基于PLC的模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)分析

【摘要】本文對于基于PLC的模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)，做了一些基本介紹，并且針對于工業(yè)電爐模糊控制的例子進(jìn)行了分析。這個開發(fā)工具的應(yīng)用，對于模糊控制盒PLC控制實現(xiàn)了有效的結(jié)合，并且在對于模糊控制技術(shù)的促進(jìn)方面，尤其是在廣泛應(yīng)用和工程的實用化上具有非常重要的意義。

【關(guān)鍵詞】PLC；模糊控制系統(tǒng)；開發(fā)工具；主要特點(diǎn)

前言

作為智能控制的一個重要分支的模糊控制，它高度的仿人智能特征，以及對于數(shù)學(xué)模型不依賴的特性，在解決工業(yè)工程復(fù)雜控制問題中成為一個非常有效的方式和方法。在國外尤其是一些發(fā)達(dá)國家，在工業(yè)生產(chǎn)中對于模糊控制的應(yīng)用大量而廣泛，在我國的發(fā)展卻面臨著現(xiàn)實和理論嚴(yán)重脫節(jié)等問題。分析下來，產(chǎn)生這個問題的原因最重要的在于，沒有面向普通工程技術(shù)人員，并且能夠結(jié)合傳統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)平臺或者工具，從而令模糊控制技術(shù)還是少數(shù)精英的專利，而無法向更多大眾普及，推廣和應(yīng)用更為先進(jìn)的模糊控制技術(shù)也更無從談起。要解決這些問題，需要從實際出發(fā)，對于面向普通工程技術(shù)人員的模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具進(jìn)行應(yīng)用和開發(fā)。

1、模糊控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簡述

具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、呈現(xiàn)模塊化特征和簡單編程，以及能夠應(yīng)用在惡劣的控制現(xiàn)場，這些都是傳統(tǒng)的PLC具有的眾多優(yōu)勢，從而令其能夠在工業(yè)控制領(lǐng)域得到的應(yīng)用更為廣泛。不過，以前的各個PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品硬件不同之外，軟件編程也各不相容，因而導(dǎo)致用戶一旦接觸時，不僅要對硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，對于軟件編程也要重新進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅給用戶帶來許多不必要的麻煩，對于開發(fā)周期也延長了許多，并且增加了更多的開發(fā)成本。因為他的兼容和通用程度不是很好，從而對于其快速發(fā)展的速度和應(yīng)用也產(chǎn)生了一定的限制作用。因此，國際上專門對此作了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這就是IEC1131的國際標(biāo)準(zhǔn)，它包括了：用戶通信和指南；一般信息；編程語言；設(shè)備和測試要求這幾個部分。工業(yè)控制編程的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，就是IEC1131的第三部分—IEC1131-3。這個標(biāo)準(zhǔn)之外，還有五類編程語言：功能塊圖FBD、順序功能圖SFC、指令表IL、梯形圖LD和結(jié)構(gòu)文本ST。

在國際市場上，近些年來許多廠商推出了符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的控制軟件包，這些軟件包對于任何獨(dú)立硬件平臺上的軟邏輯自動化控制軟件包，能夠自如運(yùn)行在各類硬件平臺之上，這些編程軟件對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)非常支持，并且具有強(qiáng)大的功能，還有豐富的控制模塊等，對于開放的控制算法接口進(jìn)行了提供，因此控制器具備了更好的開發(fā)性。用戶通過將各類相近的智能控制算法在常規(guī)控制器里的有效嵌入，從而和常規(guī)模塊能夠共同集成運(yùn)行和編程組態(tài)。

2、模糊控制系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)工具的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分析

2.1模糊控制工具的設(shè)計結(jié)構(gòu)解析

由于模糊控制設(shè)計具有一般性的普遍要求，因此對于其設(shè)計的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分為：設(shè)計向?qū)?、項目管理、模糊控制器結(jié)構(gòu)編輯、控制規(guī)則編輯、隸屬函數(shù)編輯、模糊推理、規(guī)則調(diào)試、清晰化和圖形分析，以及在線幫助和嵌入接口等部分組成。對于模糊控制器的各類環(huán)節(jié)設(shè)計進(jìn)行管理的，是項目管理模塊；幫助初學(xué)者對于設(shè)計方法和步驟進(jìn)行快速掌握的，是設(shè)計向?qū)K；對于編輯模塊進(jìn)行創(chuàng)建、編輯，從而對于模糊控制器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示的，是模糊控制器結(jié)構(gòu)編輯模塊；對于各個輸入輸出的變量和隸屬函數(shù)進(jìn)行定義，從而將函數(shù)的相關(guān)參數(shù)分別存儲到相應(yīng)的知識庫里，這是隸屬函數(shù)編輯模塊；對于創(chuàng)建規(guī)則庫，以及輸入、修改和顯示規(guī)則等功能進(jìn)行完成的，是控制規(guī)則編輯模塊；提供模糊推理方法和清晰化方法的，是模糊推理模塊；對用戶在編輯和輸入控制規(guī)則后的有效性和正確性進(jìn)行人機(jī)交互作用的檢驗以及控制，這是規(guī)則調(diào)試模塊；以圖形方式對于規(guī)則調(diào)試過程進(jìn)行跟蹤，是圖形分析模塊功能；把設(shè)計好的模糊控制嵌入PLC開發(fā)系統(tǒng)里，這是嵌入接口模塊。

2.2主要特點(diǎn)分析研究

對于FDS而言，它是一個在Windows環(huán)境下，對于模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具進(jìn)行圖形化，并且對于整個模糊控制開發(fā)周期進(jìn)行支持的作用，它具有以下這些特點(diǎn)：

①模糊隸屬函數(shù)編輯器的圖形化，能夠讓定義隸屬函數(shù)更為方便和直觀；②讓用戶更為快捷而簡單的對于控制規(guī)則進(jìn)行編輯，并且對于控制規(guī)則的完整程度進(jìn)行有效的保證和控制，這是電子表格規(guī)則編輯器的功效所在；③項目編輯器有著可視化的效果，對于模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，用戶基本可以實現(xiàn)一目了然。通過所見即所得的直觀方式，對于確定輸入和輸出變量的模糊控制器、測量變量范圍和輸入輸出組態(tài)的控制規(guī)則塊以及模糊分級等進(jìn)行完成。④通過人機(jī)交互作用，能夠?qū)τ谳斎牒洼敵龅挠^察控制器的規(guī)則有效性進(jìn)行檢驗和控制，具備圖形分析功能和規(guī)則調(diào)試功能，并且對于圖形分析曲線記錄調(diào)試過程也能進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用。⑤FCDS提供的五類模糊推理方法和三類清晰化方法，為多個模糊推理方法和清晰化方法提供了條件，將其中的任意兩者進(jìn)行隨意組合，都可以得出更多的模糊控制算法。⑥對于模糊控制器嵌入PLC能夠通過先行設(shè)計好的方式，從而更好的集成運(yùn)行和編程組態(tài)將PLC的常規(guī)模塊。

3、簡要案例分析

3.1被控對象特點(diǎn)分析

一個三溫區(qū)加熱爐就是被控對象，在非線性、強(qiáng)耦合、噪聲和不均勻增益還有滯后等因素方面具有一定的特征，建立精確的數(shù)學(xué)模型就成為非常困難的問題。還有，保溫和升溫這個電阻爐，要加熱電阻絲，通過自然環(huán)境的冷卻才能達(dá)到降溫的效果。如果出現(xiàn)超調(diào)的情況，被控對象的溫度就會因為這個原因而沒有辦法通過一定的控制手段來將其降溫，甚至傳統(tǒng)的控制方法也沒有辦法。

3.2實時模糊控制電加熱爐

電加熱爐溫度控制系統(tǒng)，由熱電偶、臺灣某公司的OMC-1 PLC、SWP-D90型PID控制儀、SWP-C80型數(shù)字顯示控制儀和SSR固態(tài)繼電器這些部分組成。對于實時控制進(jìn)行事先，其步驟如下所分析：對于模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具FCDS設(shè)計，通過誤差和誤差變化率來作為輸入，并且通過單輸出二輸入的方式對于模糊控制器進(jìn)行輸入和利用。在經(jīng)過相應(yīng)的規(guī)則調(diào)試并且確認(rèn)之后，將沒有錯誤的嵌入到OMC-1的編程系統(tǒng)中區(qū)，從而得到所需要的相應(yīng)模糊控制模塊。再將模糊模塊和其他標(biāo)準(zhǔn)的模塊，共同構(gòu)成組態(tài)編程，將控制程序的結(jié)果下載到OMC-1的控制器中。通過Intellution Fix軟件的利用，對于控制線控進(jìn)行實時的檢測，這個過程就完成了。

4、結(jié)束語

FCDS是一個面向普通的工程技術(shù)人員，具有非常友好操作界面的模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具。對于模糊控制的設(shè)計和開發(fā)周期能夠進(jìn)行有效而大力的縮短，并且把模糊控制嵌入到PLC里從而能夠和它集成運(yùn)行，這些優(yōu)勢是非常顯而易見的。在促進(jìn)模糊控制工程實用化方面，尤其是對于模糊控制技術(shù)從理論及實驗室階段，向現(xiàn)實生產(chǎn)力的大力轉(zhuǎn)化和發(fā)展上具有加速作用，并且有著十分重要的現(xiàn)實意義和巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值。經(jīng)過相關(guān)研究人員的不斷努力，目前取得了非常顯著的效果，受到了普通應(yīng)用人員的普遍歡迎和好評。和常規(guī)控制結(jié)合的話，能夠更好的形成實時專家控制系統(tǒng)，更好的為人們生活和工作來服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]彭莉，林鷹，楊奕.復(fù)雜系統(tǒng)控制中的相關(guān)技術(shù)討論.西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，29（6）：28—30

[2]楊志，李太福，盛朝強(qiáng)等.基于仿人智能的復(fù)雜關(guān)聯(lián)系統(tǒng)控制.重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，25（7）：9—11

[3]孫平.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2003