6ES7214-2AD23-0XB8正规授权

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1问题提出
       可编程控制器（PLC）在众多程控系统中已得到了广泛的应用。它以其高可靠性、逻辑控制的设计实现方便灵活的控制等优点，成为许多工程技术人员必须掌握的主要二次设备之一。
       在实际应用中，程控系统往往采用模拟屏上的设备灯来实时反映各设备状态，而模拟屏上各设备灯的亮、灭、闪等状态通常由PLC输出点直接控制，PLC处理点灯问题也比较方便。但在设备灯很多（尤其是在百只以上）的情况下，如果仍由PLC直接控制点灯，一方面需占很多PLC输出点，即需很多输出模板和较多的投资。另一方面也占用了主机很多处理时间。当主机负荷较高，则会影响实时性。如果能设计出一种PLC扩展控制器，通过串行通信接受主机指令，点灯、熄灯、闪烁等工作由它自行完成，则一方面可以节省较多费用，另一方面可以简化PLC的编程，tigao控制的实时性。
       笔者在设计半山电厂全厂输煤程控系统的模拟屏的点灯处理时就遇到了如下情况。该系统采用AB公司的大型可编程控制器PLC－5，由于模拟屏上需控制的设备灯的数量多达300多只，采用PLC直接控制点灯，则需要16点、24V的开关量输出模板10多块，由于需显示皮带的流动效果，PLC需不停地对灯进行控制，影响程控的实时性。基于这种情况，笔者设计开发了以ATMEL89C2051单片机为核心的PLC扩展控制器实现点灯，它通过与PLC的CPU模块进行通讯来实现，以代替10多块PLC输出点。

2扩展控制器设计

2．1整体结构

　　AB公司的PLC－5的CPU模板带一个RS－232串行通信口，PLC自身编程及与上位机的通讯通过DH＋网实现，该串行口也可以由用户自己控制使用，它可以用于实现与扩展控制器的通讯功能。
       半山电厂输煤程控系统采用的模拟屏上共有21条皮带，长短不一，都要考虑流动效果。采用分散控制方式，每条皮带设计1个扩展控制器，共21个扩展控制器，每扩展控制器可以控制6个输出点，21个扩展控制器采用主从式树型连接、异步串行通信。其组成结构如图1所示（点灯部分以9号皮带为例）。

2．2扩展控制器设计原理

2．2．1硬件设计  
　　ATMEL公司生产的MCS－51兼容系列单片机89C2051单片机，内含2 KBFlashMemory，外围电路简单，在微型控制器中设计相当方便。设置开关可设置控制器编号，控制器基本结构如图2所示。

       由图2可见，该控制器线路简洁，并不存在单片机系统中常见的外部数据RAM，外部程序ROM等外围芯片，只需加一片232通信转换芯片即可。整体尺寸为50mm×50 mm，只有手掌般大小。输出功率部分用8050三极管，开路集电极输出，输出电流可达1A以上，系统长皮带可有23只灯，每只灯额定电流只有20 mA，负载总电流不到0．5 A。
2．2．2扩展控制器软件设计 有
　　了以上的设计思路，2051的编程就变得比较容易了。基本实现方法是PLC将各条皮带的状态实时地分级传送至各皮带的的扩展控制器，各控制器识别自身的编号后取对应的灯信号信息实时刷新模拟屏点上状态灯。皮带灯滚动频率、滚动方式（明流动或暗流动）都由PLC程序直接控制（用户可在PLC的人机界面上修改）。
       该程序设置两个中断源，其一是串行口接收中断，接收点灯信息，其二是50ms的内部时间中断，用来控制灯闪烁或灯流动。主程序流程框图如图3所示。

3系统投用情况
       该系统自1998年11月在半山电厂安装运行，至今情况良好。由于扩展控制器与PLC之间的通信采用了光电隔离，使得整个点灯回路与PLC安全隔离，从硬件上保证了系统的安全性、可靠性。
       使用了扩展控制器后，一方面节省了成本，另方面简化了PLC的编程，降低了PLC的CPU负荷，使PLC系统的实时性得到了很大的改善，tigao了系统的可靠性

1　引　言　　
　　在工业过程控制中，PID控制适合于可建立数学模型的确定性控制系统。但在实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变不确定的系统，使PID控制器的参数整定烦琐且控制效果也不理想。近年来，随着智能控制技术的发展，出现了许多新型的控制方法，模糊控制就是其中之一。模糊控制不需要掌握控制对象的jingque数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰的系统具有良好的控制效果。PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力强，并可将模糊控制器方便地用软件实现。用PLC构成模糊控制器用于油田的污水处理是一种新的尝试，不仅使控制系统更加可靠，取得了较好的控制效果。
2　污水处理工艺简介　　
　　目前我国许多油田处于二次采油期，即注水开采期，所采的油中含有大量的污水。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以补充、平衡地层压力，防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管，避免注入水使注水管、油管和地层结垢。其处理方法是使用A、B、C三种药剂，其中A剂为pH值调整剂，B剂为沉降剂，C剂为阻垢剂。其工艺流程方案如图2—1所示。根据工艺要求，关键是在混合罐中对污水添加A剂tigao污水的pH值（即控制pH2）以减少腐蚀。添加B剂可加速污水中絮状物的沉淀。添加C剂可减缓污水在注水管和油管中的结垢。该系统属非线性、大滞后系统，其对象的jingque数学模型难以获得，采用PID反馈控制效果不是很理想，且采油联合站都位于偏僻的地方，环境恶劣。该污水处理系统采用了基于PLC的模糊控制来tigao系统的控制精度和可靠性，从而满足工艺要求。

3　模糊控制原理
　　控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。

　　模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊3个部分。E和Ec分别为e和ec模糊化后的模糊量，U为模糊控制量，u为U解模糊化后的jingque量。
3．1　输入模糊化
　　在模糊控制器设计中，设E的词集为［NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB］［3］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］；Ec和U的词集为［NB，NS，NM，0，PS，PM，PB］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］。令 －1），pH0表示期望值。将e、ec和u模糊化，根据pH值控制的经验可得出变量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1为变量E的赋值表。

3．2　模糊决策和模糊控制规则
　　污水处理过程中pH值的控制经验，得出控制规则，如表3—2所示。选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以消除误差为主。而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，
以系统的稳定性为主。例如，当pH值低很多，且pH值有快速降低的趋势时，应加大药剂的投放量。可用模糊语句实现这条规则（IFE＝NB　ANDEc＝NB　THEN　U＝PB）。当误差为负大且误差变化为正大或正中时，控制量不宜再增加，应取控制量的变化为0，以免出现超调。一共有56条规则。每条规则的关系Rk可表示为：
　　
7）根据每条模糊语句决定的模糊关系Rk（k＝1，2，…，56），可得整个系统控制规则总的模糊关系R。
  

3．3　输出反模糊化
　　根据模糊规则表取定的每一条模糊条件语句都计算出相应的模糊控制量U，由模糊推理合成规则，可得如下关系：　
    　
　　以此得出模糊控制量，如表3—3所示。依据大隶属度法，可得出实际控制量u。再经D／A转换为模拟电压，去改变变频器的输出频率n，通过　　加药泵控制加药量调节pH值，从而完成控制任务。
4　模糊控制算法的PLC实现　　
　　在控制系统中选用了OMRON公司的CQM1型PLC。将模糊化过程的量化因子置入PLC的保持继电器中，利用A／D模块将输入量采集到PLC的DM区，经过限幅量化处理后，根据所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出值，由D／A模块输出对pH值进行控制。
4．1　模糊控制算法流程
　　（1）将输入偏差量化因子Ke、偏差变化率量化因子Kec和输出量化因子Ku置入HR10～HR12中。（2）采样计算e和ec，并置入DM0000和DM0001中。
　　（3）判断e和ec是否越限，如越限令其为上限或下限值。否则将输入量分别量化为输入变量模糊论域中对应的元素E和Ec并置入DM0002和DM0003中。
   （4）查模糊控制量表，求得U。
   （5）将U乘以量化因子Ku，得实际控制量u。
   （6）输出控制量u。
　　（7）结束。
4．2　查表梯形图程序设计
　　在模糊控制算法中，模糊控制量表的查询是程序设计的关键。为了简化程序设计，将输入模糊论域的元素［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］转化为［0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12］，将模糊控制量表中U的控制结果按由上到下，由左到右的顺序依次置入DM0100～DM0268中。控制量的基址为100，其偏移地址为Ec×13＋E，由E和Ec可得控制量的地址为100＋Ec×13＋E。梯形图程序如图4—1所示。其中DM0002和DM0003分别为E和Ec在模糊论域中所对应的元素，MOV＊DM0031DM1000是间接寻址指令。它将DM0031的内容（即控制量地址100＋Ec×13＋E）作为被传递单元的地址，将这个地址指定单元的内容（即控制量U），传递给中间单元DM1000再通过解模糊运算得u，由模拟输出通道传送给D／A转换器。

5　结　论　　
　　将模糊控制与PLC相结合，利用PLC实现模糊控制，既保留了PLC控制系统可靠、灵活、适应能力强等特点，又tigao了控制系统的智能化程度。结果表明，对于那些大滞后、非线性、数学模型难以建立且控制精度和快速性要求不很高的控制系统，基于PLC的模糊控制方法不失为一种较理想的方案。只要选择适当的采样周期和量化因子，可使系统获得较好的性能指标，从而满足控制性能要

　等离子喷涂是利用等离子焰流为热源，将粉末喷涂材料加热和加速，喷射到工件表面而形成喷涂层的一种热喷涂方法．它具有电弧温度高、粉末粒子动能大、涂层结合强度高，喷涂粉末材料范围广以及生产效率高等优点，适用于大面积机械化喷涂．
　　欧美国家从事等离子喷涂技术的研究工作较早，现已形成大规模的研制、开发和生产能力．国内在等离子喷涂技术研究工作中投入的人力、物力较少，研究力量分散，且研究工作大多集中在涂层性能及喷涂工艺方面．目前，等离子喷涂设备主要朝着三个方向发展，即等离子喷涂电源的小型化大功率、等离子喷涂过程的智能化及等离子喷枪的高效大功率．国内现有商品化的等离子喷涂系统多采用传统整流式电源，不仅能耗高，功率较小，使其无法喷涂新型高熔点材料［1～3］．由于等离子喷涂是一个复杂的工艺过程，影响因素很多．以往采用的继电器接触控制系统，全部采用硬器件、硬触点和“硬”线连接．它系统体积大，全为机械式触点，动作慢，系统的设计、施工与调试周期长；且控制功能改变时，需拆线接线乃至更换元器件，可靠性也不高［4］．针对以上缺点和不足，本文对可编程控制器(PLC)控制的大功率等离子喷涂设备进行了研制．

1　等离子喷涂设备系统组成

　　等离子喷涂设备系统由主弧电源、维弧电源、高频振荡器、控制柜、冷却水供给装置(增压水泵及热交换器)、大功率喷涂枪及送粉器等部分组成，如图1所示．