工業(yè)鍋爐模糊控制器的分析研究

工業(yè)鍋爐模糊控制器的分析研究武漢大學(xué)動(dòng)力機(jī)械學(xué)院   方友明   潘   笑
江西省電力試驗(yàn)研究院   鄔   菲
 Ｆａｎｇ Ｙｏｕｍｉｎｇ   Ｐａｎ Ｘｉａｏ   Ｗｕ Ｆｅ
摘   要：本文介紹了由ＰＬＣ和單片機(jī)組成的工業(yè)鍋爐模糊控制器。該控制器具有低成本、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)   ＰＬＣ   通訊   模糊控制
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１  前言
      隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，可編程序控制器的功能也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在ＰＬＣ組成的工業(yè)控制設(shè)備中，大多利用ＰＬＣ的并行接口進(jìn)行功能的擴(kuò)展，這就要占用大量的Ｉ／Ｏ點(diǎn)。ＰＬＣ的ＲＳ－２３２接口可以與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，就可充分利用單片機(jī)成本低、擴(kuò)展方便的特點(diǎn)，使ＰＬＣ應(yīng)用更具靈活性。采用單片機(jī)與ＰＬＣ組成的控制系統(tǒng)既具備單片機(jī)價(jià)格低、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具備ＰＬＣ抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。
      改進(jìn)后的系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)采取分組分時(shí)采樣，極大擴(kuò)展了系統(tǒng)的容量。模糊算法在ＰＬＣ中實(shí)現(xiàn)，控制性能良好。單片機(jī)無(wú)總線，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品，因此，加強(qiáng)這方面的研究與開(kāi)發(fā)非常必要。
２   系統(tǒng)特點(diǎn)
２．１   系統(tǒng)擴(kuò)展性好
      系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)采用分組分時(shí)采樣，極大擴(kuò)展了系統(tǒng)的容量。
２．２   系統(tǒng)可靠性高
      ＰＬＣ抗干擾能力強(qiáng)，且選用的單片機(jī)無(wú)總線，更加提高了整套控制系統(tǒng)的抗干擾能力。
２．３   顯示界面直觀、方便
      整個(gè)系統(tǒng)的顯示界面包括：水位顯示、閥位顯示、水位計(jì)右側(cè)壞報(bào)警、水位計(jì)左側(cè)壞報(bào)警、超壓報(bào)警、泵Ｂ運(yùn)行、泵Ａ運(yùn)行、送風(fēng)機(jī)運(yùn)行、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行等。
２．４   組態(tài)靈活方便
      對(duì)ＰＬＣ采用梯形圖的組態(tài)方式，通過(guò)ＣＰＴ編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)聯(lián)鎖功能和控制算法，可進(jìn)行在線編輯，系統(tǒng)組態(tài)靈活、修改方便。
２．５   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，便于安裝維護(hù)
３   模糊控制理論
３．１   模糊控制理論的基本思想
      對(duì)于一些常規(guī)方法難以控制的對(duì)象，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員進(jìn)行手動(dòng)操作，往往可以收到令人滿意的效果。人的手動(dòng)控制決策可以用語(yǔ)言加以描述，總結(jié)成一系列條件語(yǔ)句，即控制規(guī)則。根據(jù)控制的基本思想就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些控制規(guī)則，而控制規(guī)則一般是由語(yǔ)言來(lái)表達(dá)的，這些語(yǔ)言表達(dá)又帶有相當(dāng)?shù)哪：�性。這些規(guī)則的形式正是模糊條件語(yǔ)句的形式，可以用模糊數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述過(guò)程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關(guān)系，又可以根據(jù)這種模糊關(guān)系及某時(shí)刻過(guò)程變量的檢測(cè)值，用模糊邏輯推理的方法得出此時(shí)刻的控制量。
      模糊控制器的模型不是由數(shù)學(xué)公式表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，而是由一組模糊條件語(yǔ)句的語(yǔ)言形式，模糊控制器又稱模糊語(yǔ)言控制器。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關(guān)控制人員和專(zhuān)家的控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫(kù)組成的知識(shí)模型，是基于知識(shí)的控制，因此模糊控制屬于智能控制的范疇。
      因此可以說(shuō)，模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法的數(shù)學(xué)工具，用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)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(diǎn)
      �煟保� 模糊控制的計(jì)算方法雖然是運(yùn)用模糊集理論進(jìn)行的模糊算法，但最后得到的控制規(guī)律是確定性的、定量的條件語(yǔ)句；
       �煟玻� 不需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；
      �煟常� 同傳統(tǒng)的控制方法相比，更接近于人的思維方法和推理習(xí)慣。因此便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員的理解和使用，便于人機(jī)對(duì)話得到更有效的控制規(guī)律；
      �煟矗� 模糊控制與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。從控制角度上看，它實(shí)際上是一個(gè)由很多條件語(yǔ)句組成的軟件控制器。用二值邏輯的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，模糊規(guī)律經(jīng)過(guò)運(yùn)算，最后還是進(jìn)行確定性的控制。
４   控制系統(tǒng)原理框圖
      改進(jìn)后的工業(yè)鍋爐模糊控制器由ＳＹＳＭＡＣ ＣＰＭ２Ａ ＰＬＣ和ＡＴ８９Ｃ２０５１�煟玻耍肝唬疲蹋粒樱龋爢纹瑱C(jī)組成，該芯片沒(méi)有總線，只有輸入／輸出端，使得系統(tǒng)的抗干擾能力得到很大的提高。
      為了節(jié)省系統(tǒng)的投資，在ＰＬＣ只有１２個(gè)輸入點(diǎn)的條件下，采用分組時(shí)采樣的方法，將２４個(gè)信號(hào)分兩次采集，全部采集完成后，再進(jìn)行主程序的控制和計(jì)算。工業(yè)鍋爐模糊控制器原理如圖２所示：
５   輸入信號(hào)分時(shí)采樣程序
６   結(jié)束語(yǔ)
      本套工業(yè)鍋爐模糊控制器充分利用了單片機(jī)和可編程控制器的特點(diǎn)，系統(tǒng)具備低成本、抗干擾能力強(qiáng)、控制性能良好等優(yōu)點(diǎn)，且系統(tǒng)硬、軟件維護(hù)簡(jiǎn)單方便，尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
參 考 文 獻(xiàn)
      �煟堡� ＳＹＳＭＡＣ ＣＰＭ２Ａ產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)．
      �煟菠� ＳＹＳＭＡＣ ＣＰＭ２Ａ編程手冊(cè)．
      �煟长� 謝宋和編．單片機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例． 北京：
電子工業(yè)出版社，１９９９
      �煟搐� 馮冬青編著．模糊智能控制．北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，
１９９８．９
      ５�� 張曉坤主編．可編程控制器原理及應(yīng)用．西安： 西北工
業(yè)大學(xué)出版社，１９９９．１２
      �煟钉� 郭宗仁等編著．可編程序控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)．北
京：人民郵電出版社，１９９９．５
      �煟筏�  陳寧編．可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧．廣州： 華南理
工大學(xué)出版社，１９９９．１
 
 

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