【正文】 理 模糊控制的基本原理可由圖 32 表示 ，它的核心部分為模糊控制器，如圖中虛線框中部分所示。 2）輸入 /輸出接口裝置：模糊控制器通過輸入 /輸出接口從被控對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)量，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對(duì)象。經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇尜A、校正、歸納和選擇（處理）等過程而進(jìn)入效應(yīng)器官反作用于外部世界（輸出），同時(shí)也通過象運(yùn)動(dòng)傳感器末梢這類傳感器 再作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，將新接受的信息與原貯存的信息結(jié)合在一起，影響并指揮將來的行動(dòng)”。還有一些生產(chǎn)過程缺乏適當(dāng)?shù)臏y(cè)試手段，或者測(cè)試裝置不能進(jìn)入被測(cè)試區(qū)域，致使無法建立過程的數(shù)學(xué)模型。可以這樣說，如果沒有模糊數(shù)學(xué)，就不會(huì)有模糊控制；同樣如 果沒有計(jì)算機(jī)，模糊自動(dòng)控制也無法實(shí)現(xiàn)。 6) 口令保護(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其 技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 功能 1. S7200 的大量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)。 3) 更換模塊簡(jiǎn)單并且不會(huì)弄錯(cuò) 更換模塊時(shí)，只需松開安 裝螺釘。 2. 根據(jù)用戶要求，還可以提供以下設(shè)備： 1) 負(fù)載電源模塊（ PS） 用于將 S7300 連接到 120/230 伏 交流電源，或 24/48/60/110 伏直流 電源。 存儲(chǔ)卡 可 拆卸 的 非易 失 性存儲(chǔ)器 ，用 來儲(chǔ)存 程 序 塊、 數(shù)南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 據(jù) 塊、系統(tǒng)塊、 配 方、 數(shù)據(jù)歸檔 和強(qiáng)制 值 。表 中對(duì) CPU的一些 特性 作了 簡(jiǎn) 單 比較 。 、輸出狀態(tài)（數(shù)據(jù)），由輸入映像寄存器和輸出映像寄存器讀出。工作周期的長(zhǎng)短與程序的長(zhǎng)短有關(guān)。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)。 PLC 就是實(shí)現(xiàn) EIC 綜合控制系統(tǒng) 的整機(jī)設(shè)備，由此可見， PLC 在現(xiàn)代工業(yè)中的地位是十分重要的。 PLC 的應(yīng)用 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化 工、電南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)， PLC 性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，大致可歸納為如下幾類： 1) 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，可用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、自動(dòng)化和平線的控制等，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等等。 7. 通訊聯(lián)網(wǎng) 有些 PLC 采用了通訊技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的 I/O 控制，多臺(tái) PLC 之間可以進(jìn)行同位鏈接， PLC 還可以與上位機(jī)進(jìn)行鏈接，接受計(jì)算機(jī)命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。 3. 計(jì)數(shù)控制 PLC 為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器，并設(shè)置了計(jì)數(shù)指令。程序投入運(yùn)行后， PLC 就在現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)（按鈕、行程開關(guān)、光電開關(guān)或其它傳感器）的作用下，按照預(yù)先送入的程序控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)、電磁閥等）按一定規(guī)律動(dòng)作。 由磨音、提升機(jī)功率、粗粉入磨量控制磨機(jī)負(fù)荷。 水泥配料秤的荷重傳感器，經(jīng)過變送器送出 420mA 電流信號(hào)，接入 PLC， PLC 根據(jù)計(jì)算機(jī)送來的設(shè)定流量來控制變頻器，調(diào)節(jié)配料秤的速度，使配料秤物料流量符合設(shè)定要求，且具有去皮及重量參數(shù)校正等各種功能。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，因此，上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)控制柜室的距離有 80 米左右 ，以保證計(jì)算機(jī)的壽命。 1） PLC 選用德國(guó)西門子公司（ SIEMENS）的 S7200 系列 ，其具有較高的性能價(jià)格比，可擴(kuò)充性好。原控制熟料、石膏、混合材入倉(cāng)用的機(jī)械閘門改為電動(dòng)／手動(dòng)閘門，根據(jù)不同的進(jìn)倉(cāng)物料，實(shí)現(xiàn)閘門的關(guān)閉／打開自動(dòng)控制。報(bào)警裝置設(shè)置在車間內(nèi)。若故障無法在短時(shí)間內(nèi)排除，則由操作員發(fā)出流程停止命令，對(duì)已啟動(dòng)的設(shè)備全部停止，流程需要重新設(shè)定后才能啟動(dòng)。下位機(jī)的任務(wù)是：接受上位機(jī)發(fā)出的各種指令，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；對(duì)設(shè)備的各種狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)掃描及處理，然后傳給上位機(jī)；采集工藝參數(shù)供上位機(jī)使用。 鑒于以上原因，用戶提出對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造并有如下控制要求： 1) 系統(tǒng)全部采用微機(jī)控制； 2) 保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維修、操作方便； 3) 系統(tǒng)設(shè)備要有“就地”、“中控”兩級(jí)控制，以中控操作為主； 4) 工藝參數(shù)直觀、齊全、準(zhǔn)確。 水泥配比和機(jī)電設(shè)備自動(dòng)啟停等方面的技術(shù)國(guó)內(nèi)已比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，處理器計(jì)算能力的日益強(qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日臻成熟，計(jì)算機(jī)產(chǎn)品 價(jià)格的不斷降低，全面降低自動(dòng)化控制系統(tǒng)的投資額已成為可能。 負(fù)荷控制方面采用的是模糊控制系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本以及功能強(qiáng)大的指令集使得 S7200 PLC 成為各種小型控制 任務(wù)理想的解決方案。解決資金問題成為自動(dòng)化發(fā)展的重要目標(biāo)之一。利用計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制、水泥配料自動(dòng)控制以及機(jī)電設(shè)備啟停和 儲(chǔ)庫(kù)料位信息采集等綜合管理控制，對(duì)改善工人勞動(dòng)環(huán)境，保證水泥磨長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)量，穩(wěn)定質(zhì)量，降低能耗等方面具有重要的意義，采用計(jì)算機(jī)控制可以取得很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。由于配料手段落后，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件較差， 工人操作困難以及磨機(jī)負(fù)荷控制的滯后性， 造成“空磨”、“飽磨”頻繁發(fā)生，研磨體的磨機(jī)襯板無功磨損較大，能耗高，噪聲大 ，水泥質(zhì)量不穩(wěn)定。 上位機(jī)的任務(wù)是：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作、管理和監(jiān)控，其中包括對(duì)每臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)和停止操作；重要參數(shù)在工藝流程圖中的位置顯示；對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)整；各種故障信號(hào)的顯示和打?。还收虾椭匾獏?shù)的歷史記錄；報(bào)表打印。在啟動(dòng)過程中設(shè)備產(chǎn)生故障時(shí)，故障設(shè)備上游已啟動(dòng)的設(shè)備停止運(yùn)行，故障設(shè)備下游的設(shè)備在系統(tǒng)未發(fā)出停止命令的情況下繼續(xù)運(yùn)行，待設(shè)備故障排除后可繼續(xù)啟動(dòng)流程。 流 程啟動(dòng)過程前，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有聲音、燈光預(yù)警，預(yù)警時(shí)間可調(diào)。 改造實(shí)施方 案 總體實(shí)施方案 對(duì)水泥磨的自動(dòng)控制主要進(jìn)行以下五個(gè)方面： 1) 入磨物料倉(cāng)位控制：計(jì)算機(jī)根據(jù)雷達(dá)料位計(jì)檢測(cè)倉(cāng)位的高低，并通過設(shè)定的料位上下限指示發(fā)出警告。上位機(jī)及 PLC 均有 1 小時(shí)在線 UPS，以保證計(jì)算機(jī)設(shè)備在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能正常運(yùn)行。 PLC 柜內(nèi)從上到下放置有三只皮帶秤的二次儀表、S7300PLC、開關(guān)電源、 6 個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)、端子排、 UPS 及電池；變頻柜內(nèi)放置有三只變頻器、電耳及沖板流量計(jì)的二次儀表、皮帶秤電機(jī)的空氣開關(guān)和接觸器、端子排、溫度傳感器的變送器。入磨物料倉(cāng)（石膏、熟料、混合材）采用 115m 雷達(dá)料位計(jì)。 6 個(gè)水泥庫(kù)、石膏倉(cāng)、混合材料倉(cāng)、熟料倉(cāng)位分別由雷達(dá)料位計(jì)信號(hào)，在上位機(jī)顯示屏上動(dòng)態(tài)顯示其倉(cāng)位和高低位報(bào)警。使用者可以根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求設(shè)計(jì)控制程序，然后將程序通過編程器送入 PLC。程序投入運(yùn)行后， PLC將根據(jù)用戶設(shè)定的計(jì)時(shí)值對(duì)某個(gè)操作進(jìn)行限時(shí)控制和延時(shí)控制，以滿足生產(chǎn)工藝要求。 6. 數(shù)據(jù)處理 有些 PLC 還具有數(shù)據(jù)處理功能，它具有并行運(yùn)算指令，能南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送， BCD 的加、減、乘、除、開方等運(yùn)算，還能進(jìn)行字與、字或、求反、邏輯移位、算術(shù)移位，檢索數(shù)據(jù)、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、 164 編碼、 416 編碼、譯碼等操作，還可以對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行見解尋址， PLC 還可以與打印機(jī)相連，打印出程序和有關(guān)數(shù)據(jù)及梯形圖。 PLC 還可以連接打印機(jī)，對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行硬拷貝。 EIC 綜合控制系統(tǒng)是一種先進(jìn)的工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)，它包括三個(gè)方面的內(nèi)容 :電氣控制，以電機(jī)控制為主，包括各種邏輯連鎖和順序控制；儀表控制，實(shí)現(xiàn)以 PID 為代表的各種回路控制功能，包括各種工業(yè)過程參數(shù)的檢測(cè)和處理；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種模型的計(jì)算、參數(shù)的設(shè)定、過程的顯示和各種操作運(yùn)南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 行管理。 掃描從 0000 號(hào)存貯地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存貯地址號(hào)遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。 PLC 重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)工作周期。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ，由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。 圖 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 西 門子 公司 提供 多種 類 型的 CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用。 永久 存儲(chǔ)器 非易 失 性存儲(chǔ)器 ，用 來儲(chǔ)存 程 序 塊、 數(shù)據(jù) 塊、系統(tǒng)塊、強(qiáng)制 值 、 組 態(tài)為 掉 電保 存 的 M存儲(chǔ)器 和在用 戶 程 序 的控制下寫入的指定 值 。 4) 功能模塊（ FM） 用于高速計(jì)數(shù)，定位操作（開環(huán)或閉環(huán) 控制）和閉環(huán)控制。 2) 集成的背板總線 背板總線集成在模塊上， 模塊通過總 線連接器相連，總線連接器插在機(jī)殼的背后。 7) 沒有槽位的 限制 信號(hào)模塊和通訊處理模塊可以不受限 制地插到任何一個(gè)槽上，系統(tǒng)自行組態(tài)。 5) 診斷功能 CPU 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能 是否正常，記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（如：超時(shí)、模塊更換等）。從線性控制與非線性控制的角度分類，模糊控制是一種非線性控制，從控制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇。例如，有些對(duì)象難以用一般的物理和化學(xué)方面的規(guī)律來描述，有的影響因素很多，而且相互之間又有交叉 耦合，使其模型十分復(fù)雜，難于求解以至于沒有使用南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 價(jià)值。 控制論的創(chuàng)始人維納在研究人與外界相互作用的關(guān)系時(shí)曾指出：“人通過感覺器官感知周圍世界，在腦和神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)整獲得的信息。 模糊控制系統(tǒng)一般可以分為四個(gè)組成部分： 1）模糊控制器：實(shí)際上是一臺(tái)微計(jì)算機(jī)，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，既可選用系統(tǒng)機(jī)，又可選用單板機(jī)或單片機(jī)。因此，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行一步控制。 3) 模糊量詞，如“大部分”，“很多”，“至少 50%”。當(dāng)然，模糊邏輯也能處理精確推理，實(shí)際上，精確推理只是近似（模糊）推理的一種特殊情況。 此外，規(guī)則也有多種不同的形式，如： （ 1） IF 1X is 1A and 2X is 2A and ? and nX is nA THEN Y is B, （ 2） IF 1X is 1A or 2X is 2A or ? or nX is nA THEN Y is B, （ 3） IF 1X is 1A and 2X is 2A and ? and nX is nA 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 THEN Y is B ELSE Z is C, （ 4） IF 1X is 1A or 2X is 2A or ? or nX is nA THEN Y is B ELSE Z is C, （ 5） IF X is A THEN Z is C, IF Y is B THEN Z is C, X is A’ OR Y is B’ Z is C’ 在這些常見的演繹推理形式下，模糊蘊(yùn)含算子和合成方法就更復(fù)雜。由于模糊集的隸書函數(shù)常常很難確定，在模糊知識(shí)系統(tǒng)中它們均由領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)其經(jīng)驗(yàn)而主觀地給出。 自本世紀(jì)六、七十年代以來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，水泥粉磨負(fù)荷自動(dòng)控制技術(shù)也在不斷進(jìn)步。這樣，被粉磨物料連續(xù)不斷進(jìn)入球磨機(jī)加以研磨，同時(shí)磨細(xì)的物料在進(jìn)入筒體待磨物料和風(fēng)力的推動(dòng)下，從筒體的另一端陸續(xù)排出。 圖 特性曲線 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 從圖 42 還可看到，特性曲線 M（ F）在 F=FKR處也有極值出現(xiàn)，但這時(shí)的點(diǎn) FKR將代表磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定與否的臨界點(diǎn)。 需要指出的是，磨機(jī)階躍響應(yīng)曲線隨入磨物料的粒度、濕度及硬度的變化而變化。綜上所述，在選擇磨機(jī)的特征頻率時(shí)，既要考慮抑制背景噪音的干擾，又要考慮反映磨機(jī)負(fù)荷的靈敏度。因此我們常用磨尾提升機(jī)功率來控制磨機(jī)的負(fù)荷，即使在以上兩個(gè)參數(shù)無法獲得的情況下只用這一個(gè)參數(shù)來控制磨機(jī)也是可行的，目前的水泥工業(yè)控制中用磨尾提升機(jī)功率的較多，主要是因?yàn)樗c磨機(jī)負(fù)荷線性關(guān)系的穩(wěn)定性，而且其檢測(cè)傳感器安 裝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，不像磨音和粗粉回粉量需要一整套的設(shè)備儀表及傳感器。 模糊控制的實(shí)現(xiàn) 控制目的 磨機(jī)負(fù)荷控制的目的是，當(dāng)被粉磨物料易磨性變化和磨機(jī)參數(shù)改變時(shí) ,始終保持磨機(jī)產(chǎn)量最高，并使磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，防止出現(xiàn)“悶?zāi)ァ焙汀翱漳ァ钡炔徽，F(xiàn)象。