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工业锅炉模糊控制器的分析研究

时间：2023-02-21 00:18:00 自动化论文我要投稿

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工业锅炉模糊控制器的分析研究

武汉大学动力机械学院   方友明   潘   笑
江西省电力试验研究院   邬   菲
ＦａｎｇＹｏｕｍｉｎｇ   ＰａｎＸｉａｏ   ＷｕＦｅ
摘   要：本文介绍了由ＰＬＣ和单片机组成的工业锅炉模糊控制器。该控制器具有低成本、抗干扰能力强的优点，应用于工业控制现场，有着重要的现实意义。
关键词：单片机   ＰＬＣ   通讯   模糊控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ?Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｂｏｉｌｅｒｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＰＬＣａｎｄｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ．Ｉｔｈａｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｌｉｓｔｉｃｓｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌｗｏｒｋｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ?ＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ   ＰＬＣ   ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ      Ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ
?中图分类号?ＴＰ２７３＋．４    ?文献标识码?Ａ    ?文章编号?１６０６－５１２３?２００２?０５－００２７－０２
１  前言
      随着微电子技术和计算机技术的进步，可编程序控制器的功能也得到了突飞猛进的发展。在ＰＬＣ组成的工业控制设备中，大多利用ＰＬＣ的并行接口进行功能的扩展，这就要占用大量的Ｉ／Ｏ点。ＰＬＣ的ＲＳ－２３２接口可以与单片机实现通信，就可充分利用单片机成本低、扩展方便的特点，使ＰＬＣ应用更具灵活性。采用单片机与ＰＬＣ组成的控制系统既具备单片机价格低、功能强的优点，同时又具备ＰＬＣ抗干扰能力强的优点，适用于工业现场控制。
      改进后的系统对输入信号采取分组分时采样，极大扩展了系统的容量。模糊算法在ＰＬＣ中实现，控制性能良好。单片机无总线，系统抗干扰能力强。目前国内外还没有成熟的产品，因此，加强这方面的研究与开发非常必要。
２   系统特点
２．１   系统扩展性好
      系统对输入信号采用分组分时采样，极大扩展了系统的容量。
２．２   系统可靠性高
      ＰＬＣ抗干扰能力强，且选用的单片机无总线，更加提高了整套控制系统的抗干扰能力。
２．３   显示界面直观、方便
      整个系统的显示界面包括：水位显示、阀位显示、水位计右侧坏报警、水位计左侧坏报警、超压报警、泵Ｂ运行、泵Ａ运行、送风机运行、引风机运行等。
２．４   组态灵活方便
      对ＰＬＣ采用梯形图的组态方式，通过ＣＰＴ编程实现相应的保护联锁功能和控制算法，可进行在线编辑，系统组态灵活、修改方便。
２．５   系统结构简单可靠，便于安装维护
３   模糊控制理论
３．１   模糊控制理论的基本思想
      对于一些常规方法难以控制的对象，有经验的操作人员进行手动操作，往往可以收到令人满意的效果。人的手动控制决策可以用语言加以描述，总结成一系列条件语句，即控制规则。根据控制的基本思想就是利用计算机来实现这些控制规则，而控制规则一般是由语言来表达的，这些语言表达又带有相当的模糊性。这些规则的形式正是模糊条件语句的形式，可以用模糊数学的方法来描述过程变量和控制作用的这些模糊概念及它们之间的关系，又可以根据这种模糊关系及某时刻过程变量的检测值，用模糊逻辑推理的方法得出此时刻的控制量。
      模糊控制器的模型不是由数学公式表达的数学模型，而是由一组模糊条件语句的语言形式，模糊控制器又称模糊语言控制器。模糊控制器的模型是由带有模糊性的有关控制人员和专家的控制经验和知识库组成的知识模型，是基于知识的控制，因此模糊控制属于智能控制的范畴。
      因此可以说，模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具，用计算机来实现的一种智能控制，模糊控制原理如图１所示。
３．２   模糊控制的特点
      ?１? 模糊控制的计算方法虽然是运用模糊集理论进行的模糊算法，但最后得到的控制规律是确定性的、定量的条件语句；
       ?２? 不需要知道被控对象的数学模型；
      ?３? 同传统的控制方法相比，更接近于人的思维方法和推理习惯。因此便于现场操作人员的理解和使用，便于人机对话得到更有效的控制规律；
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工业锅炉模糊控制器的分析研究

sp;     ?４? 模糊控制与计算机密切相关。从控制角度上看，它实际上是一个由很多条件语句组成的软件控制器。用二值逻辑的计算机来实现，模糊规律经过运算，最后还是进行确定性的控制。
４   控制系统原理框图
      改进后的工业锅炉模糊控制器由ＳＹＳＭＡＣＣＰＭ２ＡＰＬＣ和ＡＴ８９Ｃ２０５１?２Ｋ８位ＦＬＡＳＨ?单片机组成，该芯片没有总线，只有输入／输出端，使得系统的抗干扰能力得到很大的提高。
      为了节省系统的投资，在ＰＬＣ只有１２个输入点的条件下，采用分组时采样的方法，将２４个信号分两次采集，全部采集完成后，再进行主程序的控制和计算。工业锅炉模糊控制器原理如图２所示：
５   输入信号分时采样程序
６   结束语
      本套工业锅炉模糊控制器充分利用了单片机和可编程控制器的特点，系统具备低成本、抗干扰能力强、控制性能良好等优点，且系统硬、软件维护简单方便，尤其适用于工业控制现场，具有广阔的应用前景。
参考文献
      ?１? ＳＹＳＭＡＣＣＰＭ２Ａ产品说明书．
      ?２? ＳＹＳＭＡＣＣＰＭ２Ａ编程手册．
      ?３? 谢宋和编．单片机模糊控制系统设计与应用实例．北京：
电子工业出版社，１９９９
      ?４? 冯冬青编著．模糊智能控制．北京：化学工业出版社，
１９９８．９
      ５? 张晓坤主编．可编程控制器原理及应用．西安：西北工
业大学出版社，１９９９．１２
      ?６? 郭宗仁等编著．可编程序控制器及其通信网络技术．北
京：人民邮电出版社，１９９９．５
      ?７?  陈宁编．可编程控制器基础及编程技巧．广州：华南理
工大学出版社，１９９９．１

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