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工業鍋爐模糊控制器的分析研究

時間：2023-02-21 00:18:00 自動化論文我要投稿

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工業鍋爐模糊控制器的分析研究

武漢大學動力機械學院   方友明   潘   笑
江西省電力試驗研究院   鄔   菲
ＦａｎｇＹｏｕｍｉｎｇ   ＰａｎＸｉａｏ   ＷｕＦｅ
摘   要：本文介紹了由ＰＬＣ和單片機組成的工業鍋爐模糊控制器。該控制器具有低成本、抗干擾能力強的優點，應用于工業控制現場，有著重要的現實意義。
關鍵詞：單片機   ＰＬＣ   通訊   模糊控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ?Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｂｏｉｌｅｒｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＰＬＣａｎｄｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ．Ｉｔｈａｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｌｉｓｔｉｃｓｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌｗｏｒｋｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ?ＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ   ＰＬＣ   ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ      Ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ
?中圖分類號?ＴＰ２７３＋．４    ?文獻標識碼?Ａ    ?文章編號?１６０６－５１２３?２００２?０５－００２７－０２
１  前言
      隨著微電子技術和計算機技術的進步，可編程序控制器的功能也得到了突飛猛進的發展。在ＰＬＣ組成的工業控制設備中，大多利用ＰＬＣ的并行接口進行功能的擴展，這就要占用大量的Ｉ／Ｏ點。ＰＬＣ的ＲＳ－２３２接口可以與單片機實現通信，就可充分利用單片機成本低、擴展方便的特點，使ＰＬＣ應用更具靈活性。采用單片機與ＰＬＣ組成的控制系統既具備單片機價格低、功能強的優點，同時又具備ＰＬＣ抗干擾能力強的優點，適用于工業現場控制。
      改進后的系統對輸入信號采取分組分時采樣，極大擴展了系統的容量。模糊算法在ＰＬＣ中實現，控制性能良好。單片機無總線，系統抗干擾能力強。目前國內外還沒有成熟的產品，因此，加強這方面的研究與開發非常必要。
２   系統特點
２．１   系統擴展性好
      系統對輸入信號采用分組分時采樣，極大擴展了系統的容量。
２．２   系統可靠性高
      ＰＬＣ抗干擾能力強，且選用的單片機無總線，更加提高了整套控制系統的抗干擾能力。
２．３   顯示界面直觀、方便
      整個系統的顯示界面包括：水位顯示、閥位顯示、水位計右側壞報警、水位計左側壞報警、超壓報警、泵Ｂ運行、泵Ａ運行、送風機運行、引風機運行等。
２．４   組態靈活方便
      對ＰＬＣ采用梯形圖的組態方式，通過ＣＰＴ編程實現相應的保護聯鎖功能和控制算法，可進行在線編輯，系統組態靈活、修改方便。
２．５   系統結構簡單可靠，便于安裝維護
３   模糊控制理論
３．１   模糊控制理論的基本思想
      對于一些常規方法難以控制的對象，有經驗的操作人員進行手動操作，往往可以收到令人滿意的效果。人的手動控制決策可以用語言加以描述，總結成一系列條件語句，即控制規則。根據控制的基本思想就是利用計算機來實現這些控制規則，而控制規則一般是由語言來表達的，這些語言表達又帶有相當的模糊性。這些規則的形式正是模糊條件語句的形式，可以用模糊數學的方法來描述過程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關系，又可以根據這種模糊關系及某時刻過程變量的檢測值，用模糊邏輯推理的方法得出此時刻的控制量。
      模糊控制器的模型不是由數學公式表達的數學模型，而是由一組模糊條件語句的語言形式，模糊控制器又稱模糊語言控制器。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關控制人員和專家的控制經驗和知識庫組成的知識模型，是基于知識的控制，因此模糊控制屬于智能控制的范疇。
      因此可以說，模糊控制是以人的控制經驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法的數學工具，用計算機來實現的一種智能控制，模糊控制原理如圖１所示。
３．２   模糊控制的特點
      ?１? 模糊控制的計算方法雖然是運用模糊集理論進行的模糊算法，但最后得到的控制規律是確定性的、定量的條件語句；
       ?２? 不需要知道被控對象的數學模型；
      ?３? 同傳統的控制方法相比，更接近于人的思維方法和推理習慣。因此便于現場操作人員的理解和使用，便于人機對話得到更有效的控制規律；
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工業鍋爐模糊控制器的分析研究

sp;     ?４? 模糊控制與計算機密切相關。從控制角度上看，它實際上是一個由很多條件語句組成的軟件控制器。用二值邏輯的計算機來實現，模糊規律經過運算，最后還是進行確定性的控制。
４   控制系統原理框圖
      改進后的工業鍋爐模糊控制器由ＳＹＳＭＡＣＣＰＭ２ＡＰＬＣ和ＡＴ８９Ｃ２０５１?２Ｋ８位ＦＬＡＳＨ?單片機組成，該芯片沒有總線，只有輸入／輸出端，使得系統的抗干擾能力得到很大的提高。
      為了節省系統的投資，在ＰＬＣ只有１２個輸入點的條件下，采用分組時采樣的方法，將２４個信號分兩次采集，全部采集完成后，再進行主程序的控制和計算。工業鍋爐模糊控制器原理如圖２所示：
５   輸入信號分時采樣程序
６   結束語
      本套工業鍋爐模糊控制器充分利用了單片機和可編程控制器的特點，系統具備低成本、抗干擾能力強、控制性能良好等優點，且系統硬、軟件維護簡單方便，尤其適用于工業控制現場，具有廣闊的應用前景。
參考文獻
      ?１? ＳＹＳＭＡＣＣＰＭ２Ａ產品說明書．
      ?２? ＳＹＳＭＡＣＣＰＭ２Ａ編程手冊．
      ?３? 謝宋和編．單片機模糊控制系統設計與應用實例．北京：
電子工業出版社，１９９９
      ?４? 馮冬青編著．模糊智能控制．北京：化學工業出版社，
１９９８．９
      ５? 張曉坤主編．可編程控制器原理及應用．西安：西北工
業大學出版社，１９９９．１２
      ?６? 郭宗仁等編著．可編程序控制器及其通信網絡技術．北
京：人民郵電出版社，１９９９．５
      ?７?  陳寧編．可編程控制器基礎及編程技巧．廣州：華南理
工大學出版社，１９９９．１

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