLC上DC24V電源的使用各公司

PLC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，同時(shí)作好防短路措施（因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響PLC的運(yùn)行）。

(3)外部DC24V電源

若輸入回路有

DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠時(shí)，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與

PLC的

DC24V的“—”端以與“COM”端相連，否則影響PLC的運(yùn)行。

2)輸出回路的設(shè)計(jì)

各種輸出方式之間的比較

（1）繼電器輸出：

優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2A／點(diǎn)；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至幾百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬次以上，響應(yīng)時(shí)間為10ms。

（2）晶閘管輸出：

帶負(fù)載能力為0.2A/點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動作，響應(yīng)時(shí)間為1ms。

（3）晶體管輸出：

最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶

DC

5—30V的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為0．5A/點(diǎn)，但每4點(diǎn)不得大于0.8A。

當(dāng)你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時(shí)，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計(jì)簡單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為10次／min以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PLC輸出驅(qū)動達(dá)林頓三極管（5—10A），再驅(qū)動負(fù)載，可大大減小。

3)擴(kuò)展模塊的選用

對于小的系統(tǒng)，如80點(diǎn)以的系統(tǒng)．一般不需要擴(kuò)展；當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)與擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展仍不能滿足要求時(shí)，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時(shí)，有些廠家產(chǎn)品的個(gè)別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時(shí)要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時(shí)，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關(guān)的技術(shù)手冊。

4)PLC的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

當(dāng)用PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，其難度比PLC單機(jī)控制大得多。首先你應(yīng)選用自己較熟悉的機(jī)型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應(yīng)仔細(xì)了解。否則，不能適應(yīng)你的實(shí)時(shí)要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。

5)軟件編制

若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應(yīng)先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯(cuò)，速度也快2.3研磨機(jī)相關(guān)知識簡介2.3.1研磨機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理研磨機(jī)的結(jié)構(gòu)：主要由支架、軸承座、研磨座、動磨盤、定磨盤、活動研磨蓋、皮帶輪與電機(jī)組成。研磨機(jī)工作原理：電機(jī)帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，皮帶輪帶動主軸上的動磨盤旋轉(zhuǎn)，使動磨盤和定磨盤產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使在兩盤中間的物料粉碎，并從兩盤縫隙中落在落料箱中。出料粒度可通過調(diào)節(jié)手輪來調(diào)節(jié)兩盤的間隙達(dá)到控制粒度目的。研磨機(jī)的功用：主要用于研磨工件中的高精度平面、外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋面和其他型面。研磨機(jī)的主要類型有圓盤式研磨機(jī)、轉(zhuǎn)軸式研磨機(jī)和各種專用研磨機(jī)。①圓盤式研磨機(jī):分單盤和雙盤兩種，以雙盤研磨機(jī)應(yīng)用最為普通。在雙盤研磨機(jī)上，多個(gè)工件同時(shí)放入位于上、下研磨盤之間的保持架，保持架和工件由偏心或行星機(jī)構(gòu)帶動作平面平行運(yùn)動。下研磨盤旋轉(zhuǎn)，與之平行的上研磨盤。2.3.2研磨概述研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。它是利用磨具通過磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過程。經(jīng)研磨加工的工件精度可達(dá)到亞微米級，磨盤的轉(zhuǎn)速不能太高，磨料在磨盤上是隨機(jī)分布的，密度不均勻，工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制：磨料相互問既有相對作用力，又有相對運(yùn)動，造成了磨料之間產(chǎn)生相互切削作用，即磨料磨磨料，造成了浪費(fèi)；磨料與從工件上磨下的碎屑混和在一起，磨料不能充分發(fā)揮作用，降低了加工效率；研磨加工中，需要嚴(yán)格控制冷卻液的流量，防止沖走磨料：較硬的磨料容易嵌入較軟的工件表面，會影響工件的使用性能：磨盤產(chǎn)生的磨損影響加工工件的面形精度，要求經(jīng)常修整磨盤等等。正因?yàn)閭鹘y(tǒng)的散粒磨料研磨存在上述不足，其使用圍逐漸受到了限制。因此，努力尋求其他方法改進(jìn)傳統(tǒng)的研磨技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。2.3.3研磨存在的問題目前普遍采用的傳統(tǒng)散粒慢速研磨，存在的缺點(diǎn)主要有:1.磨料散置于磨盤上，為避免磨料飛濺，磨盤轉(zhuǎn)速不能太高，因此加工效率低; 2.磨料與從工件上磨下的碎屑混淆在一起,不能充分發(fā)揮切削作用，而且還要與這些碎屑一起被清洗掉，浪費(fèi)能源、浪費(fèi)磨料;3.磨料在磨盤上是隨機(jī)分布的，其分布密度不均，造成對工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制;特別是磨料與工件間的相對運(yùn)動具有隨機(jī)性，這也增加了工件面形精度的不確定因素;4.在研磨加工中要嚴(yán)格控制冷卻液的流量，以避免沖走磨料，這使得冷卻效果變差，容易引起工件升溫，造成加工精度下降;5.大顆粒磨料起主要切削作用，易劃傷工件表面，所以對磨料尺寸均勻性要求高;6.磨料能嵌入軟材質(zhì)的工件表面，影響工件的使用性能;7.在研磨中磨料之間相互切削，浪費(fèi)磨料;8.磨盤磨損后修整難，需要三個(gè)磨盤對研;9.各道工序間清洗工件要嚴(yán)格;10.工人勞動強(qiáng)度大，對工人操作技術(shù)水平要求高3研磨機(jī)溫度檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1引言目前大多數(shù)研磨機(jī)的控制都是由運(yùn)行人員手工進(jìn)行操作，靠近現(xiàn)場，影響了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)浪費(fèi)人力。另外，由于人工操作的局限性等因素，使系統(tǒng)無法長期穩(wěn)定的運(yùn)行在最佳狀態(tài)，影響涂料的均勻性，且浪費(fèi)能源。因此，涂料研磨機(jī)生產(chǎn)過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)有其必要性。本文主要針對研磨機(jī)的溫度進(jìn)行檢測控制。整體思路：在整個(gè)控制系統(tǒng)中，以PC機(jī)作為上位機(jī)，利用MCGS組態(tài)軟件操作、監(jiān)督整個(gè)控制過程。以PLC作為下位機(jī)傳輸信號。在控制過程中，利用PLC采集研磨機(jī)的工作溫度并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送到上位機(jī)組態(tài)畫面上顯示。上位機(jī)給定溫度，然后將檢測到的研磨機(jī)的工作溫度與給定溫度進(jìn)行比較，若有偏差則將偏差送到冷卻水控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到達(dá)到最佳狀態(tài)。3.2MCGS組態(tài)軟件的設(shè)置在研磨機(jī)的溫度檢測控制系統(tǒng)中PC機(jī)作為上位機(jī)，利用MCGS組態(tài)軟件操作，監(jiān)控整個(gè)控制過程。3.2.1MCGS通用監(jiān)控系統(tǒng)的主要特性1)簡單靈活的可視化操作界面。MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。用戶可以使用系統(tǒng)的缺省構(gòu)架，也可以根據(jù)需要自己組態(tài)配置，生成各種類型和風(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格的圖形界面和標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面以與帶有動畫效果的工具條和狀態(tài)條等。2)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，充分利用了32位Windows操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時(shí)操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。例如MCGS在處理數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動和異常處理等關(guān)鍵任務(wù)時(shí)，可在主機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間插空進(jìn)行像打印數(shù)據(jù)一類的非關(guān)鍵性工作，實(shí)現(xiàn)并行處理。3)豐富、生動的多媒體畫面。MCGS以圖像、圖符、報(bào)表、曲線等多種形式，為操作員與時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)與異常報(bào)警等有關(guān)信息;用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動態(tài)顯示效果;對圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動畫效果。MCGS還為用戶提供了豐富的動畫構(gòu)件，每個(gè)動畫構(gòu)件都對應(yīng)一個(gè)特定的動畫功能。MCGS還支持多媒體功能，能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫于一體的漂亮生動的工程畫面。4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便.MCGS由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分與其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干，而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。5)支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)”。MCGS針對外部設(shè)備的特征，設(shè)立設(shè)備工具箱，定義多種設(shè)備構(gòu)件，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，賦予相關(guān)的屬性，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的驅(qū)動和控制。用戶在設(shè)備工具箱中可方便地選擇各種設(shè)備構(gòu)件。不同的設(shè)備對應(yīng)不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其它構(gòu)件和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，因此MCGS是一個(gè)“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備的局部改動，而影響整個(gè)系統(tǒng)。6)方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。MCGS開辟了“運(yùn)行策略”窗口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構(gòu)件，用圖形化的方法和簡單的類Basi。語言構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)自由、精確地控制運(yùn)行流程，同時(shí)也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。7)用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性高。MCGS中數(shù)據(jù)的存儲不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理。組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫:運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對象和報(bào)警信息的存儲也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫中的存盤數(shù)據(jù)。8)設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便。對象元件庫，實(shí)際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時(shí)，可把制作完好的對象(包括圖形對象、窗口對象、策略對象以至位圖文件等)以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當(dāng)前的工程所用，隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴(kuò)大和豐富。這樣解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。組態(tài)工作將會變得越來越簡單方便。9)實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理?？紤]到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(DistributedComputerCooperatorWork，分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式)技術(shù)，來使分散在不同現(xiàn)場之間的采集系統(tǒng)和工作站之間協(xié)同工作，不同的工作站之間通過MCGS可以實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。3.2.2監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成MCGS監(jiān)控系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分，用戶所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的日標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS監(jiān)控系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如下圖所示:圖3-1MCGS系統(tǒng)組態(tài)環(huán)境、組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行環(huán)境關(guān)系圖Fig3-1Therelationbetweenconfigurationenvironmentandoutcomedata-baseforMCGS由MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成。窗口是屏幕中的一塊空間，是一個(gè)“容器”，直接提供給用戶使用。在窗口，用戶可以放置不同的構(gòu)件，創(chuàng)建圖形對象并調(diào)整畫面的布局，組態(tài)配置不同的參數(shù)以完成不同的功能。在MCGS的單機(jī)版中，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只能有一個(gè)主控窗口和一個(gè)設(shè)備窗口，但可以有多個(gè)用戶窗口和多個(gè)運(yùn)行策略，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中也可以有多個(gè)數(shù)據(jù)對象。MCGS用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面，組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或構(gòu)件，同時(shí)可以對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行可視化處理。3.2.3MCGS組態(tài)畫面設(shè)計(jì)首先打開MCGS組態(tài)軟件，在用戶窗口中建立新的窗口，然后命名為研磨機(jī)監(jiān)控界面圖3-2建立窗口Fig3-2Buildwindow根據(jù)所需完成畫面圖3-3研磨機(jī)溫度監(jiān)控界面Fig3-3Paintgrindertemperaturemonitorscreen然后定義數(shù)據(jù)變量，定義容是：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值、確定與數(shù)據(jù)量存盤的相關(guān)參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時(shí)間圍和保存期限。3.3可編程控制器的設(shè)置在控制系統(tǒng)中PLC作為下位機(jī)傳輸信號，將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換傳送到上位機(jī)組態(tài)畫面上進(jìn)行顯示，所以在PLC中最主要的部分就是A/D（模/數(shù)）、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換程序，程序如下：注釋：這是模數(shù)轉(zhuǎn)換程序的最開始的兩句程序，用以來確認(rèn)整個(gè)模塊為A/D模塊A/D轉(zhuǎn)換程序如下：注釋：1.通道初始化：將h3300寫入FX2N-4AD的BFM#0,建立模擬輸入通道（ch1，ch2），信號輸入圍為-10～+10V。將FX2N-4AD的BFM#5中的數(shù)據(jù)讀入FX2N主單元，并保存到D0到D1中。D/A轉(zhuǎn)換程序：注釋：1.通道初始化：將H3300寫入FX2N-4DA的BFM#0，建立通道（ch1，ch2）2.將數(shù)據(jù)寄存器D10中的數(shù)據(jù)寫入到FX2N-4DA的BFM#1.3.4MGCS組態(tài)軟件和PLC的聯(lián)機(jī)由于上位機(jī)用MCGS來進(jìn)行操作和監(jiān)督，PLC作為下位機(jī)進(jìn)行傳輸信號，所以兩者要進(jìn)行聯(lián)機(jī)。在設(shè)備窗口下我們可以通過接口讓人機(jī)界面和PLC連接起來，在設(shè)備窗口下添加通用串口父設(shè)備，然后在父設(shè)備下添加設(shè)備0-三菱FX232。圖3-4設(shè)備窗口Fig3-4equipmentwindow通過設(shè)置它的通道讓人機(jī)界面里的數(shù)據(jù)和PLC中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，步驟如下：1.首先對串口父設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，包括COM口，波特率（9600），奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位（7位）等設(shè)置。2.對子設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，建立通道D0和D10，其中D0用于A/D轉(zhuǎn)換后存放采集來的溫度，D10用來存放給定溫度。通過這種方式就把MCGS和三菱PLC連接在一起了。通過MCGS便可以控制設(shè)備達(dá)到數(shù)據(jù)交換的功能。4基于遺傳算法的PID參數(shù)尋優(yōu)4.1前言PID控制是工業(yè)過程控制中應(yīng)用最廣泛的控制策略之一，其基本思想是將偏差的比例，積分和微分三參數(shù)通過線性組合構(gòu)成控制器，對被控對象進(jìn)行控制，采用PID控制時(shí)，系統(tǒng)控制品質(zhì)的優(yōu)劣取決于上述三參數(shù)的整定。在過程控制領(lǐng)域中，對控制品質(zhì)的要求越來越高，且控制對象越來越復(fù)雜，特別是在具有純滯后特性的工業(yè)過程中，因PID控制器的局限性，控制器的參數(shù)難以自動調(diào)整，因此PID控制器參數(shù)的優(yōu)化成為人們關(guān)注的問題，它直接影響控制效果的好壞，并和系統(tǒng)的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著密不可分的關(guān)系。目前PID參數(shù)的優(yōu)化方法有很多，如單純法，專家整定法則應(yīng)用廣泛。雖然這些方法都具有尋優(yōu)性，但存在著一些弊端，單純法對初值比較敏感，容易陷入局部最優(yōu)化解，造成尋優(yōu)失?。粚＜艺ǚ▌t需要太多經(jīng)驗(yàn)，不同的目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)不同的經(jīng)驗(yàn)，而整理知識庫是一項(xiàng)長時(shí)間的工程，因此本文選用了遺傳算法來進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)，該方法是不需要任何初值信息并可以尋求全局最優(yōu)解的，最高效的優(yōu)化組合方法。遺傳算法是一種模擬生物進(jìn)化機(jī)制的隨機(jī)全局優(yōu)化搜索方法，具有很強(qiáng)的全局優(yōu)化能力與魯棒性。遺傳算法屬于直接搜索法，對適應(yīng)函數(shù)基本無限制，既不要求函數(shù)連續(xù)，也不要求函數(shù)可微，因而采用遺傳算法對PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)是一種較好的方法。4.2遺傳算法遺傳算法是建立在自然選擇和自然遺傳學(xué)機(jī)理基礎(chǔ)上的迭代自適應(yīng)概率性算法，它由美國學(xué)者Holland于1975年提出，其基本思想是將待求解問題轉(zhuǎn)換成由個(gè)體組成的演化群體和對該群體進(jìn)行操作的一組遺傳算子，經(jīng)歷生成—評價(jià)—選擇—操作的演化過程，反復(fù)進(jìn)行，直到搜索到最優(yōu)解。4.2.1遺傳算法的主要特點(diǎn)遺傳算法是解決搜索問題的一種通用算法，對于各種通用問題都可以使用。搜索算法的共同特征為：首先組成一組候選解；1）依據(jù)某些適應(yīng)性條件測算這些候選解的適應(yīng)度；2）根據(jù)適應(yīng)度保留某些候選解，放棄其他候選解；3）對保留的候選解進(jìn)行某些操作，生成新的候選解。4）在遺傳算法中，上述幾個(gè)特征以一種特殊的方式組合在一起：基于染色體群的并行搜索，帶有猜測性質(zhì)的選擇操作、交換操作和突變操作。這種特殊的組合方式將遺傳算法與其它搜索算法區(qū)別開來。編碼編碼實(shí)際問題參數(shù)集計(jì)算適值運(yùn)算：復(fù)制交叉變異群體t解碼群體t+1群體t+1群體t改善或解決實(shí)際問題滿足要求？圖4-1遺傳算法Fig4-1GA遺傳算法還具有以下幾方面的特點(diǎn)：(1)遺傳算法從問題解的串集開始嫂索，而不是從單個(gè)解開始。這是遺傳算法與傳統(tǒng)優(yōu)化算法的極大區(qū)別。傳統(tǒng)優(yōu)化算法是從單個(gè)初始值迭代求最優(yōu)解的；容易誤入局部最優(yōu)解。遺傳算法從串集開始搜索，覆蓋面大，利于全局擇優(yōu)。(2)許多傳統(tǒng)搜索算法都是單點(diǎn)搜索算法，容易陷入局部的最優(yōu)解。遺傳算法同時(shí)處理群體中的多個(gè)個(gè)體，即對搜索空間中的多個(gè)解進(jìn)行評估，減少了陷入局部最優(yōu)解的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)算法本身易于實(shí)現(xiàn)并行化。(3)遺傳算法基本上不用搜索空間的知識或其它輔助信息，而僅用適應(yīng)度函數(shù)值來評估個(gè)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行遺傳操作。適應(yīng)度函數(shù)不僅不受連續(xù)可微的約束，而且其定義域可以任意設(shè)定。這一特點(diǎn)使得遺傳算法的應(yīng)用圍大大擴(kuò)展。(4)遺傳算法不是采用確定性規(guī)則，而是采用概率的變遷規(guī)則來指導(dǎo)他的搜索方向。(5)具有自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)性。遺傳算法利用進(jìn)化過程獲得的信息自行組織搜索時(shí)，硬度大的個(gè)體具有較高的生存概率，并獲得更適應(yīng)環(huán)境的基因結(jié)構(gòu)。4.3PID控制概述按偏差的比例(Proportional)、積分(Integral)、積分(Derivative)控制，簡稱PID控制。PID控制是過程控制中廣泛應(yīng)用的一種控制。

系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象構(gòu)成。PID控制器是一種線性控制器。它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成偏差：e(t)=r(t)-c(t)。PID控制器是將偏差的比例P、積分I和微分D通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。C(t)比例C(t)比例積分微分被控對象R(t)E(t)+++-圖4-2常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖Fig4-2TheblockdiagramofPIDcontrolsystemPID控制的控制效果的好壞在很大程度上取決于系統(tǒng)的參數(shù)的整定，即控制

器參數(shù)的選擇，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：(1)比例環(huán)節(jié)

比例環(huán)節(jié)能與時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)地偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。比例系數(shù)K，增大，可以加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減小系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是過大會產(chǎn)生較大超調(diào)，甚至導(dǎo)致不穩(wěn)定；若取得過小，能使系統(tǒng)減少超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)裕度增大，但會降低了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使過渡過程時(shí)間延長。根據(jù)系統(tǒng)控制過程中各個(gè)不同階段對過渡過程的要求以與操作量的經(jīng)驗(yàn)，通常在控制的初始階段，適當(dāng)?shù)匕袺，放在較小的檔次，以減小各物理量初始變化的沖擊；在控制過程中期，適當(dāng)加大KP，以提高快速性和動態(tài)精度，而到過渡過程的后期，為了避免產(chǎn)生大的超調(diào)和提高靜態(tài)精度穩(wěn)定性，又將K，調(diào)小。

(2)積分環(huán)節(jié)

積分調(diào)節(jié)可提高系統(tǒng)的抗干擾能力，主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無靜差度，適用于有自平衡性的系統(tǒng)。但它存在滯后現(xiàn)象，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，超調(diào)量變大，并可能產(chǎn)生振蕩。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越小，反之則越強(qiáng)。加大積分系數(shù)T有利于減小系統(tǒng)靜差，但過強(qiáng)的積分作用會使超調(diào)加劇，甚至引起振蕩；減小積分系數(shù)Ti；雖然有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，避免振蕩，減小超調(diào)量，但又對系統(tǒng)消除靜差不利。通常在調(diào)節(jié)過程的初期階段，為防止由于某些因素引起的飽和非線性等影響而造成積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)量，積分作用應(yīng)弱些而取較小的；在響應(yīng)過程的中期，為避免對動態(tài)穩(wěn)定性造成影響，積分作用應(yīng)適中；在過程后期，應(yīng)以較大的Ti；值以減小系統(tǒng)靜差，提高調(diào)節(jié)精度。

(3)微分環(huán)節(jié)

微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。缺點(diǎn)是抗干擾能力差。Td的值對響應(yīng)過程影響非常大。若增加微分作用，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，增加穩(wěn)定性，但也會帶來擾動敏感，抑制外干擾能力減弱，若Td過大則會使響應(yīng)過程過分提前制動從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間；反之，若Td過小，調(diào)節(jié)過程的減速就會滯后，超調(diào)量增加，系統(tǒng)響應(yīng)變慢，穩(wěn)定性變差。因此，對于時(shí)變且不確定系統(tǒng)，Td不應(yīng)取定值，應(yīng)適應(yīng)被控對象時(shí)間常數(shù)而隨機(jī)改變。4.4.基于遺傳算法的PID控制方法

采用遺傳算法進(jìn)行PID三個(gè)參數(shù)的整定，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)與單純形相比，遺傳算法同樣具有良好的尋優(yōu)特性，且它克服了單純形參數(shù)初值的敏感性。在初始條件選擇不當(dāng)?shù)那闆r下，遺傳算法在不需要給出調(diào)節(jié)器初始參數(shù)的情況下，仍能尋找到合適的參數(shù)，使控制目標(biāo)滿足要求。同時(shí)單純形法難以解決多值函數(shù)問題以與在多參數(shù)尋優(yōu)中，容易造成尋優(yōu)失敗或時(shí)間過長，而遺傳算法的特性決定了它能很好地克服以上問題。

(2)與專家整定法相比，它具有操作方便、速度會地優(yōu)點(diǎn)，不需要復(fù)雜地規(guī)則，只通過字串進(jìn)行簡單地復(fù)制、交叉、變異，便可達(dá)到尋優(yōu)。避免了專家整定法中前期大量地知識庫整理工作與大量地仿真實(shí)驗(yàn)。

(3)遺傳算法是從許多點(diǎn)開始并行操作，在解空間進(jìn)行高效啟發(fā)式搜索，克服了從單點(diǎn)出發(fā)的弊端以與搜索的盲目性，