《基于PLC的温度模糊控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的温度模糊控制系统设计（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I 基于PLC的温度模糊控制系统设计 摘 要：本篇文章介绍了一种基于PLC的温度模糊控制系统的设计方法，并且通过以 电热温控方式为研究对象详细叙述了PLC的基本原理及PLC的工程设计的相关步骤。现今，自动控制技术尤其是温度控制技术在国内外得到广泛的应用和发展。时 滞效应始终困扰着其实际应用，为此人们发明了多种控制方法来解决时滞问题，例如 比例控制方式、PID控制方式、模糊控制方式等控制方式；本文将针对温度控制的特点， 设计一个用基于西门子可编程序控制的模糊控制器，采用Profibus-DP现场总线建立一 个现场控制层，再基于工业以太网构建一个监控与管理层。最后以电炉温度为控制对 象，实现对温度
2、的模糊控制。 关键词： 温度控制、模糊控制、 PLC、工业以太网、Profibus-DP现场总线。II PLC-based fuzzy control system design about temperature ABSTRACT：This article introduced a kind of PLC-based fuzzy control system design temperature ,and described the engineering design step of the basic principle, PLC of the basic principle, PLC
3、of the electric stove.At present, the automatic control technique is the temperature particularly control the technique is getting at home and abroad extensive of application and development. Hour the effect perplexs it always actual application, for this person invented various control methods to r
4、esolve problem of , for example comparison control method, PID control way, misty control method, this text will carry on the study to a kind of temperature control method, and design an use Siemens programmable preface controller and its networks to the item that the electric stove temperature cont
5、rol, establishment of system usage the PC and touches hold the control.It controls the process to is an exportation that passes to prognosticate the electric stove temperature first, the data that sample come in passes the programmable preface controller to weave the good procedure to carry on the c
6、ontrol in advance, realization to the long range control of a. KEYWORDS: temperature control, fuzzy control ， industry ether net, the Profibus- DP the spot 。1 第1章 概述 1.1 课题研究的意义 在冶金工业，化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等到许多领域中，人们 都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行监测和控制。因此，温 度控制系统是工业控制中比较典型的控制系统，它是一个一阶纯滞后惯性系统，它具 有明显的滞后特性，对
7、于需要快速准确的获取和控制事实温度的场合（如制药、化工、 石油、食品加工等）采用一般的控制方法很难获得满意的控制效果。采用可编程序控 制器对它们进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度 提高被控温度的技术指标，从而能够 大大提高产品的质量和数量。另外，可编程序控 制器具有温度范围宽、抗干扰能力强的特点，故在强电场、强磁场的工业环境中有良 好的工作性能，在温度变化范围大的恶劣条件下仍能可靠工作。 通常，温控制采用模糊控制法。模糊控制的原理是检测到的温度与设定的温度进 行比较，经模糊控制计算后输出控制信号给温度调节控制设备，以实现对温度的控制。 在工业上，偏差控制又称为“P
8、ID控制” ，这是工业过程控制中应用最广泛的一种控制 形式，一般都能收到令人满意的效果。最近几年快速发展模糊控制、以及神经网络在 温度控制中的应用已经非常普遍。 所以本课题以PLC为基础，结合模糊控制理论，设计温度控制系统。其必然会有 积极的现实意义及广泛的应用前景。 1.2 关于温度控制系统的介绍 温度控制在我国电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复 杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前，仍 有相当部分工业企业在用窑、炉、烘干生产线存在着控制精度不高，炉内温度均匀性 差等问题，达不到工艺要求，造成装备运行成本费用高，产出品品质低下，严重影响
9、 企业经济效益，急需进行技术改造。近年来，国内外对温度控制调节器进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机 技术的发展，温度控制器的研究取得巨大的进展，形成了一批商品化的温度调节器， 如：智能化 PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好，可广泛应用于温 度控制系统及企业相关设备的改造。为企业的设备的技术改造服务。2 1.2.1 国外温度控制系统的发展概况自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的 迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速， 并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、 瑞典
10、等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表， 并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：1、适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2、能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3、能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。4、这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能 等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。 5、温控器普遍具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象 控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验 及控制对象的变化情况，自动调整相关
11、控制参数，以保证控制效果的最优化。6、温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国外温度 控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。 1.2.2 国内温度控制系统的发展概况温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制 器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比仍然有 着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于 20 世纪 80年代中后期水平， 成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般温度系统控 制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自
12、适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面， 国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发 出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试来确定。这些差距， 是我们必须努力克服的。随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业 资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等 方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度等仪表工业得到迅速的发展。3 1.3 模糊控制理论 1.3.1 模糊控制理论的特点 模糊控制作为智能控制的一种模型，是控制理论发展的高阶段产物，它主
13、要用来 解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。具体地说，其研究对象具备以 下一些智能控制对象的特点： 1.模型不确定性 传统的控制是基于模型的控制，这里的模型包括控制对象和干扰模型。对于传统 控制通常认为模型已知或者经过辨识可以得到。而模糊控制的对象通常在严重的不确 定性。这里所说的模型不确定性包含两层意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型 的结构和参数可能在很大范围内变化。无论哪种情况，传统方法都难以对它们进行控 制，而这正是模糊控制所要解决的问题。 2非线性 在传统的控制理论中，线性系统理论比较成熟。对于具有非线性特性的控制对象， 虽然也有一些非线性控制的方法，但总的来说，非线性
14、控制理论还很不成熟，而且方 法也比较复杂。采用模糊控制的方法往往可以较好地解决非线性系统的控制问题。 3.复杂的任务要求 在传统的控制系统中，控制的或者是要求输出量为定值（调节系统） ，或者是要求 输出量跟随期望的运动轨迹（跟踪系统） ，要求比较单一。对于模糊控制系统，任务的 要求往往比较复杂。例如，在智能机器人系统中，它要求系统对一个复杂的任务具有 自行规则和决策的能力，有自动躲避障碍并且运动到期望目标位置的能力。再如，在 复杂的工业过程控制系统中，它除了要求对各被控物理量实现定值调节外，还要求能 实现整个系统的自动启停、故障的自动诊断以及紧急情况的自动处理等功能。 1.3.2 模糊控制理论
15、在温度控制上的应用 模糊控制理论是在模糊集合论的数学基础上发展起来的，是一种以模糊集合论、 模糊语言变量以及模糊逻辑推理为数学基础的新型计算机控制方法，具有许多传统控 制方法无法与之比拟的优点。对于温度控制系统而言，温度t是通过控制加热装置的供电电压u来控制的。工 艺要求温度应控制在温度给定值tg附近，考虑到温度有非线性、时变性以及室温、工 作条件等的不良扰动因素，且温度控制通常要求具有快速、无超调的响应特性，用常 规的PID调节器很难满足这些要求，因此，可将温度控制器设计成模糊控制器。4 第2章 系统实现相关介绍 2.1系统简介 温度控制系统的设计是个很新的课题，它代表了一类自动控制的方法，
16、而且其应 用十分广泛，可以说在生产生活中无处不在，特别是电炉温度的控制在许多领域得到 广泛应用。温度控制在工业生产、科研活动中是个很重要的环节，能否将温度控制在 所需要的范围内关系到整个系统的成败，由于控制对象不同，所控制的精度有所不同， 为了达到所需要的精度，大多是基于西门子的可编程控制器来进行模糊控制，以满足 不同的场合。 对于一有效的温度控制系统而言，整个系统可显示温度并对其进行合理的温度控 制，并能对其进行有效的通信及远程的动态监控是极具实用价值的一项自动化应用实 例。本课题将对此进行研究。 本课题的基本构想是:采用西门子PLC、并通过相关工业网络控制温度,以电炉为研 究对象，其中加热炉为1000密闭炉，内置热电偶用于检测温度；加热控制采用调功 器，热电偶检测的温度与设定值比较，经FM355的模糊控制计算后输出420mA控制 信号给调功器调节炉温。 温度控制是通过对加热丝的电源通断来实现。本系统采用晶闸管调功方式。晶闸 管开关控制方式有两种：相位控制和过零控制。
