【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 :知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的表示、河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 知識(shí)推理的法則、知識(shí)的獲取和總結(jié)、模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)、模糊控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、模糊控制系 圖 3 一 1 模糊控制系統(tǒng)框圖 被控對(duì)象 :被控對(duì)象可以是一種設(shè)備或是設(shè)備組成的集合體 ,也可以是一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程 ,包括自然的、生物的、化學(xué)的、或是物理的等各種狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程。這控制對(duì)象可能是確定的機(jī)構(gòu) , 也可以是模糊 的、單變量的或是多變量的、有滯后性的或是無(wú)滯后性的、非線性的或是線性的、定常的或是時(shí)變的系統(tǒng)以及具有強(qiáng)禍合或是強(qiáng)干擾性的等等多種情況。對(duì)于不好建立數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng) ,用模糊控制效果更好。執(zhí)行機(jī)構(gòu) :執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是各種交直流電動(dòng)機(jī) ,伺服電動(dòng)機(jī) , 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等 ,還有各種氣壓的和液壓的裝置 ,如各種氣動(dòng)的調(diào)節(jié)閥、液壓馬達(dá)、各種液壓閥等。控制器 :它是控制系統(tǒng)的核心部分。在模糊控制理論中 ,采用基于模糊控制知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型模糊控制器。輸入輸出接口 (I/O):實(shí)際系統(tǒng)中由于多數(shù)被控對(duì)象的控制量及其可觀測(cè)狀態(tài)量是模擬 量。因此 ,模糊控制系統(tǒng)與通常的全太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文統(tǒng)的分析、模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法等 ,但模糊控制更能適應(yīng)噪聲干擾和元器件的變化 ,使系統(tǒng)適應(yīng)性更好 。其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛 ,應(yīng)用前景更加開闊。鑒于此 ,在邢臺(tái)東龐煤礦洗煤車間 ,我們采用模糊排料控制系統(tǒng)取代了原先普通邏輯控制系統(tǒng) ,并在現(xiàn)場(chǎng)得以應(yīng)用。 模糊控制器工作原理 模糊控制過(guò)程 所謂模糊控制 ,既不是指被控對(duì)象是模糊的 ,也不是指控制器是不確定的 ,它是指在表示知識(shí)、概念上的模糊性。雖然模糊控制算法是通過(guò)模糊語(yǔ)言描述的 ,但它所完成的卻是一項(xiàng)完全確 定的 工作。要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言控制的模糊邏輯控制器 ,就必須解決三個(gè)問(wèn)題。第一是先通過(guò)傳感器把要檢測(cè)的物理量變成電信號(hào) ,再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把它轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)字量。精確輸入量輸入模糊邏輯控制器后 ,先被轉(zhuǎn)換成模糊集合的隸屬度函數(shù) ,這一步就稱為精確量的模糊化 。其目的是把傳感器的輸入轉(zhuǎn)換成知識(shí)庫(kù)可以理解和操作的變量格式。第二是根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的操作者或者專家的經(jīng)驗(yàn)制定出模糊控制規(guī)則 ,并進(jìn)行模糊邏輯推理 ,以得到一個(gè)模糊輸出集合即一個(gè)新的模糊隸屬函數(shù) ,這一步稱為模糊控制規(guī)則形成和推理 。其目的是用模糊輸入值去適配控制規(guī)則 ,為每個(gè)控制規(guī)則確定其適 配的的程度 ,并且通過(guò)加權(quán)計(jì)算合并那些規(guī)則的輸出。第 三是根據(jù)模糊邏輯推理得到的輸出模糊隸屬函數(shù) ,用不同的方法找一個(gè)具有代表性的精確值作為控制量 ,這一步稱為模糊輸出量的解模糊判決 ,目的是把分布范圍概括合并成單點(diǎn)輸出量 ,加到執(zhí)行器上實(shí)現(xiàn)控制。 圖 3 一 2 典型模糊控制器系統(tǒng)基本框圖 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 精確輸入量的模糊化 通?？刂瓶偸怯孟到y(tǒng)的實(shí)際輸出值與設(shè)定的期望值相比較 ,得到一個(gè)偏差值 E,控制器根據(jù)這個(gè)偏差值來(lái)決定如何對(duì)系統(tǒng)加以調(diào)整控制。很多情況下還需要根據(jù)偏差的變化率 C 來(lái)進(jìn)行綜合判斷。無(wú)論是偏差還是偏差的變化率 ,都是 精確的輸入量。要采用模糊控制技術(shù)就必須首先把它們轉(zhuǎn)換成模糊隸屬函數(shù)。每一個(gè)輸入值都可以對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊集合 ,某一范圍連續(xù)變化的值就可有無(wú)限多個(gè)模糊集合。這在工程實(shí)踐中是無(wú)意義的。為了便于工程實(shí)現(xiàn) ,通常把輸入變量范圍人為的定義成離散的若干級(jí)中 (本文取 13 級(jí) )。定義輸入量的隸屬函數(shù)可采用吊鐘形、梯形和三角形 ,理論上說(shuō)吊鐘形最為理想 ,但是計(jì)算復(fù)雜 。實(shí)踐證明 ,用三角形 和梯形函數(shù)其性能并沒有十分明顯的差別。所以為了簡(jiǎn)化計(jì)算 ,采用最常用的三角形。 為了實(shí)現(xiàn)模糊控制器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) ,把偏差 E、偏差變化率 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 第四章基于 S7200PLC 的跳汰機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 我們開發(fā)的基于 S7 一 200PLC 的跳汰機(jī)控制系統(tǒng) ,包括風(fēng)閥控制系統(tǒng)和模糊排料控制系統(tǒng)。風(fēng)閥系統(tǒng)是跳汰周期的產(chǎn)生源。風(fēng)閥控制系統(tǒng)功能就是按照跳汰司機(jī)設(shè)定參數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的跳汰頻率 ,同時(shí)風(fēng)閥進(jìn)行有規(guī)律的進(jìn)、排氣動(dòng)作 ,底板規(guī)律地振動(dòng) ,從而使得上面的物料進(jìn)行合理地分層。在此基礎(chǔ)上模糊排料系統(tǒng)投入工作 ,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求進(jìn)行實(shí)際控制。 圖 4 一 1 基于 S7 一 200PLC 的跳汰機(jī)控制系統(tǒng)示意圖 本軟件控制系統(tǒng)采用模塊化編程結(jié)構(gòu) ,PLC 作為最底層 的控制器可以單獨(dú)完成對(duì)系統(tǒng)的控制任務(wù)。同時(shí) ,PLC 與上位機(jī)通過(guò) PC 一 PP 工電纜進(jìn)行通訊 ,上傳底層各種參數(shù)。上位機(jī)中留有接口 ,當(dāng)接收到從 PLC 上傳的數(shù)據(jù)以后 ,可以根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析與處理。同時(shí) ,上位機(jī)還可以將產(chǎn)生的控制數(shù)據(jù)或其它參數(shù)下傳至 PLC,由 PLC 執(zhí)行控制任務(wù)。 風(fēng)閥控制系統(tǒng) 電磁風(fēng)閥裝置是跳汰機(jī)的主令控制裝置 ,其運(yùn)行狀況與選煤廠的正常運(yùn)行和生產(chǎn)效益的好壞休戚相關(guān)。在本系統(tǒng)中跳汰機(jī)有五個(gè)跳汰室 ,每個(gè)室有 1 個(gè)進(jìn)氣閥 ,1 個(gè)排氣閥。電磁風(fēng)閥的動(dòng)作周期稱為跳汰周期。在每個(gè)跳汰周期中分為進(jìn)氣期、膨 脹期、排氣期和壓縮期?？删幊炭刂破鞲鶕?jù)設(shè)定的進(jìn)氣期、膨脹期、排氣期和壓縮期參數(shù)來(lái)控制五個(gè)進(jìn)氣閥和五個(gè)排氣閥的動(dòng)作。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) ,選煤廠煤塵多、濕度大、強(qiáng)弱電干擾強(qiáng)、振動(dòng)噪聲大等惡劣的工作環(huán)境 ,要求控制裝置具有高的可靠性。我們選擇西門子 S7 一 202026XM 可編程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁風(fēng)閥的控制。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 下面分別針對(duì)系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 1 風(fēng)閥控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 圖 4 一 2 風(fēng)閥控制系統(tǒng)硬件原理圖 風(fēng)閥控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括 :可編程序控制器、上位工控機(jī)、 TD20。顯示裝置、輸出電路板等。 可編程序控制器 (PLC) 可編程序控制器采用 S7~200CPU226XM。它的輸入點(diǎn)為 24 點(diǎn)、輸出點(diǎn)為 16 點(diǎn)。程序空間為 8K 字。考慮到風(fēng)閥動(dòng)作的頻繁性 ,PLC 采用晶體管輸出型以保證長(zhǎng)的使用壽命。 PLC 通過(guò) PC 一 PPI 電纜與上位機(jī)通訊 ,實(shí)現(xiàn)風(fēng)閥控制參數(shù)的傳送 ,便于上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視跳汰機(jī)的運(yùn)行情況 ,或 PLC 及時(shí)響應(yīng)上位機(jī)對(duì)參數(shù)作出的調(diào)整。 PLC 的輸出通過(guò)固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作。 上位機(jī) 上位機(jī)采用研華 IPC610,對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境有較好的適應(yīng)能力。它是 PLC 的編程器 ,可在線、離線編制系統(tǒng)的應(yīng)用程序或在線修改 PLC 程序相關(guān)參 數(shù) 。上位機(jī)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控 ,完成對(duì)主要數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、處理、儲(chǔ)存等操作。 TD20O 顯示設(shè)備 TDZOO 文本顯示器通過(guò)特殊的通訊電纜與 PLC 連接。它具有文本信息顯示、過(guò)程參數(shù)顯示和修改、設(shè)定實(shí)時(shí)時(shí)鐘、選擇通訊速率等功能。它的可編程功能鍵可以代替普通的按鈕。 其它裝置 輸出電路板由固態(tài)繼電器、熔斷器和保護(hù)回路等組成。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 圖 4 一 3PLc 固態(tài)繼電器輸出電路原理 1 一壓敏電阻 ,2 一熔斷器控制柜上采用紅、綠發(fā)光二極管動(dòng)態(tài)顯示電磁風(fēng)閥的通斷情況。 2風(fēng)閥控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)風(fēng)閥控制系統(tǒng)的軟件包括 PLC 風(fēng)閥控制程序和通訊程序兩部分。風(fēng)閥控制程序主要完成風(fēng)閥控制的算法與輸出控制 。通訊程序主要完成 PLC 與工控機(jī)風(fēng)閥數(shù)據(jù)的交換等。 一、風(fēng)閥控制程序 : PLC 程序由初始化程序段、手動(dòng)操作程序段、中斷程序組成。其主程序流程圖如下圖 : 由于每個(gè)空氣室的跳汰周期相同 ,可將一個(gè)周期映射為 100 等分 ,根據(jù)設(shè)定的頻率自動(dòng)計(jì)算出每一跳汰周期所需的時(shí)間。氣室參數(shù)分配原則是指按每個(gè)空氣室在一個(gè)跳汰周期內(nèi) 各階段所占百分比分配 ,即進(jìn)氣期十膨脹期 +排氣期 +壓縮期 =一個(gè)跳汰周期 (100)(見圖 4 一 5)。在各氣室進(jìn)、排氣時(shí)間內(nèi)由 PLC 控制對(duì)應(yīng)的電磁閥 ,從而在各室產(chǎn)生相應(yīng)的進(jìn)、排氣動(dòng)作 ,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的跳汰特性。通過(guò) TD20O,可以對(duì)各氣室的進(jìn)氣起始時(shí)刻、膨脹期、排氣期分別設(shè)置 ,而各氣室壓縮期參數(shù)則根據(jù)氣室參數(shù)分配原則隨其他參數(shù)的變化自動(dòng)調(diào)整。電磁風(fēng)閥的動(dòng)作隨跳汰參數(shù)的修改而改變。軟件用定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)十個(gè)電磁風(fēng)閥的控制。在計(jì)算出跳汰周期后 ,將用戶給定的參數(shù)與之相乘 ,直接計(jì)算出各風(fēng)閥開、閉的時(shí)間參數(shù) ,然后將這些參數(shù)從小到大 排序 , 依次把相鄰的兩個(gè)數(shù)的差值作為定時(shí)中斷的時(shí)間間隔 ,最小的那個(gè)數(shù)就作為第一個(gè)定時(shí)中斷間隔值 ,同時(shí)在中斷程序中統(tǒng)計(jì)中斷次數(shù)。程序執(zhí)行完一個(gè)差值 ,給出相應(yīng)的輸出 ,而后執(zhí)行下個(gè)送入中斷的差值 ,依次類推 ,直到整個(gè)周期完成 ,然后再啟動(dòng)下一周期。為進(jìn)一步減小誤差 ,輸出采用立即置 (S 工 )、復(fù) (Rl)位指令。因?yàn)榱⒓粗?(SI)、復(fù) (RI)位不受掃描周期的影響 ,程序執(zhí)行到該點(diǎn) ,直接對(duì)物理輸出口進(jìn)行操作。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中 ,我們充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)的工作情況 ,采取了以下一些措施 : ,程序可實(shí)現(xiàn) I段 (包括工 、 11 跳汰室 )、 11 段 (包括 11 IV、 V 跳汰室 )的跳汰反相 ,即 I段進(jìn)氣時(shí) ,H段排氣 。I段排氣時(shí) ,H段進(jìn)氣 ,保證了跳汰機(jī)在風(fēng)量不足情況下的不間斷工作 。 。當(dāng)重新上電時(shí) ,自動(dòng)恢復(fù)掉電前所設(shè)置的參數(shù) ,方便了現(xiàn)場(chǎng)操作。下面為風(fēng)閥控制中斷部分的流程圖 : 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 . 2 模糊排料控制系統(tǒng) 根據(jù)對(duì)控制對(duì)象跳汰機(jī)的介紹 ,我們可以看出 ,被控對(duì)象存在非線性、隨機(jī)干擾、多參數(shù)強(qiáng)烈禍合等因素 ,原煤入料性質(zhì)、跳汰分選效果以及司機(jī)的操作方式都會(huì)對(duì)排料系統(tǒng)有影響 ,難以 建立排料系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。模 糊控制不需要建模的優(yōu)越性恰好為跳汰機(jī)自動(dòng)排料提供了一條有效的途徑。我們?cè)O(shè)計(jì)的模糊排料自動(dòng)控制系統(tǒng) ,目標(biāo)是穩(wěn)定床層 ,就是要及時(shí)連續(xù)均勻地排出重產(chǎn)物 ,保持穩(wěn)定而合適的床層厚度 ,是定值過(guò)程調(diào)節(jié)。 . 本控制系統(tǒng)主要由測(cè)量環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理及控制器環(huán)節(jié)、輸出驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)及顯示環(huán)節(jié)等組成。下面分別介紹各環(huán)節(jié)的功能。 一、測(cè)量環(huán)節(jié) 測(cè)量環(huán)節(jié)主要由床層厚度測(cè)量和閘板開度測(cè)量?jī)刹糠纸M成。它們?cè)谂帕舷到y(tǒng)中的位置參看圖4 一 10。對(duì)于排料的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō) ,重產(chǎn)物厚度檢測(cè)是最關(guān)鍵的一環(huán)。排料自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)床層厚度測(cè)量裝置有很高的要求 : 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 . 浮標(biāo)浮標(biāo)是利用耐磨、耐腐蝕材料做成的具有特定形狀、特定密度的密封中空容器 ,作為一次傳感元件使用。浮標(biāo)的形狀較多。它的端面為流線型。一般在跳汰機(jī)一段多采用高度較大 ,底面較小的浮標(biāo)。對(duì)跳汰機(jī)負(fù)荷和用水量都不太敏感 ,受機(jī)械力作用大 ,精度稍差 ,如圓桶形浮標(biāo)。在跳汰機(jī)二段 ,可采用高度較小 ,底面積較大的浮標(biāo)。它對(duì)跳汰機(jī)的負(fù)荷較為敏感 ,如橢圓形、紡錘形浮標(biāo)。浮標(biāo)置于排料口左上的位置 ,距離溢流堰較近 ,使得重產(chǎn)物床層 (研石層、中煤層 )不會(huì)因堆積太厚而流到下一個(gè)分選階段 ,同時(shí)也不會(huì)因排料過(guò)多而使床層過(guò)薄而不穩(wěn)定。浮 標(biāo)傳感器檢測(cè)原理浮標(biāo)傳感器量程為 0 一 200mm。作為一次差動(dòng)變壓器式傳感元件 ,浮標(biāo)在使用時(shí)被安置在跳汰室內(nèi)與其密度相同的床層之中 ,可以認(rèn)為它是床層中一個(gè)較大的 礦塊。浮標(biāo)對(duì)跳汰水流特性有一定的影響 ,而脈動(dòng)水流特性在一般情況下是不變的 ,所以浮標(biāo)位置的變化也就基本上反映了重物層床層厚度的變化。如果我們按“靜止期節(jié)拍跟蹤測(cè)量” 原理 ,在靜止期測(cè)出浮標(biāo)的位置信號(hào) ,也就獲得了特定密度床 。作為一次傳感器 ,目前在原理與實(shí)踐中均公認(rèn)為浮標(biāo)可以較準(zhǔn)確地反 映重物層的厚度。這也就是浮標(biāo)法最主要的優(yōu)點(diǎn) ,也是其一直沿用至今的原因。但使用浮標(biāo)裝置有嚴(yán)格的要求 : 。浮標(biāo)的高度越大 ,它所跨占的密度層越大 ,密度差也越大 ,一旦物料密度的組成發(fā)生變化 ,將影響浮標(biāo)所處的位置 ,這就造成測(cè)量的誤差 。 b 浮標(biāo)的形狀對(duì)床層的阻力要小。這個(gè)阻力越大 ,將影響浮標(biāo)上下運(yùn)動(dòng)的自由度 ,造成浮標(biāo)不能及時(shí)傳送出自身 。它應(yīng)該測(cè)出床層總厚度中各重產(chǎn)物層的準(zhǔn)確位置。目前世界上主要的選煤國(guó)家都用各種模擬實(shí)驗(yàn)方法來(lái)證明 ,只有在床層由松散過(guò)程轉(zhuǎn)為靜止于篩板上的時(shí)刻 (即跳汰周 期的密實(shí)期 )測(cè)出的輕重產(chǎn)物的分界處才代表重產(chǎn)物的厚度。本跳汰機(jī)系統(tǒng)采用數(shù)控電磁風(fēng)閥 ,在壓縮期 ,由 PLC 的 A/D 模塊進(jìn)行重物層厚度信號(hào)采集。 。當(dāng)重物層厚度變化時(shí) ,檢測(cè)儀表應(yīng)當(dāng)緊緊跟隨過(guò)程的變化 ,不應(yīng)有較長(zhǎng)的滯后。當(dāng)重物層變厚時(shí) ,如不能及時(shí)排料 ,會(huì)造成對(duì)輕產(chǎn)品的污染 ,影響產(chǎn)品質(zhì)量 。