【正文】 顯然，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨使用上面任意一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。三是集合間的交叉程度，交叉程度高被控過程參數(shù)變化適應(yīng)性強，魯棒性好，但交叉程度過大，兩語言的變量值又難以區(qū)分。對輸入而言，要進行模糊化處理將精確值變?yōu)槟：担荒：刂破鞯妮敵鰟t是將依據(jù)模糊控制規(guī)則得出的模糊值精確化，即解模糊。它可以通過自然語言描述，這種自然語言用的是定性的、不準確的模糊條件語句。如果論域是離散形式，則模糊子集在數(shù)據(jù)庫中存放的是它在各個離散點上的隸屬度；如果論域是連續(xù)的，模糊子集在數(shù)據(jù)庫中存放它的隸屬度函數(shù)。模糊控制是一種反應(yīng)人類思維的智能控制，其控制規(guī)則是以人的經(jīng)驗和知識為基礎(chǔ)建立起來的，容易理解和接受。 1966 年， 發(fā)表了模糊邏輯報告，標志著模糊邏輯的誕生。為此，在實際工程設(shè)計及選擇水泵時，應(yīng)盡量選擇 Q— H 特性曲線較陡型水泵，并在設(shè)備調(diào)試時，恒壓線盡量靠近水泵 Q— H 特性曲線高效區(qū)的下半?yún)^(qū)。在程序設(shè)計中，設(shè)備的運行狀態(tài)是依據(jù)輸出繼電器 (Q)的狀態(tài)來確定的；由于管網(wǎng)壓力和電機頻率接入 EM235 模塊時自動完成 A/D 轉(zhuǎn)換，因此管網(wǎng)壓力和電機頻率都是以數(shù)字量傳 輸給自由通信口的。由于電機切換涉及到不同時段管網(wǎng)壓力大小和電機反饋頻率大小比較計算，因此在組內(nèi)切換程序設(shè)計中還應(yīng)包含模擬量（壓力、頻率）比較計算和邏輯運算程序設(shè)計。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子 FWD(REV)來操作，不得以主電路的通斷來進行。 15 PLC 控制程序由一個主程序、若干子程序 構(gòu)成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過 PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在 RUN 模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。 對于變頻器，不僅需要一個中間繼電器來控制變頻器的 FWD 和 CM 的通斷，來實現(xiàn)變頻器的運行和停止；而且需要一個中間繼電器來控制變頻器的 BX 和 CM 的通斷，斷開變頻器輸出，實現(xiàn)變頻 /工頻的切換。 控制電路中還必須考慮系 統(tǒng)電機和閥門的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計，為了節(jié)省PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。特別是對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻／工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。從而實現(xiàn) 1水泵由變頻切換至工頻電網(wǎng)運行， 2水泵接入變頻器并啟動運行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到水池水位達到設(shè)定值為止。 考察水泵的效率曲線 ?Q,， 水泵轉(zhuǎn)速的工況 調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運行。 從圖 22中可以看出，水泵在工作點 A 點提供的揚程和管路所需的水頭相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達 到能量和流量的平衡，這個平衡點是有條件的，平衡也是相對的。 2． 變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)的理論原理以及總體方按的設(shè)計 主要是變頻器的構(gòu)成、控制方式和形式，控制方式有三種形式： V/F 控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制；變頻器的節(jié)能、調(diào)速原理；變頻器的工況點的確定和能耗機理分析，以及系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定。 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信 號， 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。 在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。到 80 年代末， 交流電機的變頻調(diào)速技術(shù) 迅 速發(fā)展成為一項成熟的技術(shù)，它將供給交流電機的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流變成直流，再由 IGBT 或 GTR 模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動電機在變速狀態(tài)下運行，并自動適應(yīng)變負荷的條 件。 供水廠希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過程的自動化水平。據(jù)統(tǒng)計，從 1990 年到 1998年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有 升增加到 升，增長了 %[1]，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。此外，水廠作為城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，其日常的生產(chǎn)、計劃、運行和管理都直接影響到城市的安全供水。 70 年代以后，由于微 電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機技術(shù)的發(fā)展，促使晶體管變頻器的誕生。恒壓、供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。 隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強，具有以下特點 [4,5,6]： 1．可靠性高。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測以及水質(zhì)監(jiān)測等。 如果把某一水泵的性能曲線（即 HQ 曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標系中（圖22），則這兩條曲線的交點 A,就是水泵的工作點。 8 η Q相似工況拋物線η Cη A水泵性能曲線管路性能曲線 圖 25 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖 由圖 25 可見，設(shè)定管網(wǎng)壓力值（揚程）為 H0，管網(wǎng)初始用水量為 QA，初始工況點為 A，水泵電機的轉(zhuǎn)速為 n1，工作點 A 的軸功率即為 AH0OQA四點所圍的面積。系統(tǒng)開始工作時，水池水位低于設(shè)定水位下限 hl，按下相應(yīng)的按鈕 ,選擇機組Ⅰ運行，在 PLC 可編程控制器控制下 , KM2 得電， 1電機先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器 FWD 端，變頻器對拖動 1泵的電動機采用軟起動， 1電機起動，運行一段時間后，隨著運行頻率的增加，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻 0f （即 50HZ），可編程控制器發(fā)出指令，接通變頻器 BX端，變頻器 FWD 端斷開， KM2 失電， 1電機自變頻器輸出端斷開， KM1 得電 1電機切換至 工頻運行。兩個電流表一個安裝在控制柜上，另一個安裝在控制臺上，可以方便地觀察電機的三相工作電流，便于操作人員監(jiān)測電機的工作狀態(tài)。在實現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時候，嚴禁出現(xiàn)一臺電動機同時接在工頻電源和變頻電源的情況，同時要求變頻器始終只與一臺電動機相連，而且當(dāng)大容量電動機變頻工作的時候，小容量電動機要么是工頻工作運行，要么是停止工作。 （ 2） 輸出端口 PLC 的輸出端口包括機組Ⅰ內(nèi)控制 1電機兩個交流接觸器的動作，分別對應(yīng)變頻 /工頻兩個工作狀態(tài)， 1水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)， 2電機變頻運行的交流接觸器動作， 2水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)。語句表 (STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來 自計算機領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建 用戶程序，屬于面 向機器硬件的語言。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當(dāng)選擇。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，系統(tǒng)在一個工作周期內(nèi)有三個工作狀態(tài)，即小功率電機變頻起動；小功率電機工頻運行，大功率 電機變頻運行；大功率電機單獨變頻運行。 自由通信初始化子程序主要是完成通信端口的設(shè)置，自由通信設(shè)置主要是通過特殊標志寄存器（ SM）來完成的 [17]。 3．停機時， BX— CM端子閉合， FWD— CM 端子斷開，變頻工頻接觸器斷開即可。 第五章 恒水位供水系統(tǒng)的 Fuzzy 控制器的設(shè)計 及 Simulink 仿真研究 [18,20] 由于傳統(tǒng)的控制方法是建立在被控對象的精確數(shù)學(xué)模型之上的，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，而且很難滿足實時控制的要求。 2)具有良好的適應(yīng)性和較 強的魯棒性。 (Knowledge Base) 知識庫包含應(yīng)用領(lǐng)域方面 的知識，主要有數(shù)據(jù)庫和模糊規(guī)則庫組成。由于無適當(dāng)?shù)臏y試手段或測試儀器，或無法進入被測區(qū)來檢測所需要的參數(shù)，以至于難以建立準確的學(xué)模型；還有一些復(fù)雜的系統(tǒng)，由于存在嚴重的非線性，或參數(shù)間的強耦合，要想得到其數(shù)學(xué)模型必須做一些忽略或近似；還有一些系統(tǒng)本身就是非線性系統(tǒng)。模糊控制算法為根據(jù)輸入和控制規(guī)則 的模糊推理過程。二是 PB， PM， PS， … 對論域的覆蓋程度。建立數(shù)輸出變量的隸 屬度函數(shù)后，輸出變量 KP、 KI和 KD的 隸屬函數(shù)曲線分別如圖所示。 2)若 e*ec 0，說明誤差在向絕對值增大的方向變化。 （一） 單輸入單輸出模糊控制器 如圖 53 所示。假如一個水位控制系統(tǒng)輸入的變化范圍為 200cm～ 200cm 分為 n 檔， n取 4～ 8，這時量化因子 K 定義為 K=n/e 如 n=4 則 K=4/400=。因模糊控制規(guī)則是操作者經(jīng)驗的總結(jié)，因而如模糊控制實際得合理，控制效果可以像由操作者控制一樣。模糊控制規(guī)則是基于手動操作人員長期積累的控制經(jīng)驗和領(lǐng)域?qū)＜业挠嘘P(guān)知識，它是被控對象進行控制的一個 知識模型。 模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識表示和和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，采用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。 1974 年，英國的 運用模糊邏輯和模糊推理成功的實現(xiàn)了蒸氣機控制，他的成功標志著模糊控制應(yīng)用于工業(yè)控制的開始。電機頻率 f、管網(wǎng)壓力 P、相位比較是否相同值在 EM235 接口上，其接口地址為AIW0、 AIW AIW6。定時 1 秒后， YSJ111 工作，在 1變頻處， YSJ111 常閉觸點斷開，使 YVF 斷電，即 1變頻停止，同時，在變頻器 FWD 處， YSJ111 常閉觸點斷開，使 YFWD 斷電，即變頻器 FWD— CM 斷電；延時 3 秒后， YSF112 工作，常開觸點 YSF112 合上，從而 YWF11 通電，實現(xiàn) 1電機工頻運行，同時， MAR11 通電， YSJWF11 延時 5 秒開始工作，進行開閥，YKF 置 1，延時 2 秒后，由中間繼電器 復(fù)位，接著， YGF11 置 1，實現(xiàn)關(guān)閥，延時1 秒后關(guān)閥復(fù)位，這樣，開閥、關(guān)閥就完成； YSF113 延時 10 秒后工作， YSJ113 常開觸點閉合，使 YVF12 通電，同時， MAR13 通電，實現(xiàn) 2機變頻運行機，當(dāng) 2機變頻運行 18 時， YSJVF12 延時 50 秒后， 2機變頻開閥延時， YSJVK12 常開觸點閉合，中間繼電器 置 1，接著 YKF12 工作，延時 3 秒后， 復(fù)位；再延時 秒后， YSJ114動作，在變頻器 FWD— CM端子處，常開觸點閉合， YFWD 通電工作，閉合 FWD— CM端子，同時， YSJ114 常閉觸點斷開 ,YBX 斷電 ,這樣實現(xiàn)了 FWD— CM 端子接通， BX—CM 端子斷開，這樣將實現(xiàn) 1變頻轉(zhuǎn)換為 1工頻和 2變頻運行。 閥門開啟關(guān)閉程序既包含水泵機組起動和停機時的閥門開啟與關(guān)閉，也包含水泵機組在自動切換過程中的閥門開啟與關(guān)閉。 在系統(tǒng)開始 工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對模擬量（管網(wǎng)壓力、電機頻率）數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進行初始化處理，賦予一定的初值。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣 控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機語言相比 ，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯 ，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運行維護人員所接受，是初學(xué)者理想的編程 工具。 4． PLC 的選型 根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮 PLC 端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地，因此選用的 S7200 型 PLC 的主模塊為 CPU266，其開關(guān)量輸出（ DQ）為 16 點，輸出形式為 AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入 CPU266 為 24點，輸入形式為＋ 24V直流輸入。 SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高 ，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點； PLC 可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。 水泵閥門主電路用兩個交流接觸器來控制電動機的正反轉(zhuǎn)，實 現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。 Ⅲ 由 2電機變頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)?2電機變頻停止， 1電機變頻運行狀態(tài)。 系統(tǒng)的方案設(shè) 變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，由可編程控制器、變頻器、水泵電機組、水位傳感器、工控機以及接觸器控制柜等構(gòu)成。 在變頻調(diào)速恒水位供水過程中，水泵工況點的變化如圖 2— 3所 曲線 圖 2— 3 水泵工況點的變化 當(dāng) P P2 高于 P0 時，說明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少，管路阻力特性曲線 A A2 向 A0 方向變化，此時水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，管網(wǎng)口壓力也由 P P1 逐漸下降，當(dāng) P’低于 P0 時，其工況點變化與上述相反即由 A1’逐漸向 A0 移動，使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。 4．應(yīng)用軟件設(shè)計（ PLC 程序設(shè)計） 主要介紹了編程軟件的特點、語言和梯形圖其本繪制規(guī)則；控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括七大程序，分別是初始化程序、停機程序、閥門開關(guān)程序、水泵電機啟動程序、小功率電機變頻 /工頻切換程序、報警程序；整個系統(tǒng)程序的工作過程以及編程中應(yīng)注意的細節(jié)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。隨著 計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展 ，可編程序控制器將傳統(tǒng)