基于模糊理論的PLC鍋爐水位控制器

汽包水位系統(tǒng)是一個(gè)具有較大的擾動(dòng)和非線性特征的滯后系統(tǒng)。目前，對(duì)汽包水位的控制大多采用常規(guī)PID控制方式，但由于常規(guī)PID控制參數(shù)是固定不變的，幾乎找不到能適應(yīng)上述各種擾動(dòng)的控制參數(shù)，從而其控制效果往往難以滿足要求，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至失控。這里介紹我們開(kāi)發(fā)的一套PLC和單片機(jī)聯(lián)合控制的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件配置

這套中小型工業(yè)鍋爐控制器主要由單片機(jī)和PLC兩大部分組成，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1所示。

圖1 工業(yè)鍋爐模糊控制器系統(tǒng)圖

對(duì)汽包水位的測(cè)量，采用了量程為[-100mm，+100mm]，分辨率為5mm的干簧圓筒式水位計(jì)。磁浮筒對(duì)干簧管產(chǎn)生磁場(chǎng)作用，對(duì)應(yīng)生成相應(yīng)的水位信號(hào)，水位信號(hào)送入單片機(jī)輸出5位二進(jìn)制水位到PLC，同時(shí)也送于單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的工藝條件，將水位的數(shù)值，閥值的數(shù)值和相關(guān)的報(bào)警信號(hào)輸出顯示到面板上。

就地汽包兩側(cè)水位計(jì)的水位高報(bào)警，低報(bào)警不送入單片機(jī)，直接送至PLC。操作面板上的6個(gè)面板上的6個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)也連接到PLC的輸入端子上。PLC根據(jù)所有的輸入信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的控制算法，計(jì)算結(jié)果通過(guò)輸出端去控制對(duì)應(yīng)的設(shè)備。

輸入信號(hào)由單片機(jī)采集處理后送到PLC，只有重要的水位高/低保護(hù)信號(hào)不通過(guò)單片機(jī)直接送到PLC。從安全性來(lái)考慮，首先，有兩套汽包水位測(cè)量裝置，水位信號(hào)測(cè)量準(zhǔn)確，可靠。并設(shè)置有水位偏差偏差報(bào)警功能，當(dāng)兩側(cè)水位測(cè)量偏差超過(guò)一定值時(shí)，送控制器面板顯示。其次PLC抗干擾能力強(qiáng)，不易出故障。采用單片機(jī)后，PLC輸入/輸出量大大減少了，輸入量減少到18點(diǎn)，輸出量減少到10個(gè)點(diǎn)，且單片機(jī)價(jià)格便宜，使得整套系統(tǒng)成本較低。

3 基于模糊理論的PLC軟件設(shè)計(jì)

3.1 模糊控制器設(shè)計(jì)步驟

為得到在輸入是e和△e條件下控制量u的大小，首先根據(jù)實(shí)際論域并確定量化等級(jí)[-6～+6]，得到量化因子分別為Ke=0.06，K△e=0.5，Ku=15.3。

選擇描述某一模糊變量各個(gè)模糊子集時(shí)，要使他們?cè)谡撚蛏戏植己侠恚此麄儜?yīng)該較好的覆蓋整個(gè)論域。在定義這些模糊子集時(shí)要主意使論域中的任何一點(diǎn)對(duì)這些模糊子集的隸屬度的最大值不能太小，否則會(huì)在這樣的點(diǎn)的附近出現(xiàn)不靈敏區(qū)，以至于失控，使模糊控制系統(tǒng)控制性能變壞。

采用的模糊條件語(yǔ)句為:if{e=Ai and △e=Bi then u=Ci i=1，2...}其中Ai，Bi，Ci分別為各自論域上的語(yǔ)言變量值。這樣可以得到如附表的控制狀態(tài)表。

最后利用加權(quán)平均法得到其最終輸出量化結(jié)果，精確化后得到其控制量

3.2 部分PLC程序

程序主要包括安全保護(hù)，手動(dòng)控制和自動(dòng)控制三部分，如圖2所示。

圖2 部分自動(dòng)控制程序

其中手動(dòng)部分操作者能根據(jù)水位，壓力變化控制A，B泵的開(kāi)關(guān)時(shí)間，以及送引風(fēng)機(jī)的狀態(tài)。自動(dòng)部分主要是根據(jù)從單片機(jī)上采集的水位數(shù)據(jù)，確定量化數(shù)，從而對(duì)A，B泵以及風(fēng)機(jī)的控制，基本程序如圖3所示。首先得到從單片機(jī)送來(lái)的安全水位信號(hào)，根據(jù)編碼得到水位落在哪個(gè)量化區(qū)間內(nèi)，然后根據(jù)IR201存儲(chǔ)的歷史信息對(duì)A，B泵開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)時(shí)間時(shí)間X以及送引風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。

圖3 部分自動(dòng)控制程序

4 結(jié)束語(yǔ)

這套系統(tǒng)相應(yīng)速度快，控制精度高，結(jié)構(gòu)合理，功能齊全，軟硬件配置可靠性高，具有較高實(shí)用價(jià)值和推廣前景，能夠適應(yīng)工業(yè)鍋爐的控制要求。節(jié)約了資金和人員投入，又提高了工業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制水平，消除了事故隱患， 此外，系統(tǒng)還極大的減少了控制系統(tǒng)的維護(hù)工作量及設(shè)備備品，備件的更換量和更換周期，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

本文來(lái)自2005年第5期“工業(yè)控制技術(shù)”