【正文】 品質(zhì)量，降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時提高了全員勞動生產(chǎn)率。將模糊控制用于PLC 水泥廠磨機自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)磨料的自動配比，以更好的完成水泥生產(chǎn)任務(wù)，提高生產(chǎn)質(zhì)量。 大多數(shù)中小型水泥廠在建廠初期或改造時資金都很緊缺，如何解決有限的資金與先進的自動化水平之間的矛盾一直是困擾水泥行業(yè)的頭疼問題， PLC 技術(shù)的低成本的特性恰恰滿足了這一需求；水泥生產(chǎn)過程為連續(xù)過程，需要大量的順序和聯(lián)鎖控制，開關(guān)量點數(shù)占總數(shù)的 80％，這非常符合價格低廉的 PLC的控制特點。 S7200 系列小型 PLC (Micro PLC)可應用于各種自動化系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： PLC；西門子 S7200；模糊控制 南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT The main content of the subject is design a automatic control system for cement mill with Siemens S7200 series PLC. It includes inverse process start, process stop, breaking in case of emergency, focus logic control of the equipment, single machine starting and stoping. Most of the small and mediumsized cement plant are Lack of money at the beginning or at the time of transformation. The S7200 series is a line of microprogrammable logic controllers (Micro PLCs) that can control a variety of 南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） III automation applications. Compact design, low cost, and a powerful instruction set make the S7200 a perfect solution for controlling small applications. The wide variety of S7200 models and the Windowsbased programming tool give us the flexibility we need to solve automation problems. Fuzzy Control here is used to mix materials, in order to finish the mission well, and improve production quality. Key words： PLC。然而，除一些大型水泥廠投資額充足外，大多數(shù)中小型水泥廠在建廠初期或改造時資金都很緊缺。水泥生產(chǎn)過程是一連續(xù)過程，需要大量的順序和聯(lián)鎖控制，開關(guān)量點數(shù)占總數(shù)的 80%，這非常符合價格低廉的 PLC 的控制特點。 水泥粉磨是水泥生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，水泥配料與磨機負荷控制效果是影響水泥產(chǎn)量質(zhì)量的關(guān)鍵，由于該生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，工人操作勞動強度大，一般控制手段難以達到要求，容易造成水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，設(shè)備運行安全系數(shù)小，水泥產(chǎn)量低。國外對水泥磨機負荷控制，大多采用選粉機粗粉回粉量加新入磨料量，即設(shè)定常數(shù)的方法；國內(nèi)對水泥磨負荷的控制除采用設(shè)定常數(shù)方法外，一般選用以下幾種方法：①采用“電耳”檢測磨音 信號進行控制，如松江水泥廠和洛陽水泥廠。 [8] 南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 水泥磨改造原因 老式的控制系統(tǒng)由于入磨物料配比不穩(wěn)定和磨機負荷控制力度不夠，設(shè)備臺時產(chǎn)量偏低 ,不能有效實現(xiàn)產(chǎn)量質(zhì)量達標。正常情況下，控制柜的多節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)（ SA）都是打在自動位置，設(shè)備都是集中 由機控室的操作人員通過微機來操作的，只有在檢修時才打在停止位。 現(xiàn)場的模擬量 (如溫度、流量等 )信號通過相應的轉(zhuǎn)換，經(jīng)信號變送 器接入 PLC 的模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊用來控制變頻器的頻率輸出信號，以控制電機的轉(zhuǎn)速。整條生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)具有較高安全性和可靠性，同時具有先進性、完整性、高效性、易操作、可擴充南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 性等主要特征。設(shè)備間啟動間隔應略大于設(shè)備單機啟動時間，避免因兩臺大功率設(shè)備同時啟動，對電網(wǎng)產(chǎn)生過大沖擊。即：上游設(shè)備最先停機，依次向下停止各設(shè)備 ，設(shè)備間停止間隔時間必須按工藝要求及設(shè)備運行特性調(diào)整，既可保證設(shè)備中的物料走空，又能及時停機，減少能源消耗。集中聯(lián)鎖邏輯控制為主要控制方式，現(xiàn)場就地手動控制為輔助控制方式。 水泥磨負荷智能控制與狀態(tài)監(jiān)測 水泥廠水泥磨負荷控制采用檢測磨尾提升機的功率、磨機磨音，以及粗粉回料量這三個重要參數(shù)，應用模糊控制算法實現(xiàn)多變量模糊控制?？紤]到生產(chǎn)管理的要求，上位機控制系統(tǒng)可通過以太網(wǎng) (TCP/IP 協(xié)議 )向上傳送南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運行情況、故障情況、水泥儲存庫情況、產(chǎn)品產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。 3) 磨機負荷控制：由磨音檢測器（電耳）、提升機功率檢測裝置、回粉計量裝置（沖板 流量計）送出 420mA 電流信號，接入 PLC， PLC 根據(jù)這些信號通過模糊控制算法控制入磨總量，使磨機處于最佳負荷狀態(tài)，達到節(jié)電、提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。 自動化控制系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)硬件由上位機、控制柜、配電柜、檢測傳感器、現(xiàn)場操作開關(guān)等構(gòu)成分布式計算機控制系統(tǒng) (稱為 DCS 系統(tǒng) )。 上位機選用臺灣研華公司生產(chǎn)的工業(yè)控制計算機（具有多媒體語音功能），其配置為： 南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 CPU:PⅢ 650MHZ/15G/:128M 顯示器 View Sonic19 HPLaser6L 激光打印機。 現(xiàn)場控制柜室內(nèi)放置了 4 個機柜，兩個低壓柜和 PLC 柜、變頻柜。所有傳感器最后輸入到 PLC 的信號都必須是 420mA。 [1] 系統(tǒng)主要功能 南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 機電設(shè)備啟停、儲庫料位信息采集顯示 機電 設(shè)備啟停均通過計算機，由 PLC 控制實現(xiàn)；儲庫料位使用雷達料位計，輸出 420mA 電流信號 ,并通過 PLC 接入計算機動態(tài)顯示其料位信息。 石膏倉、熟料倉、混合材倉倉位由雷達 料位計檢測，并傳入上位機，上位機根據(jù)其倉位設(shè)定值發(fā)出信號，由操作工根據(jù)需要控制相對應的閘門的打開或關(guān)閉自動控制。 料位檢測、指示、報警回路。 混合材、石膏、熟料喂料量累計回路。 PLC 的功能和應用 PLC 功能介紹 PLC 可用于單臺機電設(shè)備的控制，也可用于生產(chǎn)流水線的控制。它能完成以下功能 ： 1. 條件控制（邏輯控制） PLC 設(shè)置了與（ AND）、或（ OR）、非 （ NOT）等邏輯指令，能處理繼電器接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。計時器的計時值可以在運行中被讀出，也可以在運行中被修改，使用靈活，操作方便。計數(shù)器的計數(shù)值可以在運行中被讀出，也可以在運行中被修改，使用靈活，操作方便。 5. A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 有些 PLC 還具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能， 完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。 PLC 與上位機鏈接對計算機的要求是： 1) 具有 RS232 接口； 2) 使用 ASCⅡ碼字符。為調(diào)試和維護提供了方便。 3) 過程控 制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 6) 在計算機集成制造系統(tǒng)中的應用 近年來，計算機集成制造系統(tǒng) CIMS 廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，一般的 CIMS 系統(tǒng)可劃分為六級子系統(tǒng)：現(xiàn)場級，包括各種設(shè)備；設(shè)備控制級，接受各種參數(shù)的檢測信號，按照要求的控制規(guī)律實現(xiàn)各種操作控制；過程控 制級，完成各種數(shù)學模型的建立，過程數(shù)據(jù)的采集處理；以上三級屬于生產(chǎn)控制級，也稱為 EIC 綜合控制系統(tǒng)，由此向上的四、五、六級分別為在線作業(yè)管理、計算和業(yè)務(wù)管理及長期經(jīng)營規(guī)劃管理，通稱為管理信息系統(tǒng)。 PLC 的控制作用就是通過用戶程序來實現(xiàn)的。掃描 是一種形象化的術(shù)語，用作描述CPU 是如何完成分配給它的各種任務(wù)的方式。一方面，所掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用。 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)讀入到輸入映象寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序進行掃描。此時，將 元素映像寄南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再去驅(qū)動用戶輸出設(shè)備，這就是 PLC 的實際輸出。這就保證 PLC 在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不變。 ，由上一個工作周期的輸出刷新階段存入到輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。 它能夠控制各種設(shè)備以 滿足 自動化控制 需求 。在下 載 了程 序之 后， S7200將保 留 所 需 的邏輯 ，用于 監(jiān) 控應用程 序 中的輸入輸出設(shè)備。您可以 利 用這些擴展模塊完 善 CPU的功能。在所有 存儲區(qū) 中，只有 V、 M、定 時器 和 計數(shù)器存儲區(qū) 能被 組 態(tài)為保 持存儲區(qū) 。也 可以使用 S7200資源 管理 器 將 普 通文 件保 留 在 存儲卡 中 (復制、 刪 除 、 創(chuàng)建 目錄和 放 置 文 件 )。 3) 通訊處理器（ CP） 用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接。 S7300 通過分布式的主機架（ CR）和三個擴展機架（ ER），可以操作多達 32 個模塊，運行時無需風扇。 1) DIN 標準導軌安裝 只需簡單地將模塊鉤在 DIN 標準 的安裝導軌上，轉(zhuǎn)動到位，然后用螺栓鎖緊。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。 6) 確定的安裝深度 所有的端子和連接器都在模塊上的凹 槽內(nèi)，并有端蓋保護，因此所有的模塊都有相同的安裝深度。 2) 浮點數(shù)運算 用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復雜的算術(shù) 運算。 S7200 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 模糊自動控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模 糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制。然而，經(jīng)典控制理論對于非線性時變系統(tǒng)難以奏效。然而，在許多情況下被控對象（或生產(chǎn)過程）的精確數(shù)學模型很難建立。還有為數(shù)眾多的爐類，如煉鋼爐的冶煉過程，退火爐溫控過程，工業(yè)鍋爐的燃燒過程等等。在這樣的事實面前，人們又重新研究和考慮人的控制行為有什么特點，能否對于無法構(gòu)造數(shù)學模型的對象讓計算機模擬人的思維方式，進行控制決策。人的手動控制決策可以用語言加以描述，總結(jié)成一系列條件語句，南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 即控制規(guī)則。因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類同于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其方框圖如圖 31 所示。 3） 廣義對象：包括被控對象及執(zhí)行機構(gòu)，被控對象可以是線性或非線性的、定常或時變的，也可以是單變量或多變量的、有時滯或無時滯的以及有強干擾的多種情況。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影響整個控制系統(tǒng)的精度。一般選誤差信號 E 作為模糊控制器的一個輸入量。 圖 模糊控制系統(tǒng)框圖 為了對被控對象施加精確的控制，還需要將模糊量 u 轉(zhuǎn)化為精確量，這一步驟在圖 32 框圖中稱為非模糊化處理（亦稱清晰化）。 綜上所述，模糊控制算法可概括為下述四個步驟： 1. 根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng) 的輸出值，計算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量； 2. 輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚? 3. 根據(jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量（模糊量） 4. 由上述得到的控制量（模糊量）計算精確的控制量。 2) 模糊真值，如“相當真”，“很真”，“幾乎是假的”。 6) 謂詞修正詞，如“很”，“或多或少”，“相當”。在傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中，觀察事實與規(guī)南京工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 則前件只允許精確匹配，不允許部分匹配，而在專家系統(tǒng)中則允許部分匹配，這就使得它與傳統(tǒng)邏輯系統(tǒng)有本質(zhì)的不同，即模糊邏輯可以提供一種近似和相似的推理機制，而前者僅提供了一種精確推理機制。iAx? ， )(39。它的基本思想是： 先求出規(guī)則“ IF X is A THEN Y is B”中 A 和 B 的確定關(guān)系，然后再 將這個關(guān)系（是一個二元關(guān)系）與觀察事實“ X is A’ ”中 的 A’ （為一元關(guān)系）進行合成： A and B are R