基于PLC的锅炉温度模糊控制研究与应用

人工智能

文章编号:1008-0570(2008)09-2-0216-02

中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2008年第24卷第9-2期

基于PLC的锅炉温度模糊控制研究与应用

TheResearchandApplicationofBoilerFuzzyTemperatureControlSystembasedonPLC

(南京信息工程大学)

林屹张颖超

LINYiZHANGYing-chao

摘要:采用SIMATICS7-300系列PLC设计了一个电加热锅炉的温度模糊控制器,该模糊控制器克服了传统PID控制对被控对

组态灵活、适应性好的特点。象精确数学模型的依赖,通过已编制好的控制程序直接实现智能控制,充分体现出PLC编程方便、

关键词:PLC;模糊控制器;温度控制中图分类号:TP273.5文献标识码:A

技术创新

Abstract:AkindofboilerfuzzytemperaturecontrollerwasdesignedbyadoptingSIMATICS7-300seriesPLC.ThisfuzzycontrollerovercametheweaknessoftraditionalPIDcontrollerwhichwasbasedontheaccuratemathematicmodelanditcanrealizetheintelli-gentcontrolbythecontrolprogramme,whichrepresentitsadvantagessuchasprogrammingconvenient,consignmentflexibleandgoodadaptability.

Keywords:PLC;Fuzzycontroller;temperaturecontrol

1引言

在锅炉温度控制系统中,电加热锅炉是过程工业中常用的设备,其温度控制也是过程控制的一个重点。然而,电加热锅炉因其具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点,采用常规PID控制难以达到很好的控制效果。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊推理为基础的计算机智能控制,其核心是模糊控制器。作为智能控制的一个分支,模糊控制对于非线性、参数强耦合等系统具有其明显的控制优具有大时滞、

势,它不需要考虑被控对象的数学模型,只要依据由操作人员经验而制定的控制规则进行控制。针对电加热锅炉具有大时非线性、难以建立精确的数学模型等特点,本文在研究模糊滞、

控制理论的基础上,以电加热锅炉温度控制子系统为研究对象,采用西门子公司的SIMATICS7-300系列PLC,进行模糊控制算法的研究及应用。

行模糊推理,得到模糊输出集合。最后经过解模糊过程,即将这个输出模糊集合隶属函数转换为精确的数字量,该控制量再经过数模转换器得到4-20mA输出电流信号,该电流信号再经过调压器控制电加热器的电压,从而实现对锅炉水温的控制。

3模糊控制器的设计

3.1输入参数模糊化

进行模糊运算,首先需要将实际偏差和偏差变化率通过各自的量化因子转换为模糊论域。偏差e的语言变量为E,偏差变化率ec的语言变量为EC,输出控制量u的语言变量为U,其相应的模糊子集分别为

分别划分为11个等级,即{-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+

2模糊控制系统结构

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊推理为基础的计算机智能控制,其核心是模糊控制器。锅炉温度模糊控制系统结构如图1所示。

通过温度传感器Pt100测量锅炉水温,经温度变送器将温度信号转换为电信号送至模糊控制器,模糊控制器由SIMATICS7-

5}。语言值分别取为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},记

为{Nbig,Nmid,Msmall,Zero,Psmall,Pmid,Pbig}。把精确值离散化,并将其由基本论域变换到模糊论域之后,分别形成其隶属函数或模糊变量赋值表。

300PLC编程实现。模糊控制器将此精确值与给定值比较后得到

偏差信号e,进行模糊化,即将输入的精确数字量转换成模糊集合的隶属函数,从而把传感器的输入转换为知识库可以理解和操作的变量。然后根据操作员或专家的经验制定出的模糊控制规则进林屹:硕士讲师

基金项目:江苏省高校自然科学基金资助项目:基于关系型数据库的模糊查询方法研究与控制接口设计,颁发部门:江苏省教育厅(06KJD520122)南京信息工程大学科研基金资助项目

3.2模糊控制规则的确定

模糊控制器根据其维数,即输入变量的个数,可分为一维模糊控制器、二维模糊控制器和三维模糊控制器。本文中锅炉温度模糊控制系统的控制器采用以偏差和偏差变化率为输入控制量的增量为输出量的二维模糊控制器结构,在实际控量、

制中,不仅对被控变量的偏差进行反馈,而且还对其偏差率变化进行反馈。模糊控制规则如下:

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