【正文】 以PLC為控制核心，以外圍電器、驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)對(duì)象為主線，由傳感器構(gòu)成反饋回路。而且隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)的逐漸改進(jìn)，PLC技術(shù)會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。 雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較薄弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)300多品種的PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(%)、化鉤制藥(%)、金屬礦山(%)、造紙(%)等行業(yè)。上世紀(jì)90年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持在30一40%。由于PLC吸取了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果，因此發(fā)展十分迅速，從單機(jī)自動(dòng)化到整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化、乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化，從柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人到大型分散控制系統(tǒng)，PLC均擔(dān)當(dāng)重要角色。PLC英文原名為‘Programmable Logic Controller,簡稱PLC，中文稱“可編程邏輯控制器”。第四章 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過程水分設(shè)計(jì)的硬件與軟件設(shè)計(jì) PLC與S7200簡介 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC作為現(xiàn)代工業(yè)四大支柱之一，在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一?！?IF水分值小 AND變化趨勢不大 AND壓力變化趨勢增大THEN蒸汽壓力設(shè)定值基本不變；由此方法建立規(guī)則、知識(shí)庫表，通過規(guī)則判斷、查表，即可實(shí)現(xiàn)壓力設(shè)定值。規(guī)則、知識(shí)庫是由本行業(yè)專家提供的專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，按一定的格式和形式存放，使機(jī)器能夠識(shí)別。 事實(shí)參數(shù)為:測量水分與設(shè)定水分的差及變化趨勢、原蒸汽壓力設(shè)定值、紙張的定量值 (解耦系數(shù))、壓力的變化趨勢等因素。就是當(dāng)水分超出變化范圍時(shí)，根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)來決策蒸汽壓力的設(shè)定值。所以在建立知識(shí)庫解耦系數(shù)時(shí)，定量的解耦系數(shù)相對(duì)大 (以定量為主).具體參數(shù)值由專家經(jīng)驗(yàn)而定。 即 IF定量差A(yù)ND水分差THEN AND 。由此得出定量差和水分差.推理規(guī)則:采用生產(chǎn)式規(guī)則。 、水分解耦原理框圖 設(shè)計(jì)原理是以測量的定量、水分值根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)推理庫，得出紙漿流量(定量)輸出控制的修正系數(shù)和蒸汽壓力(水分)的設(shè)定值修正系數(shù)。此外，信息的處理也包括必要的濾波措施等。即根據(jù)輸入信息E和系統(tǒng)中的知識(shí)信息K進(jìn)行推理，然后根據(jù)推理結(jié)果I確定相應(yīng)的控制行為U。 I= {}為具體推理機(jī)構(gòu)的輸出集。 E={}為控制器的輸入集。它分為正向推理，反向推理和不精確推理等。一般常用生產(chǎn)式規(guī)則表示為: IF(控制局勢)THEN(操作結(jié)論)。 專家根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)及操作、控制的經(jīng)驗(yàn)。事實(shí)集主要包括被控對(duì)象有關(guān)知識(shí)，如結(jié)構(gòu)、類型及特征，還包括控制規(guī)則的自適應(yīng)及參數(shù)自調(diào)整方面的規(guī)則。：專家控制器通常由知識(shí)庫、控制規(guī)則集、推理結(jié)構(gòu)及信息獲取與處理四個(gè)部分組成。一般生產(chǎn)式專家控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機(jī)、人一機(jī)接口、規(guī)劃環(huán)節(jié)等組成。由結(jié)果可以看出模糊控制上升時(shí)間較短，沒有超調(diào)，而且積分部分有效地消除了系統(tǒng)偏差，擁有較好的控制性能。在有擾動(dòng)的影響下，模糊控制恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的性能好于PID控制。首先將求得的量化因子，比例因子等參數(shù)置入PLC中，采集到的變量誤差e誤差變化率ec置入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū),先經(jīng)過限輻處理,再按給定量化因子量化,并對(duì)應(yīng)到模糊集論域中的相應(yīng)元素, 由此查詢模糊控制表根據(jù)離線計(jì)算好的模糊控制表可得到控制輸出量u,再乘以相應(yīng)量化因子即可得到當(dāng)前控制量的實(shí)際值 ： MATLAB仿真結(jié)果圖1 仿真結(jié)果圖2 仿真結(jié)果圖：結(jié)論當(dāng)水分偏差較小時(shí)，模糊控制和PID控制，在上升階段控制性能相當(dāng)，但到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間明顯是模糊控制的短。責(zé)取 模糊控制表在小偏差時(shí)，為消除余差，應(yīng)考慮積分作用。對(duì)各模糊子集確定量化論域中各元素的隸屬函數(shù)可得到隸屬函數(shù)表。v 2 如果水分偏離給定值較小，只需調(diào)節(jié)2段蒸汽量，但在偏離較大時(shí)應(yīng)同時(shí)調(diào)節(jié) 1,2兩段的蒸汽量v 3 由于烘缸升溫快而降溫較慢，故在調(diào)節(jié)時(shí)關(guān)汽應(yīng)快些 模糊控制器的設(shè)計(jì)設(shè)e和ec分別代表偏差和偏差變化率，其基本論域?yàn)閷⑵浠菊撚蛄炕癁?. 確定模糊子集得到量化論域后，對(duì)各變量定義模糊子集。v 模糊控制器的設(shè)計(jì)v 模糊控制器的設(shè)計(jì)通?？煞譃殡x線設(shè)計(jì)和在線設(shè)計(jì)，離線設(shè)計(jì)就是根據(jù)操作人員的先驗(yàn)知識(shí)，確定模糊控制規(guī)則到生成模糊控制查詢表的完整過程。烘缸蒸汽壓力的模糊控制。 模糊控制設(shè)計(jì)在定量、水分控制系統(tǒng)中，以下幾部分使用了模糊控制模塊:紙漿濃度的模糊控制。設(shè)輸出為:U= 式()常用的方法有如下三種：①最大隸屬度法 ② 權(quán)平均法方法 ③加權(quán)平均法。常見的模糊條件語句及其對(duì)應(yīng)的模糊關(guān)系有:(1) if A then B(若A則B) R=AB(2) if A and B then C(若A且B則C) R=ABC(3) if A or B and C or D then E(若A或B且C或D則E) R=[(A+B)E] [(C+D)E](4) if A then B and if A then C(若A則B且若A則C)R= (AB)(AC)(5) if A then B or if C then D(若A則B或若C則D) R=AB+CD為了使人們對(duì)控制規(guī)則全體的了解能一目了然，并且，能簡單地表達(dá)控制規(guī)則全體，故采用控制規(guī)則表來表示，它既簡單又明確。 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。 模糊控制規(guī)則 模糊控制器的控制規(guī)則是以手動(dòng)控制策略為基礎(chǔ)的。，它是將在某區(qū)間的精確量x模糊化成這樣的一個(gè)模糊子集，它在點(diǎn)x處的隸屬度為1，除x點(diǎn)外其余各點(diǎn)的隸屬度均取0。 輸入語言變量偏差的語言值常取中{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，每個(gè)語言值便成為其量化論域x={一n，一n+1，…，0，…，n1,n}上的模糊子集。偏差的量化論域?yàn)? X=(n, n+1,...,0,...,nl,n) 式()正整數(shù)n為將0 Xe范圍內(nèi)連續(xù)變化的偏差離散化(或量化)后分成的級(jí)數(shù)。在應(yīng)用中常取語言變量的詞集 (即語言變量的語言值)為如下7個(gè)模糊子集組成的集合:如 {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}或 {NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}有時(shí)零 (ZO)還要細(xì)分為正零 (PO)和負(fù)零 (NO)，此時(shí)詞集由8個(gè)模糊子集組成.(2)模糊化一般采用兩種方法: 把模糊控制器的輸入變量偏差、偏差變化率的實(shí)際范圍及輸出變量的實(shí)際變化范圍稱為這些變量的基本論域。:虛線部分是模糊控制器。設(shè)計(jì)模糊控制必須解決以下三個(gè)問題:(1)輸入量、輸出量的模糊量化:(2)建立模糊控制規(guī)則或模糊控制表 (模糊算法器)。并在實(shí)際中得到了較好的應(yīng)用。第三章 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過程控制原理及設(shè)計(jì)方法把紙張質(zhì)量生產(chǎn)過程水分設(shè)計(jì)分為兩大部分:模糊控制部分和專家控制決策部分。 (2) 當(dāng)水分值超出設(shè)定范圍時(shí)，由控制決策模塊根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)庫和模糊表得出改變壓力設(shè)定值，從而使壓力控制環(huán)按新的壓力設(shè)定值調(diào)節(jié)到所需的壓力，從而保證水分在設(shè)定范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)方法采用模糊控制，分為離線和在線兩個(gè)部分，離線是確定模糊規(guī)則到生成模糊控制查詢表的過程。 控制過程: (1) 當(dāng)測量水分值在設(shè)定值的范圍內(nèi)，則保持當(dāng)時(shí)的蒸汽的壓力設(shè)定值。水分控制是通過改變烘干部的蒸汽壓力來實(shí)現(xiàn)的，由于影響紙張水分的主要因素為烘干部的蒸汽壓力，而它是可測可調(diào)的。水分控制結(jié)構(gòu)圖。為此，采用定量和水分的解耦控制，即增加了解耦運(yùn)算部分，這是由上位機(jī)根據(jù)紙張定量和水分的變化情況進(jìn)行的。紙張的水分控制系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)的反饋系統(tǒng)。為了保證紙張濃度的穩(wěn)定，在流量控制系統(tǒng)前加入了濃度控制的前饋環(huán)節(jié)。因此，把流量作為副回路，排除來自流量方面的干擾，于是就構(gòu)成了以紙張定量為主被控變量，以上網(wǎng)流量作為副被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。紙張的定量控制系統(tǒng)是一個(gè)反饋加前饋的串級(jí)系統(tǒng)。. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖此系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。定量、水分控制系統(tǒng)由三部分組成。要想快速、準(zhǔn)確的控制紙張的水分、定量用經(jīng)典的控制方法是難以做到的，只有采取合適的控制方法，才能達(dá)到滿意的效果。要研制出通用設(shè)備，就需要找出系統(tǒng)的共同的特性，研究出調(diào)整參數(shù)的方法，、分析，我們得出紙機(jī)流程被控對(duì)象的特點(diǎn)為:造紙過程的數(shù)學(xué)模型難以確定且時(shí)常變化；系統(tǒng)受到眾多因素的干擾；紙張的定量和水分相互影響，形成一個(gè)耦合的多變量系統(tǒng)；過程的動(dòng)態(tài)特性時(shí)間常數(shù)大、純滯后時(shí)間長。v 烘干部有3組共20多只直徑1m左右的烘缸，要以定量關(guān)系式準(zhǔn)確地描述紙頁在烘干過程中的機(jī)理是十分困難的，因此，采用模糊控制器控制成紙水分較為合適可行。v 在長達(dá)數(shù)十米的紙機(jī)流程中，影響成紙水分的因素很多，其中最主要的是濕紙頁在烘缸的熱傳遞情況和成紙定量水分的耦合。： 造紙機(jī)抄造工段工藝流程圖 成紙的水分含量是紙業(yè)最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。經(jīng)過除砂裝置去除漿料中塵埃和漿團(tuán)，通過網(wǎng)前流漿箱流布在銅網(wǎng)上。④ 應(yīng)用PLC原理,實(shí)現(xiàn)檢測紙張水分的目的。為自適應(yīng)模糊控制的參數(shù)設(shè)計(jì)積累堅(jiān)實(shí)的知識(shí)。同時(shí)對(duì)水分的測量原理的關(guān)鍵技術(shù)和特點(diǎn)也進(jìn)行了論述。木文主要論述以下內(nèi)容:① 對(duì)水分的特性進(jìn)行分析，提出了測控系統(tǒng)總體框架組成。并對(duì)水分進(jìn)行自適應(yīng)模糊解耦控制:設(shè)計(jì)出紙張質(zhì)量檢測的硬件。這些關(guān)鍵技術(shù)包括研究了生產(chǎn)紙種含水量（克/㎡）幅寬（cm）車速（m/min）文化用紙3%8% 1760350 紙機(jī)1760/350紙機(jī)技術(shù)參數(shù) 水分的測量原理。 造紙工藝過程的特點(diǎn)造紙過程工藝復(fù)雜，可概括其特點(diǎn)：對(duì)象的不確定性；狀態(tài)的不完全性；對(duì)象的強(qiáng)耦合性；對(duì)象的純滯后特性； 對(duì)象的非線性特性。千燥后，通常使用由68輥組成的壓光機(jī)來提高紙幅表面質(zhì)量。造紙機(jī)的千燥部通常由許多用蒸汽從內(nèi)部加熱的烘缸組成。經(jīng)壓榨部后，濕紙幅的干度一般可達(dá)20%左右。濕紙幅是由壓榨毛毯支托著，在壓輥間用機(jī)械擠壓的方法脫水的。當(dāng)濕紙幅脫水到一定干度(通常是40%左右)，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續(xù)脫水。漿流在網(wǎng)案的胸輥中心線附近上網(wǎng)后，逐漸過渡、脫水，形成連續(xù)的濕紙幅。經(jīng)過配漿、施膠、加填和凈化以后，具有適合抄紙性能