【正文】 選的理想解決方案。本系統(tǒng)的上位軟件組態(tài)王支持OPC，將其作為OPC服務(wù)器，而西門子的STEP7也支持OPC，將其作為客戶機(jī)，這樣組態(tài)王就通過OPC的方式經(jīng)以太網(wǎng)與S7400進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[13]。 OPC圖示OPC（）是由OPC基金會(huì)定義的開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。 （8）同步的PRIFIBUS DP(DRIVE)保證在高速處理過程中高質(zhì)量的控制水平。 （4）對(duì)于各種控制任務(wù)可以提供靈活多樣的高級(jí)的運(yùn)動(dòng)控制功能。 西門子PLC的特點(diǎn)可以這樣歸納一下西門子PLC的特點(diǎn)，真是基于下面的這些優(yōu)越性是我們選擇了它的重要原因。在保證控制功能的基礎(chǔ)上，盡可能的將自檢、報(bào)警等功能納入設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下原則:。10M/100M自適應(yīng)以態(tài)網(wǎng)卡CP1612工業(yè)級(jí)，標(biāo)識(shí)每臺(tái)PC的IP 地址,前三位域名相同,后面的自動(dòng)分配。當(dāng)硬件連接好后，主要是通過STEP7軟件中的管理器來組態(tài)各硬件之間的關(guān)系。第二層為ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)，各站點(diǎn)是通過DP地址來標(biāo)識(shí)身份的，本系統(tǒng)的各站點(diǎn)地址分別為：主站CPU4122DP其DP地址為2，掛在DP總線上的各從站點(diǎn)分別：CPU3152DP其DP：3；遠(yuǎn)程I/O ET200M其DP：4，變頻器其DP：5，DP/ASI網(wǎng)關(guān)其DP地址為：6，CP5613其DP：0，觸摸屏其DP：1。西門子工業(yè)以太網(wǎng)的建立需要相應(yīng)的軟件支持，STEP7是西門子工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件，該軟件為模塊化的軟件，在本軟件的基礎(chǔ)上有很多可選軟件能和其實(shí)無縫連接，本系統(tǒng)選用的是西門子的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)軟件Soft Net,該軟件和STEP7配合能組建西門子的工業(yè)以太網(wǎng)、DP網(wǎng)等，并能對(duì)PLC編程，如圖（）所示；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最上一層為SIEMENS工業(yè)以太網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)上有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別為工程師站和操作員站，工程師站安裝有監(jiān)控軟件組態(tài)王，負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行；同時(shí)作為OPC服務(wù)器，負(fù)責(zé)與Profibus主站西門子S7400系列可編程CPU4122DP交換數(shù)據(jù)，使組態(tài)王的變量與PLC中的各個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來。就目前而言，全面代替現(xiàn)場(chǎng)總線還存在一些問題，需要進(jìn)一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。從目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，目前工業(yè)以太網(wǎng)在制造執(zhí)行層已得到廣泛應(yīng)用，并成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。A1PS407PTU晶閘管調(diào)功單元熱電偶K分度號(hào)LHUBAI1電爐熱電偶信號(hào)LINELOADAUTO0VNLNLFU1FU2電爐TCRL220V max:1000176。本系統(tǒng)采用晶閘管調(diào)功方式。本系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)分層來控制各被控對(duì)象，最后在用戶終端（上位機(jī)CRT）上監(jiān)視和操作被控對(duì)象；涉及到OPC服務(wù)器、工業(yè)以太網(wǎng)、ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線、PLC編程、觸摸屏組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、PLC數(shù)據(jù)交換、監(jiān)控軟件組態(tài)等多方面的題材。；4），查表可求出：T=。 模糊控制器查詢表 PI控制算法 數(shù)字PI算法比例積分控制算法的模擬表達(dá)式為 （）式中，u0是控制作用的初始穩(wěn)態(tài)值；Kp是比例放大系數(shù)；Ti是積分時(shí)間常數(shù)；u(t)是t時(shí)刻控制作用的輸出；e(t)是t時(shí)刻控制器的輸入，e(t)=r(t)y(t),r(t)和y(t)分別是t時(shí)刻控制器的設(shè)盯值和測(cè)量值。例如根據(jù)系統(tǒng)誤差量測(cè)值e 由ni=Ke*e計(jì)算出ni=+3；查語言變量誤差E賦值表，在+，：模糊集合便是確定數(shù)誤差e的模糊化 模糊關(guān)系模糊控制器的輸出為誤差向量和模糊關(guān)系的合成，即u=(eec)反之u(x)越接近于0，表示元素x屬于模糊集合A的程度越小。令u為電極高度變化的前一時(shí)刻電極高度的控制量，有如下控制過程：當(dāng)發(fā)現(xiàn)“溫度低很多，并且溫度有進(jìn)一步快速降低的趨勢(shì)”應(yīng)采取的動(dòng)作是“加大電極高度的上升”，用條件語句可以表示為：“若誤差負(fù)大且誤差變化率也負(fù)大時(shí)，則控制量應(yīng)正大”，即if E=NB and EC=NB ,then U=PB。要建立模糊控制器的控制規(guī)則，就是要利用語言來歸納手動(dòng)控制過程中所使用的控制策略一般都可以用“IF—THEN”的形式的條件語句來加以描述。從而也較恰當(dāng)?shù)胤从沉巳藗兊目刂平?jīng)驗(yàn)。 模糊子集及其論域的確定對(duì)誤差e、誤差變化ec及控制量u的模糊集及其論域定義如下：e、ec和u的模糊集均為：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中N表示下移，P表示上移。第3章 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制器工作原理 圖 模糊控制器原理圖其中r(t) 為期望溫度值, y(t)為電熱爐實(shí)際溫度,誤差e(t)=r(t)y(t)，誤差E為e的輸入語言變量，誤差變化率ec(k)=[e(k)e(k1)]/T, 采樣周期T為5s，誤差變化率EC為ec的輸入語言變量，Ke和Kec是誤差和誤差變化率的量化因子，U1是模糊控制策略時(shí)的輸出控制量，U2是PI控制時(shí)的輸出控制量，Ku為控制量u的比例因子。本機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓： AC 380/220V 50HZ，輸 出 電 壓： AC 380/220V 50HZ，額定功率： 根據(jù)用戶需要，晶閘管觸發(fā)方式：智能變周期觸發(fā)器/過零觸發(fā)，溫度調(diào)節(jié)方式： 智能調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)及自整定(根據(jù)用戶需要)，溫度控制范圍： 根據(jù)用戶需要，測(cè) 量 精 度： 177。主站主站主站主站主站主站 圖21 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖PROFIBUS( Process Field Bus)即過程現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是以德國(guó)SIEMENS為主的10多家公司共同推出，1996年3月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，由PROFIBUSDP、PROFIBUSPA、PROFIBUSFMS組成PROFIBUS系列。 PROFIBUS總線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線具有物理層數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。需要在任何時(shí)間任何地點(diǎn)均可實(shí)時(shí)掌控企業(yè)每一個(gè)生產(chǎn)細(xì)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)的流程畫面、過程數(shù)據(jù)、趨勢(shì)曲線、生產(chǎn)報(bào)表、操作記錄和報(bào)警等均輕松瀏覽。用戶則不需要討論關(guān)于集成不同部件的接口問題，將精力集中到解決有關(guān)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)上。根據(jù)OPC客戶要求，接通或斷開與OPC服務(wù)器的連接。通過OPC服務(wù)器，將所有的過程數(shù)據(jù)能應(yīng)用于其他程序（OPC客戶機(jī)），也就是說通過OPC標(biāo)準(zhǔn)化后，使不同生產(chǎn)商之間的設(shè)備通訊成為可能，只要這兩者都支持OPC就行。OPC客戶和OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互可以有兩種不同的方式；同步方式和異步方式。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理、趨勢(shì)走向、數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表打印等功能?，F(xiàn)在很多的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用的都是各大硬件廠商的控制系統(tǒng)，如西門子等，在現(xiàn)場(chǎng)通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的可視化人機(jī)界面狀態(tài)監(jiān)測(cè)、管理和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及處理，而對(duì)于遠(yuǎn)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)目前還不是很完善。由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于起飛階段，市場(chǎng)潛力巨大，各種現(xiàn)場(chǎng)總線的主要支撐企業(yè)都看好中國(guó)市場(chǎng)，他們?cè)谥袊?guó)展開了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)自推廣以來,已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。(2).徹底的分散性徹底的分散性意味著系統(tǒng)具有較高的可靠性和靈活性，系統(tǒng)很容易進(jìn)行重組和擴(kuò)建，且易于維護(hù)。1 現(xiàn)場(chǎng)總線總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)最底層的Infranet控制網(wǎng)即FCS，各控制器節(jié)點(diǎn)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)成一種徹底 的分布式控制體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)任意，可為總線形、星形、環(huán)形等，通訊介質(zhì)不受限制，可用雙絞線、電力線、無線、紅外線等各種形式。局域網(wǎng)用于連接局域區(qū)域的各臺(tái)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖谴笈康臄?shù)字信息，如文本、聲音、圖像等，傳輸速率高，但不 要求實(shí)時(shí)性。PROFIBUS采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對(duì)象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處，控制器掃描所有I/O站上的輸入，必要時(shí)還可發(fā)送信息到輸出通道，實(shí)現(xiàn)多主式和對(duì)等式通信。其中PROFIBUS總線是最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電力、能源、交通等自動(dòng)化領(lǐng)域。現(xiàn)場(chǎng)總線一般定義為：一種用于智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式，數(shù)字化，雙向串行，多節(jié)點(diǎn)的通信總線。（4） 機(jī)器人控制隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的形成，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，機(jī)器人的控制同樣可用PLC來實(shí)現(xiàn)，如美國(guó)JEEP公司焊接自動(dòng)生產(chǎn)線上使用的29個(gè)機(jī)器人，每臺(tái)都用一個(gè)PLC控制。AB公司的1771CFM可組態(tài)流量計(jì)模塊，可用于電力管理、自動(dòng)化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測(cè)試和控制。我國(guó)從1974年開始研制，于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期越來越短，這樣繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)與安裝，十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。相位控制會(huì)使負(fù)載上的電壓波形產(chǎn)生畸形，產(chǎn)生高次諧波，對(duì)電網(wǎng)造成公害。本課題的基本構(gòu)想是:采用西門子PLC、并通過相關(guān)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制溫度,以電爐為研究對(duì)象，其中加熱爐為1000℃密閉爐，內(nèi)置熱電偶用于檢測(cè)溫度；加熱控制采用調(diào)功器，熱電偶檢測(cè)的溫度與設(shè)定值比較，經(jīng)FM355的模糊控制計(jì)算后輸出4～20mA控制信號(hào)給調(diào)功器調(diào)節(jié)爐溫。第2章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)介紹溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是個(gè)很新的課題，它代表了一類自動(dòng)控制的方法，而且其應(yīng)用十分廣泛，可以說在生產(chǎn)生活中無處不在，特別是電爐溫度的控制在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。再如，在復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，它除了要求對(duì)各被控物理量實(shí)現(xiàn)定值調(diào)節(jié)外，還要求能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)啟停、故障的自動(dòng)診斷以及緊急情況的自動(dòng)處理等功能。采用模糊控制的方法往往可以較好地解決非線性系統(tǒng)的控制問題。這里所說的模型不確定性包含兩層意思：一是模型未知或知之甚少；二是模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能在很大范圍內(nèi)變化。 模糊控制理論 模糊控制理論的特點(diǎn)模糊控制作為智能控制的一種模型，是控制理論發(fā)展的高階段產(chǎn)物，它主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國(guó)外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開發(fā)工作的滯后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。溫控器普遍具有參數(shù)自整定功能。它們主要具有如下的特點(diǎn)： 適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制。 近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度控制調(diào)節(jié)器進(jìn)行了廣泛、深入的研究，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的研究取得巨大的進(jìn)展，形成了一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器，如：智能化 PID、模糊控制、自適應(yīng)控制等，其性能、控制效果好，可廣泛應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關(guān)設(shè)備的改造。 關(guān)于溫度控制系統(tǒng)的介紹溫度控制在我國(guó)電子、冶金、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。在工業(yè)上，偏差控制又稱為“PID控制”，這是工業(yè)過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式，一般都能收到令人滿意的效果。采用可編程序控制器對(duì)它們進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠 大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。關(guān)鍵詞： 溫度控制、模糊控制、 PLC、工業(yè)以太網(wǎng)、ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線。基于PLC的溫度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：本篇文章介紹了一種基于PLC的溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并且通過以電熱溫控方式為研究對(duì)象詳細(xì)敘述了PLC的基本原理及PLC的工程設(shè)計(jì)的相關(guān)步驟。最后以電爐溫度為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的模糊控制。因此，溫度控制系統(tǒng)是工業(yè)控制中比較典型的控制系統(tǒng)，它是一個(gè)一階純滯后慣性系統(tǒng)，它具有明顯的滯后特性，對(duì)于需要快速準(zhǔn)確的獲取和控制事實(shí)溫度的場(chǎng)合（如制藥、化工、石油、食品加工等）采用一般的控制方法很難獲得滿意的控制效果。模糊控制的原理是檢測(cè)到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，經(jīng)模糊控制計(jì)算后輸出控制信號(hào)給溫度調(diào)節(jié)控制設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。其必然會(huì)有積極的現(xiàn)實(shí)意義及廣泛的應(yīng)用前景。 自 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。 溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀(jì) 80年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入 WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資、技術(shù)合作等方式，組建了一批合資、合作及獨(dú)資企業(yè)，使我國(guó)溫度等儀表工業(yè)得到迅速的發(fā)展。而模糊控制的對(duì)象通常在嚴(yán)重的不確定性。對(duì)于具有非線性特性的控制對(duì)象，雖然也有一些非線性控制的方法，但總的來說，非線性控制理論還很不成熟，而且方法也比較復(fù)雜。例如，在智能機(jī)器人系統(tǒng)中，它要求系統(tǒng)對(duì)一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)具有自行規(guī)則和決策的能力，有自動(dòng)躲避障礙并且運(yùn)動(dòng)到期望目標(biāo)位置的能力。工藝要求溫度應(yīng)控制在溫度給定值tg附近，考慮到溫度有非線性、時(shí)變性以及室溫、工作條件等的不良擾動(dòng)因素，且溫度控制通常要求具有快速、無超調(diào)的響應(yīng)特性，用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器很難滿足這些要求，因此，可將溫度控制器設(shè)計(jì)成模糊控制器。本課題將對(duì)此進(jìn)行研究。晶