西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8原装库存
1 引 言
现代控制系统中的模糊控制能方便地解决工业领域中常见的非线性、时变、大滞后、强耦合、变结构、结束条件苛刻等复杂问题。可编程控制器以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性很好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，这两者的结合，可在实际工程中广泛应用。该文研究了通用模糊控制器在PLC上实现的几种算法，用离线计算、在线查表插值的方法实现模糊控制。
为了满足不同执行机构对控制量形式的要求，采用增量式／位置式模糊控制输出的算法，在增量式模糊控制输出时，可实现手动与自动之间的无扰动切换。为了消除由于频繁动作引起的振荡，采用了带死区的模糊控制算法。一般的在线查表模糊控制器中存在着模糊量化取整环节，即当误差E与误差变化率EC不等于模糊语言值（例如NB，NM，NS，ZO，PS，PM或PB）时，E和EC取整，这时从查询表中查到的控制量U只能近似地反映模糊控制规则，产生误差。由于量化误差的存在，不仅使模糊控制器的输出U不能准确地反映其控制规则，会造成调节死区，在稳态阶段，使系统产生稳态误差，甚至会产生颤振现象。文中提出的二元三点插值法可从根本上消除量化误差和调节死区，克服由于量化误差而引起的稳态误差和稳态颤振现象。图1—1给出了通用模糊控制器的基本组成结构。
2 通用模糊控制器在PLC上的设计实现
图2—1 增量式输出模糊控制系统框图
型；确定各模糊变量的隶属函数类型；jingque输入、输出变量的模糊化；制定模糊控制规则；确定模糊推理算法；模糊输出变量的去模糊化；按所需的格式保存计算结果生成查询表。
实际应用中广泛采用的二维模糊控制器多选用受控变量和输入给定的偏差E和偏差变化率EC作为输入变量，因为它已能够比较严格的反映受控过程中输入变量的动态特性，可满足大部分工程需要，也比三维模糊控制器计算简单，模糊控制规则容易理解。对于多变量模糊控制器可利用模糊控制器本身的解耦特点，通过模糊关系方程分解，在控制器结构上实现解耦，即将一个多输入多输出（MI—MO）的模糊控制器，分解成若干个多输入单输出（MI—SO）的模糊控制器，这样就可采用单变量模糊控制器的设计方法。该文研究了二维通用模糊控制器的设计。为了便于由用户在线控制时决定是增量式输出还是位置式输出，输出变量取调节量的变化U，这也有利于通过对调节量变化U的调整，使系统偏差减少。
由于模糊控制器的控制品质受控制器输出方式的影响，对不同的受控对象提供位置式输出和增量式输出这两种选择方式。位置式输出算法的缺点是输出的u（k）对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，会引起由于u（k）的大幅度变化而导致执行机构位置的大幅度变化。如果采用增量式算法时，计算机输出的是控制增量Δu（k）对应的本次执行机构位置（例如阀门开度）的增量，图2—1为增量式输出模糊控制系统框图，阀门实际位置的控制量即控制量增量的积累 是利用算式u（k）＝u（k－1）＋Δu（k）通过执行软件来完成。
模糊控制算法的实现是通过模糊推理所得，但该结果是一个模糊矢量，不能直接用于控制被控对象，必须转换为一个执行机构可以接受的jingque量。将所有可能输入状态的非模糊输出以同样方法计算后形成如表2—1所示的查询表，该表以数据模块形式存入计算机程序中，当一组输入给定时，可由该表查出相应的输出值。该方法将复杂的模糊计算融进查询表中，在实际使用时节省计算时间，并使控制变得简单明了。
2．2 在线部分设计
计算机离线运算得到的模糊控制器的总控制表经过系统在线反复调试、修改，后以数据模块形式存入PLC系统内存中，由一个查询该表的子程序管理。查询子程序的流程如图2—2所示，图中fielde、fieldec及fieldu分别表示误差E、误差变化率EC和控制量U的论域范围。由流程图可知，控制器的调节方式有手动和自动两种，输出方式有增量式和位置式输出两种。如果输出方式选择为增量式输出，则可以实现手动调节方式到自动调节方式的无冲击切换。
2．2．1 二元三点插值
给定矩型域上n×m个结点（xi，yj）的函数值zij＝（xi，yj），其中i＝0，1，…，n－1；j＝0，1，…，m－1，在两个方向上的坐标分别为x0＜x1＜…＜xn－1，y0＜y1＜…＜ym－1，利用二元三点插值公式可计算出指定插值（u，v）处的函数近似值w＝z（u，v）。表2—1用函数形式表示为Uij＝f（Ei，ECj），其中i＝1，2，…，k1；j＝1，2，…，k2。设某个采样周期的输入为E、EC，则需求出U＝f（E，EC）的值。
采用二元三点插值法运算相当于E与EC在其论域内的分档数趋于无穷大，这样不仅能够满足表2—1所给出的查询表制定的控制规则，还在控制规则表内的相邻分档之间以线性插值方式补充了无穷多个新的、经过细分的控制规则，更加充实完善了原来的控制规则，并从根本上消除了量化误差和调节死区，克服了由于量化误差而引起的稳态误差和稳态颤振现象，显著改善了系统的性能，尤其是稳态性能。
2．2．2 带死区的模糊控制算法
为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作引起的震荡，带死区的控制算法是一个好的解决办法。
上式中，死区e0是一个可调节的参数，其具体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值太小，使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；若e0值太大，则系统将产生较大的滞后。
带死区的模糊控制器的系统结构如图2—3所示，此控制系统实际上是一个非线性系统。即当｜e（k）｜≤｜e0｜时，模糊控制器输出为零；当｜e（k）｜＞｜e0｜时，模糊控制器有适当的输出。
3 应用实例
电机调速控制系统见图3—1，模糊控制器的输入变量为实际转速与转速给定值之间的差值e及其变化率ec，输出变量为电机的电压变化量u。图3—2为电机调试输出结果，其横坐标为时间轴，纵坐标为转速。当设定转速为2000r／s时，电机能很快稳定运行于2 000r／s；当设定转速下降到1 000r／s时，转速又很快下降到1000r／s稳定运行。
4 小 结
通用模糊控制器在PLC上的实现采用了二维模糊控制结构，这种结构能确保系统的简单性和快速性。它的输入为系统误差E和误差变化率EC，它具有类似于常规PD控制器的功能和良好的动态特性。在实际应用中证实，系统响应速度快，超调量很小，稳态精度高。为了获得更好的静态性能，应加入模糊积分单元，构成PID模糊控制器
1引言
可编程序控制器(Programmablelogic contoroller)简称PLC，是以微处理器为核心，用于工业控制的计算机，由于PLC广泛采用微机技术，使得PLC不仅具有逻辑控制功能，还具有了运算、数据处理和数据传送等功能。目前城市供暖的锅炉在启停和运行的过程中都需要jingque的实时控制，大多数锅炉系统的控制还采用继电器逻辑控制。这类系统自动化程序很低，大部分操作还是由手动来完成，只能处理一些开关量问题，无法处理系统的模拟量，控制一些开关量，其电气线路复杂，可靠性不高，不便维护，实际锅炉系统控制中每台炉就需要一套继电器控制系统，而采用西门子S7-400系列可编程控制器设计的控制系统实现了在大庆采油十厂油改煤工程中使三台20T水炉的系统自动控制，并且实现了整个系统的优化控制。
2系统硬件构成
上位计算机系统硬件部分采用siemens触摸屏式工控机，上位监控组态软件采用siemens公司wincc进行组态。热源部分的控制系统采用siemens公司的大型双冗余PLC可编程控制器S7-400H通过双冗余光纤环网以100MBPS的速率与上位工控机相连利用TCP/IP网络通过组件实现数据共享和分布式数据库，锅炉房各模块及水处理间控制模块间通过ProfiBus现场总线相连，水处理间配以可操作的siemens的触摸屏。热力站的数据采集系统采用siemens公司的S7-300系列PLC，通过MODEM市话拨号的方式以9600BPS的速率与控制中心相连，热力站数据通过siemens触摸屏，可在热力站当前显示，系统硬件图如图1。
3系统的功能
3.1监控功能
系统在运行过程中，上位机将下位机采集上来的锅炉运行数据和热力站传送上来的运行参数进行实时处理，通过上位机的分析，判断，实现对现场温度、压力、液位、liuliang、烟气含氧量等工艺过程参数的模拟动态显示，通过下位机的反馈至上位机的信号实现对现场仪表、风机、水泵及上煤系统运行状态的监控。用产地通过上位机手动和自动切换，实现风机，水泵的启、停控制。系统与现场仪表，电气设备配合可实现多变量闭环调节(如送风变频控制、引风机变频控制、给煤机变频控制)和联锁控制(如上煤联锁控制)。
3.2调节控制功能
供暖燃煤锅炉是一种多变量系统，被控量之间的关系耦合程度高，本套系统配以优化的控制软件，该套软件以供水温度、烟气氧量、炉膛负压等为控制指标，室外温度为补偿量，具有PID控制，通过配置风煤化，前馈系统，来加大或解除给煤调节，送风机调节和引风机调节输出间的前馈联锁，以求取给煤量，送风量和引风量的佳控制参数，从而实现燃烧的优控制。考虑到锅炉的此三环节的对象为电机，PID手/自动切换时，加有无扰动切换。
3.3报警功能
系统具有故障报警(风机、水泵、上煤系统等的启、停故障等)和超限报警(高、低液位、压力、liuliang、温度报警及用户指定的其它参数报警)。
3.4上煤联锁功能
本系统可实现手动操作，计算机联动和自动控制。
3.5数据报表记录功能
可根据用户的要求，对热网的供、回水liuliang、温度、压力、炉膛负压等工艺参数及电机负载情况，报警记录形成报表汇总。
3.6数据查询
计划，打印功能，用户对记录的报表数据，报警数据进行查询、打印。
3.7曲线功能
对用户关心的温度、liuliang等信号，系统以实时，历史趋势曲线的形式直观地表示出来。
3.8压力棒图功能
系统可根据采集到的数据显示整个热力管网的供水水压图，烟压力和风压图，用以监测网的不利点，便于供热调度。
3.9远程通讯功能
热力站和控制中心通过调制解调器可实现远程数据传输。
3.10冗余功能
为保障系统运行的可靠，计算机测控通讯网采用双冗余光纤环网，当一条网络线出现故障时不会影响系统正常工作。两台上位机同为服务器，测控数据存于S7-400控制器中，使两台上位机数据同步，两台位机为对等关系，当一台主机出现故障时，另一台照样运行，不受影响。下位机控制器也采用双冗余控制器，以保障系统不间断地进行数据的实时采集，对现场仪表和控制器外围供电电源也采用双冗余工业电源，从而实现系统持续，稳定可靠的运行。
3.11密码功能
为防止非人员随意改动参数，造成对锅炉操作的误动作，该系统可配制几个操作员密码，操作员可以键入唯一的标识符和口令进入较的系统修改参数。
4系统控制框图
系统控制框图如图2。
该系统是控制3台由长春锅炉厂出产的新型速热型DEL14-1625/115/70-AⅡ热水炉，其特点为升温快，反应迅速，其燃烧过程为煤从煤斗落在炉排上，由炉排电机带动燃烧边前进。空气由鼓风机经空气预热器后为一，二次风吹进炉膛，使煤燃烧产生高温烟气，把热量传递给对流管，烟气在经过除尘器由引风抽出排入大气。
5系统的软件设计
5.1模拟量采集和滤波
本系统要采集现场的模拟量(如压力、温度等)以送PLC中处理。考虑到现场工作环境的恶劣，变送器送入AI模块的电流值存在波动和尖峰干扰等情况，通过AI模块采集回来的数值不能直接为CPU所用，必须经过滤波处理，滤掉各种波动和干扰等信号，考虑到本系统为惯性系数较大的系统，故采用取平均值的办法进行滤波，主程序在每个扫描周期调用一次子程序进行模拟量的采集和滤波处理，处理的结果安全交给主程序使用。本系统采用“AI331”模块，该模块的转换结果为12bit，在模拟量采集的子程序中将每次的采集量累加进入累加器中，当采集次数达到预置值后，将累加器中的值取均值，作为本次采集的终结果送主程序使用。
5.2实施优化
采样时间(系统)取20S炉膛温度取炉排转过5m内的平均值，根据锅炉的过剩空气系数γ设定氧含量的设定值，根据炉膛温度设定风煤比的上、下限，炉排转速的上限，根据氧含量偏差改变风煤比的设定值，这些值的更新周期为5m。在该系统投运期间操作者还可以改变氧含量的同煤比的设定值，系统在将现有的设定值基础上，向由优化算法得出的设定值以一定的步长接近，而不是直接设为算法得出值。这样可以根据操作者的经验优化以指导，使操作系统有足够的影响力，又使设定值的改变循序渐进，有利于系统稳定运行，软件结构流程图如图3。
6结束语
本系统于2001年6月完成，并已投入使用，由于采用了PLC进行控制，系统功能完善，结构先进合理，能耗小，扩展灵活，便于维护，并且可靠性高，还极大地tigao了企业的生产效率和经济效益，在大庆油田管理局油改煤经验会上，对该套系统给予较高的评价，并且对该系统将做为范例进行推广