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1 引言
近半个世纪以来，经典控制理论和现代控制理论、方法和技术(简称传统控制)，取得了令人瞩目的成就。无论是现代控制理论还是大系统理论，其分析、综合和设计都是建立在严格和jingque的数学模型基础之上的。而在科学技术和生产力高速发展的，人们对大规模、复杂、不确定性系统实行自动控制的要求不断提高。传统的基于jingque数学模型的控制理论的局限性日益明显。
(1) 传统控制所面临的难题
l传统控制方法的设计和分析是建立在系统的jingque模型基础上的，而实际系统由于存在复杂性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得jingque的数学模型;
l采用传统控制理论进行系统设计时，必须提出并遵循一些苛刻的假设，而这些假设往往与实际情况不符，使得所设计的系统性能与实际情况相差很远;
l对某些复杂的带有时变性与不确定性的系统，获得了良好的控制性能，当环境条件发生变化时，其性能也会显著变差;
l为了提高控制性能，传统的控制理论可能变得相当复杂，从而增加了设备投资，降低了系统可靠性。
(2) 传统控制的缺陷与不足
l对环境的干扰和不确定性缺乏足够的鲁棒性;
l 突发事件的处理需要人工的干预;
l无法处理非数字和不jingque的信息;
l 无法通过在线学习以提高自身性能。
以上因素正是传统控制技术需要突破的一些症结，于是，专家控制的基本思想就应运而生了。
2 专家控制的基本思想[5][6]
专家控制是智能控制的一个重要分支，它是把专家系统的思想和方法引入控制系统及其工程应用。就其实质而言，专家控制是基于控制对象和控制规律的各种知识的总和，要以智能的方式使用这些知识，求得受控系统更可能地优化和实用化，它反映出智能控制的许多重要特征和功能。
2.1 专家控制的基本思想
专家控制=自动控制理论和方法+人工智能专家系统技术
实际系统中存在的启发式逻辑本质上是实现控制目标的各种规律性的经验知识，这些经验知识难以用一般性的数值形式表达，而适合用符号形式加以描述;这些经验知识既不能简单的罗列，有难以用用解析的方法综合，必须给予恰当的组织，并能自动地进行推理，人工智能中的专家技术恰恰为这种经验知识的表示和处理提供了有效办法。
人工智能领域中发展起来的专家系统是一种基于知识的、智能的计算机程序系统。
(1) 专家系统的两个要素
l知识库:存储有某个专门领域中事先的按某种格式表示的专家水平的知识条目。
l推理机制:按照类似专家水平的问题求解方法，调用知识库中的条目进行推理、判断和决策。
专家系统的知识库和推理机制在组织结构上分离建造，而在运行过程中又相互作用，这使得系统具有较大的灵活性:知识的增删、修正和更新独立于推理机制，具有很好的透明性—推理的结论和根据可以与系统外部交互。
专家系统将专门领域的问题求解思路、经验、方式组织成一个实际运行的形式系统，表现出一种拟人的智能性，它与传统的自动控制理论和方法的结合，形成了专家控制的基本思想。
将专家系统技术引入控制领域，必须把控制系统看成一个基于知识的系统，而作为系统的核心部件的控制器则要体现知识推理的机制和结构。
知识库内部的组织结构可采用人工智能中知识表示的合适方法，其中，一部分知识可称为数据，例如事实(先验知识)、证据(动态信息)、假设(由事实、证据推得的中间状态)和目标(离线设定的或在线建立的性能指标)、数据组织在一起，形成数据库。另一部分知识可称为规则，即定性的推理知识，它们往往表示为产生式规则，组成知识库，在专家控制中，定量知识，即各种有关的解析算法，一般都独立编码，按常规的程序设计方法组织。
推理机制的基本功能在于按某种策略选用推理规则，对于专家控制，同样可采用人工智能中的前向推理或后向推理策略。
一种典型的专家控制系统的组织结构如图1所示:
图1 一种典型的专家控制结构
(2) 专家控制的两个特点
l定量知识和定性知识分离构造。数值算法直接与受控对象或过程相连，以便得到快速的控制响应。知识系统处于较高的智能层次，实现以智能启发式逻辑推理为主的控制功能。
l知识库系统。数值算法和人—机通讯三个子过程并发运行，其中，用户通过人—机接口可以直接地与知识库系统，进而间接的与数值算法交互，以便操作人员对于控制系统进行离线的修改或在线的监督、干预。
2.2 专家控制的目标与实现
专家控制系统≠专家系统
专家系统的理想目标是要实现这样一个控制器或控制系统:
(1)满足复杂动态过程的控制需要，例如任何时变的、非线性的，受到各种干扰的控制过程;
(2)控制系统的运行可以利用一些经验知识，只需要一些少量的经验知识;
(3)有关受控过程的知识可以不断的增加、积累，据以改进控制性能;
(4)潜在的控制知识以透明的方式存放，易于修改和扩充;
(5)用户可以对控制系统的性能进行定性的说明，例如“速度可能快”、“超调要小”等;
(6)用户可以访问系统的内部信息，进行交互，例如受控过程的动态特性、控制性能的统计分析、限制控制性能等因素，以及对当前采用的控制作用的解释等等。
专家控制的上述目标可以看作是一种比较含糊的功能定义，它们覆盖了传统控制在一定程度上可以达到的功能，但又超过了传统控制技术。作一个形象的比喻，专家控制是试图在控制闭环中加入一个有经验的工程师，系统能为他提供一个“控制工具箱”，即可对控制、辩识、测量、监视等各种算法选择自便，调节自如。专家控制实质上是对一个“控制专家”的思路、经验、策略的模拟、延伸、扩展。
3基于PLC的专家控制系统开发工具[2][4]
3.1 现代PLC技术的发展
可编程序控制器问世以来，经过近30年的发展，产品已经发展到第四代。其技术日臻完善，应用范围也不断扩展。目前，为了适合大中小企业的不同需要，扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展:其一是低档PLC向小型、简易、廉价的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制;其二是中、PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
3.2 基于PLC的专家控制系统开发工具
“基于PLC的专家控制系统开发工具”(ECSTV2.2)所开发出的专家控制系统是用于工业实时控制，它是专家控制与常规控制的集成，即专家控制的控制策略通过常规的控制机构来实现，从而到达智能控制与常规控制相结合。Paradym-31是世界工控厂家Wizdom公司的Paradym-3(P31)工作平台，它有硬件和软件两部分组成，软件部分是基于bbbbbbs操作系统逼供内具备图形化开发环境的工作平台，在图形化的编程界面下，用户可以在其中制作和调试自己的应用程序(如梯形图、顺控图、功能模块图)，编译过的应用程序可下载到硬件部分进行工作;硬件部分拥有独立的CPU模块，具备实时的控制器内核。通用的通讯端口可方便地与外部设备进行RS232、Modbus、及以太网通讯。P31可通过该通讯端口进行监视、暂停、开始、更改某一变量数值等操作，从而达到可视化的控制被控对象的目的。
(1)“基于PLC的专家控制系统开发工具”结构图
“基于PLC的专家控制系统开发工具”结构图如图2所示。与其它开发工具相比，“基于PLC的专家控制系统开发工具”的不同之处是:在主窗口处增加了“导入专家控制器”;在编辑子窗口处，“设计专家系统”菜单下的内容又有所变化，该菜单下各项子菜单的作用如下:“创建专家系统控制器”是创建一个新的专家系统控制器，“导出专家系统控制器”是把创建好的专家系统控制器打开在“多页编辑窗口”。在“创建专家系统控制器”中，“创建功能块对话框”为用户提供了创建输入输出变量以及内部变量的接口，该窗口为用户产生了一个空的专家系统，具体实现要在“多页编辑窗口中”添加。
图 2基于PLC的专家控制系统开发工具结构图
“多页编辑窗口中”共有五项，它们分别是“专家控制头文件”、“专家控制模块”、“控制算法集”、“动态数据库”、“知识库”。其中，需要说明的是“专家控制头文件”是由“创建功能块对话框”产生的，在一般情况下，无须添加和修改。“存储专家控制器到P31”是把编辑或修改后的内容作为P31常规控制的一部分保存起来。
(2) 基于PLC的专家控制器的产生过程
图3讲述了基于PLC的专家控制器的产生过程，该过程有以下几个步骤:
图 3 基于PLC的专家控制器的产生过程
l利用“基于PLC的专家控制系统开发工具”产生一个专家系统;
l通过相应常规控制的开发平台嵌入到常规PLC控制中，与常规控制的其它模块一起构成了专家控制器;
l下载专家控制器的程序(梯形图)到常规PLC控制设备中，就能够完成对一实际被控对象的控制任务。如图4所示:
图 4基于PLC的专家控制器对实际过程的控制
4 结束语
本文所介绍的基于PLC的专家控制系统开发工具ECST具有专家控制系统的开发环境，灵活的知识表示和正向、反向的推理方法，可以与常规控制相结合，构成实时专家控制系统。与其它新技术一样，专家控制所要求的目标既难于全面实现，也难于一步到位，它仍需地完善。
1 引言
在仓库领域中，物资的输送、存储、管理和控制的规模越来越大，靠人工实现已经远不能够需要。自动化仓库技术在物资存储行业中受到人们的重视，其控制重点转向物资的控制和管理要求实时、协调和一体化，计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与主计算机之间的通信可以及时地汇总信息，仓库计算机及时地记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便地作出供货决策，管理人员随时掌握货源及需求。信息技术的应用已成为仓库技术的重要支柱。满足了人们速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和，自动化技术逐渐成为仓库自动化技术的核心。
仓库是货储的重要组成部分，它是在不直接进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物品的系统。在仓库进货过程中，使用工业输送车将物品存入仓库。在现代大型仓库中货储任务十分繁重，实现了全自动作业后，既可以节省开支，又减少了浪费，建立一个便捷、可靠的自动配货系统是十分迫切和需要的。本例采用PLC实现自动化控制，解决了劳动强度大、经济效益差问题。
2 工艺过程动作要求
工业输送车在对8个仓库存储物品时，对输送车有以下的控制要求:
(1)工作开始后，车此时停在某个仓库。当没有用车呼叫(既呼车)时，各仓库的指示灯亮，表示各仓库可以呼车;
(2)如果某仓库遇有呼车时，按下本仓的呼车按钮，则其它各仓位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效;
(3)在停车位呼车则车不动;当呼车位号大于停车位号时，车自动向高位行驶;当车位号小于停车位号时，车自动向低位行驶，当车到达呼车位时自动停车;
(4)车到达呼车位时要求停留30s供该仓库使用，不应立即被其他仓库呼走;
(5)临时停电后再复电，车不会自行起动。
3 程序设计
3.1 I/O分配及PLC机型
每个仓库均设置一个滚轮式限位开关ST和一个呼车琴键按钮SB，ST可自动复位;系统设有用于起动和停机的按钮，这些均为PLC的输入元件。车要用一台电动机拖动，电动机正转时车驶向高位，反转时小驶向低位，电动机正转和反转各需要一个接触器，是PLC的输出执行元件。各仓库还要指示灯作为呼车显示。电动机和指示灯是PLC的控制对象。各自动化仓库的限位开关和呼车按钮的布置如图1所示，图1中ST和SB编号也是各仓库编号。
图1 自动化仓库布置图
由于各仓库的呼车指示灯状态一致，为了尽量减少占用PLC的输入输出点个数，采用小电流的发光元件并联在一起，接在一个PLC输出点上。系统的控制部分选用西门子(SEIMENS)S7200的PLC，工业输送车控制系统的I/O分配表见附表:
附表 I/O分配表
输入信号 输出信号
1号仓ST1 I1.0 6号仓6 I1.5 1号仓SB1I2.0 6号仓SB6 I2.5 呼车指示灯 Q0.0
2号仓ST2 I1.1 7号仓7 I1.6 2号仓SB2I2.1 7号仓SB7 I2.6 正转接触器 Q0.1
3号仓ST3 I1.2 8号仓8 I1.7 3号仓SB3I2.2 8号仓SB8 I2.7 反转接触器 Q0.2
4号仓ST4 I1.3 系统起钮 I0.0 4号仓SB4I2.3
5号仓ST5 I1.4 系统停钮 I0.1 5号仓SB5I2.4
3.2 梯形图程序设计
为了分析问题方便，先做出系统动作过程的流程图，之后依据工业输送车的工艺要求，设计出相应的控制程序梯形图，流程图和梯形图分别如图2、图3所示。
图2 工业运输车控制系统流程图
图3 工业输送车控制程序梯形图
在程序中，用到了传输指令和比较指令，即先把车所在的仓库号传输到一个内存单元中，再把呼车的仓库号传输到另一内存单元中，将这两个内存单元的内容进行比较。若呼车的位号大于停车的位号，则车向高位行驶;若呼车的位号小于停车的位号，则车向低位行驶。对车的这种控制，是程序设计的主线。
3.3 程序控制的其他要求
(1)若有某仓库呼车则应立即封锁其他仓库的呼车信号;
(2)车行驶到位后应在该仓库停留一段时间，即延迟一定时间再解除对呼车信号的封锁;
(3) 失压保护程序;
(4) 呼车显示程序。
4 结束语
由于自动化控制系统采用可编程控制器为核心，提高了控制的灵活性及通用性，以适应各种工艺要求的变化，使仓库技术向智能自动化方向发展。
1 引言
基于现场总线的PLC控制系统以其结构紧凑、功能简单、可靠性高和价格低廉等优点，获得了广泛应用。近年来，随着计算机信息网络技术的飞速发展，以PLC为核心的工业控制系统也向大规模、网络化发展。它已成为与DCS并驾齐驱的主流工业控制系统。
山铝水泥厂是山东铝业公司的下属分公司，有着50余年的历史。而今由于生产工艺相对落后，导致生产成本偏高。公司于2003年建立了新型干法烧制水泥的生产线，原有的几条老线面临着改造。本文介绍的3#旋窑改造后应具备生产氧化铝熟料、水泥熟料的两条工艺流程。
2 系统要求
3#旋窑监控系统要将整条生产线的近70多处压力、温度、流量、料位等模拟量，再加上所有电机、变频器、执行机构、软启动器的开关量和模拟量等测控点在生产调度中全集中监控,并将监控结果传送到中央控制室的计算机中;要求中央控制室内安装工业大屏幕一块，负责读取显示3#旋窑的一些重要工艺参数。
要求所有电气设备实现中控/本地两地控制;要求各控制站间采取分布式I/O方式进行设计，减少系统的线缆敷设，减少系统故障的发生，易于检修和维护。
3 系统设计
3.1 方案论证
我们着重研究了目前工业控制比较流行的PLC控制系统、集散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS三大控制系统。
由于属于老设备改造，一些原有的现场仪器仪表不具备现场总线接口，具备也难以达成统一的通讯协议标准，如全部更新，投资太多，论证初期就放弃了现场总线控制系统FCS。
PLC与DCS的基本结构是一样的。PLC发展到，已经全面移植到计算机系统控制上了，传统的编程器早就被淘汰，大型PLC与DCS的界线已经逐步淡化。经过比较二者的优缺点，从实现的可能性、性价比、维护的方便程度(本厂有PLC维护人员)等多方面考察，后决定选择SIEMENS(西门子)的S7-300及S7-200系列产品组成PLC控制系统。
3.2 系统结构
3#旋窑监控系统包括:煤磨系统、篦冷机系统、回转窑系统、电收尘系统及电收尘降温系统(电收尘降温系统为工程后续添加部分)。
根据采取分布式I/O方式进行设计的思想，并充分考察了现场环境，后决定现场站采用两台SIEMENS的S7-300CPU314-2DP作为主站，分别命名为窑前控制站和窑尾控制站。窑前控制站和窑尾控制站，分别配置SIEMENS标准以太网模块CP343-1,利用工业以太网，采用标准TCP/IP协议与控制管理层操作员站及工程师站进行通讯，通讯速率可达100M。采用PROFIBUSDP通讯标准与现场I/O站ET200M进行通讯，波特率可达12M。系统还配置了两台SIEMENS的S7-200CPU226作为从站。其中一台CPU226通过以太网模块CP243-1连接到网络中，负责从管理计算机读取现场重要工艺参数并传送到工业大屏幕，以方便操作人员直观读取重要工艺参数(刷新速率小于1秒);另一台CPU226为工程后续添加部分,作为电收尘降温系统从站，通过通讯模块EM277，采用PROFIBUS DP通讯标准与窑尾控制站通讯。
系统网络结构如图1所示:
图1 系统网络结构
3.3 标准化编程
大型的自动化控制系统很难一个人完成，需要很多人的分工与合作。标准化编程就是要使软件工程师编写的程序整齐划一，通用性和可读性强，除了作者本人,阅读者也能轻而易举地理解作者的编程思想和工艺要求。这样不但可以使编程人员不再纠缠编程的枝节问题，缩短编制程序的时间，集中精力解决更加困难的工艺上的问题;有利于维护人员对程序的理解，为生产保驾护航提供了更加宝贵的经验。
(1) 根据设计图纸编制各系统的点号表。
(2)根据点号表编制STEP7符号表(SYMBOL);再根据点号表找出各控制设备的输入/输出点号，据此定义下列STEP7使用的中间线圈点号:模拟手/自动转换选择开关;启动按钮、停止按钮(对单线圈的泵或电磁阀);开启按钮、关闭按钮、停止按钮(对双线圈的电动阀);手动输出值、给定值、比例系数、积分时间(对PID调节阀)。
(3)根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序;后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序，即自动程序。
部分STEP7程序如图2所示:
图2 STEP7程序示意
3.4 工业过程监控
两台上位机采用西门子组态软件WinCC进行工业组态，且运行在bbbbbbs2000操作系统上实现流程图显示、操作面板显示、控制回路显示、历史曲线显示、历史记录显示、报警信息显示、实时操作记录显示、工艺数据、电量数据及报表打印。用户操作界面为图形界面，所有操作风格为“所见即所得”，操作方式为鼠标操作，也支持键盘快捷键操作。更新数据快，所有工艺数据更新时间小于一秒。可方便扩展Internet或Intranet远程监控功能。系统数据库为全局数据库，两个操作员站之间数据及画面完全可以共享，互为冗余备份。过程监控操作画面如图3所示。
图3 过程监控操作画面
3.5 系统调试
在实验室完成所有软硬件组态后，利用信号发生器等工具实现部分功能调试，经过多次修改，后去现场调试。调试中也遇到了一些问题，主要有CPU226如何读取上位机中WinCC的组态数据及现场调试时部分数据有干扰。通过西门子公司的技术支持解决了个问题;在现场通过加信号隔离放大器和做标准接地等方法解决了干扰问题。
4 系统评估
4.1 硬件评估
SIMATICH1网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP协议的标准以太网，它的优点是连接简单、便于扩展、速度快、兼容性好。3#旋窑监控系统采用光缆作为SIMATICH1网的连接介质，有效地实现了工业以太网数据传输过程中的抗干扰功能，保证了系统运行的可靠性;SIMATIC ProfibusDP网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网，它的特点是可以在PLC与现场设备(如变频器、工业键盘、智能仪表、分布式I/O站等)之间交换数据。3#旋窑监控系统采用屏蔽双绞线作为ProfibusDP网的连接介质。SIMATIC300站是西门子公司的产品，无论在控制速度、控制精度还是抗干扰性、灵活性各方面讲都处与PLC产品的地位。戴尔(DELL)工业微机在工业控制中应用的也很好。
4.2 软件评估
bbbbbbs2000是美国Microsoft微软公司出色的产品之一，也是世界上应用为广泛可xinlai的软件平台，3#旋窑监控系统选用bbbbbbs2000操作系统。西门子公司的WinCC的组态软件广泛应用于世界各大工厂，它的数据库、画图、显示、历史趋势、配方紧密结合，不但可以画出逼真的图形，还能将现场数据快速显示在屏幕上;它可以在屏幕上制造出按钮来取代真正的按钮完成对现场设备的操作;它能将数据库的数据按时间存放在数据文件里供历史趋势文件调用显示，这样就能把几小时、几天、甚至几个月前的数据用数据曲线的形式展示给工程师们，以便分析事故和改进工艺;它可以利用WinCC的报表功能，方便的实现报表打印和数据查询功能。STEP7是西门子公司为S7-300系列PLC设计的编程软件，它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制;它的组织块、功能块、数据块相结合的编程思想可以随心所欲地实现各种控制要求;它的时间中断组织块可以实现短到10ms长到5s的快速中断请求;它的符号表(Symbol)可以输入中文方便进行程序注释。
