【正文】 模糊控制已成為智能自動化控制研究中最為活躍而富有成果的領域。到目前為止，現(xiàn)代控制理論在許多控制應用中獲得了大量成功的范例。雖然未來的控制技術應用領域會越來越寬廣，被控對象可以是越來越復雜，相應的控制技術也會變得越來越精巧，但是以PID為原理的各種控制器將是過程控制中不可或缺的基本控制單元。PID控制器系統(tǒng)原理框圖如圖46所示。比例積分微分被控對象ｅ（ｔ）ｕ（ｔ）圖46 ＰＩＤ控制器系統(tǒng)原理圖在經(jīng)典PID控制中，給定值與測量值進行比較，得出偏差e(t)，并依據(jù)偏差情況，給出控制作用u(t)。數(shù)字式PID控制器的表示函數(shù)為: （42）公式(42)中：e(n)為系統(tǒng)偏差；ec(n)為系統(tǒng)偏差變化率；為比例系數(shù)；KI為積分作用系數(shù)；KD為微分作用系數(shù)。KI值影響系統(tǒng)的穩(wěn)定精度；KI越大，系統(tǒng)靜態(tài)誤差消除越快，但如果過大，在響應過程的初期會產(chǎn)生積分飽和的現(xiàn)象，從而引起響應過程的較大超調(diào)。510152025300t/sMPa 圖47 PID響應曲線由分析系統(tǒng)的響應曲線（如圖47）可知，在函數(shù)U(n)響應的初始階段，取較大的KP和較小的KI與KD，可以使響應曲線的斜率增大，加快其響應速度。當函數(shù)U(n)達到其輸出值時，應使KI增大，迅速消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。西門子公司從S7200系列PLC中的CPU215, CPU216開始增加了用于閉環(huán)控制的PID模塊。在系統(tǒng)中，偏差值e是給定值SP(希望值)和過程變量PV(實際值)的差。 Kc： PID回路的增益。 Minitial：PID回路輸出的初始值?？刂茀?shù)包括9個參數(shù)，全部為32位實數(shù)格式，共占用36字節(jié)。一類參數(shù)是固定不變的，如參數(shù)編號為2,4,5,6,7的參數(shù)，這些參數(shù)可在PLC的主程序中設定。如編號為1,3,8,9的參數(shù)，它們具有實時性。表41中變量類型欄的In/Out應理解為相對于PID控制器而言的輸入或輸出。PVn： 第n采樣時刻的過程變量值。 TS：采樣時間間隔。TI：積分時間。 報警裝置系統(tǒng)裝有壓力傳感器和電流傳感器，結合PLC內(nèi)部時間繼電器，由PLC根據(jù)程序進行邏輯判斷，可對電機過載、電機過流、電機起動過載、電機運行過載、空壓機斷水、斷油、油水超溫等故障報警，并執(zhí)行相關保護動作。經(jīng)PLC內(nèi)部A/D轉換為200～1000數(shù)字信號，而當傳感器損壞或斷線時，將不能給PLC輸出信號，PLC所檢測到的輸入信號數(shù)字值將低于200。考慮到傳感器精度、調(diào)整值及外界干擾等因素，PLC程序中將電流或電壓信號持續(xù)1秒鐘低于3mA(即PLC內(nèi)部數(shù)值150)視為傳感器故障。即判斷為外部故障。PLC控制系統(tǒng)設計步驟：(1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。(2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備。(3) 選擇PLC。這一步可結合第2步進行。在設計繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設計完成后，才能進行控制大的設計和現(xiàn)場施工。工藝過程分析控制要求確定用戶I/O設備選擇PLC分配I/O點，設計I/O連接圖繪制流程圖編制程序清單設計梯形圖輸入程序并檢查調(diào)試滿足要求修改設計控制臺現(xiàn)場連接聯(lián)機調(diào)試滿足要求編織技術文件支付使用控制臺設計及現(xiàn)場施工PLC程序設計NONONOYesYes圖48 PLC控制系統(tǒng)流程圖 PLC程序設計的步驟(1) 對于較復雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。(2) 設計梯形圖。(4) 用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。(6) 待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。(7) 編制技術文件。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，空氣開關的容量依據(jù)電機的額定電流來確定。在PLC的220V輸入電源前也需要接入自動空氣開關，保證PLC的正常運行。（主電路如圖49）由于每臺電機的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機當前的工作電流，必須在每臺電機三相輸入電源前面都接入一個電流互感器，電流互感器和熱繼電器、電流表連接。同時熱繼電器可以實現(xiàn)對電動機的過熱保護。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)生很大的轉換電流，致使轉換無法成功。上位機PLC變頻器M1~M3~M2~Km1Km2Km3Km4Km5Km6FR1FR3FR2QF1QF2QF3QF4L1L2L3圖49 控制系統(tǒng)主電路圖 PLC選型 本系統(tǒng)中共有3臺電機、3個電磁閥、7個壓力傳感器、12個溫度傳感器，啟動停止等開關控制信號共19個，共有64個I/O點、它們構成了被控對象。PLC輸入輸出模塊I/O點數(shù)如表42所示。考慮到以后的擴展要求，選用CPU313C型號PLC，S7313C CPU包括一個主要處理單元、AI5/AO2以及DI24/DO16，這些都被集成在一個緊湊的獨立的設備中，該型號具有24數(shù)字輸入、16數(shù)字輸出。其技術參數(shù)為：(1)指令運行時間：（二進制/定點/浮點）(2)主存儲器：32KB(3)SIMATIC Micro存儲卡：64KB～4M(4)本機分布式I/O：DI/DO：24/16 A1/AO*PT100：4+1/2(5)技術功能: 計數(shù)頻率測量：3 ( 30KHz ) ～ 4 ( )(6)接口：MPI (7)外形尺寸：120125130本設計變頻器選擇西門子MM440變頻器。創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無可比擬的靈活性。10%，單相/三相，交流，； 380V480V177。控制功能： 線性v/f控制，平方v/f控制，可編程多點設定v/f控制，磁通電流控制免測速矢量控制，閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉矩控制，節(jié)能控制模式； 標準參數(shù)結構，標準調(diào)試軟件； 數(shù)字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個；獨立I/O端子板，方便維護；采用BiCo技術，實現(xiàn)I/O端口自由連接；內(nèi)置PID控制器，參數(shù)自整定；集成RS485通訊接口，可選PROFIBUSDP/DeviceNet通訊模塊； 具有15個固定頻率，4個跳轉頻率，可編程；可實現(xiàn)主/從控制及力矩控制方式；在電源消失或故障時具有自動再起動功能；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，帶有起始段和結束段的平滑特性；快速電流限制（FCL），防止運行中不應有的跳閘； 有直流制動和復合制動方式提高制動性能。傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。下面對本系統(tǒng)中所涉及的傳感器作簡要比較并最終選型。壓力信號要求范圍為0～1MPa，%以上。本系統(tǒng)采用北京科熱測控技術有限責任公司研制的GPT壓力變送器。信號輸出特性：電流型輸出：DC/4～20mA，最大負載電阻測算(含傳輸線內(nèi)阻)：Rmax= ( V 12 ) /（其中V為供電電壓）。工作環(huán)境特性：環(huán)境溫度補償范圍：0～50℃，環(huán)境溫度工作范圍：20～80℃。外型結構與典型接線：探頭外型尺寸：φ59mm120mm，重量：650g。(2)溫度傳感器的選型現(xiàn)場的溫度信號范圍為0～160℃，所以溫度傳感器采用PT100標準電阻溫度傳感器。(1)輸入輸出地址分配如表43所示表43輸入輸出地址分配(2)部分控制程序如下：// 上電初始化，調(diào)用子程序LD CALL SBR0LD S , 1LD S ，1// 變頻器頻率上限時增開空壓機LD AD= VD250, VD208AN TON T37, 50// 符合增開條件時，工頻空壓機運行數(shù)加1LD T37AB= VB301, 1EU= INCB VB301// 頻率下限時減開空壓機LDD= VD250, 1000AN TON T38, 30// 符合減開條件時，工頻機運行數(shù)減1LD T38AB VB301, 0EU= DECB VB301// 變頻器復位LD O O = // 產(chǎn)生當前空壓機工頻啟動脈沖信號LD T34EU= R , 1Network 17 LD S , 1Network 18 LD TON T39, 30Network 19 // 產(chǎn)生下一臺空壓機變頻運行啟動信號LD T39EU= R , 1R , 1致 謝本文是在沈老師的悉心指導下完成的，從論文的選題，方案的制定，工作的實施和論文的撰寫都得到了老師的許多啟發(fā)和指點。在論文成稿之際，謹向老師表示由衷的感謝和良好的祝愿。此外，還要特別感謝與我一組的同學，當我遇到難題時，我們會共同探討，一起攻克難關。參考文獻[1] 寥常初主編. S7300/400 :機械工業(yè)出版社，.[2] 李向東主編. :機械工業(yè)出版社，.[3] 于慶廣. :清華大學出版社,2004.[4] 徐少明，:機械工業(yè)出版社，1994.[5] 吳中俊，：機械工業(yè)出版社，2004.[6] 黃山. PLC控制系統(tǒng)在煤礦空壓機中的應用:[學士學位論文]..[7] :[碩士學位論文].[8] 廖子庭,潘榮果. ,第6期: 1719.[9] 楊春軍. 基于PLC在礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)中的應用材料工程學. 中國論文下載中心. [10] 顧永輝等. 煤礦電工手冊——煤礦固定設備電力拖動. 煤炭工業(yè)出版社. 37