【正文】 沖量水位控制系統(tǒng)來實現(xiàn)鍋爐水位的自動控制而又達(dá)到規(guī)定的工藝要求異常困難。因而，汽包水位控制就采用比較復(fù)雜而投資比較大的控制系統(tǒng)。這樣對于中小型鍋爐就可以考慮用模糊控制系統(tǒng)來取代常規(guī)的三沖量PID 控制系統(tǒng)。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對象進(jìn)行有效的控制。 汽包水位 控制 系 統(tǒng) 方案 的選擇 通過以上方案的比較，常規(guī)的三沖量控制系統(tǒng)中，由于“虛假液位”的原因使得蒸汽負(fù)荷上升和下降時的動態(tài)特性曲線不對稱，且系統(tǒng)參數(shù)具有時變性，不能求出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，也就不能設(shè)計出準(zhǔn)確的前饋控制器，能實現(xiàn)靜態(tài)前饋，但對動態(tài)性能控制不好。 11 4． 鍋爐 汽包水位模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計 圖 41 汽包鍋爐水位模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計一個模糊 控制器以實現(xiàn)語言控制，必須解決以下稱為模糊控制器結(jié)構(gòu)的 3 方面問題： （ 1） 精確量的模糊化，把語言變量的語言值化為某適當(dāng)論域上的模糊子集； （ 2） 模糊控制算法的設(shè)計，通過一組模糊條件語句構(gòu)成模糊控制規(guī)則，并計算模糊控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系； (3)輸出信息的模糊判決，并完成由模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化。這樣就為該汽包液位控制系統(tǒng)選定了一個雙輸入單輸出的模糊控制器。 確定各變量的隸屬度函數(shù)和賦值表 工業(yè)鍋爐在正常運行時，偏差變化范圍為 [50cm， +50cm]，所以，設(shè)偏差 e 的基本論域為 [50cm， +50cm]，選定 E 的離散論域 X 為 {6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， +1，+2， +3， +4， +5， +6}。 12確定偏差 e的基本論域在離散域 X 上的隸屬函數(shù) 181。為語言變量 EC選 取 PB， PM， PS， Z， NS， NM 和 NB 共 7 個語言值。(y) 如下： 圖 413 偏差 ec的隸屬函數(shù) 13建立偏差變化率 ec的語言變量 EC的賦值表： 表 413 語言變量 EC 的賦值表 設(shè)控制量變化 181。的量化因子 ku=6/10=。確定出控制量 U的隸屬函數(shù)，再建立語言變量 U 賦值表如下： 圖 414控制量 u的隸屬函數(shù) 表 414 語言變量 U 賦值表 14 模糊控制規(guī)則的確定 對于雙輸入單輸出模糊控制器，規(guī)則選用“ if e and ec then u”的形式 [8]。而工業(yè)鍋爐在運行時，需要提高安全性，就必須對控制系統(tǒng)的實時性有較高的要求。 要算出模糊控制響應(yīng)表，必須選擇一種模糊推理算法。該模糊控制系統(tǒng)采用 Mamdani 模糊推理算法。 當(dāng)輸入偏差 E=6， EC=3 時，根據(jù)隸屬函數(shù)，查得對應(yīng)兩條規(guī)則： ① if E=NB and EC=PS then U=PM ② if E=NB and EC=PM then U=Z 應(yīng)用 Mamdani 模糊推理算法如下圖 415： 15 415 Mamdani模糊推理算法 應(yīng)用重心法（加權(quán)平均法）解模糊，得到控制器輸出的精確量。以下不再贅述。原始的 PID 控制系統(tǒng)不能實現(xiàn)動態(tài)前饋，且靜態(tài)前饋控制效果也不盡如人意。所以前饋控制器采用模糊控制器。 （ 2）此控制器仍是離線算出控制表，通過查詢方式找到對應(yīng)的控制量。 （ 3）規(guī)則選用“ if e then u”的形式。標(biāo)準(zhǔn) PID的控制值與偏差 (實際值與設(shè)定值之差 )、偏差對時間的積分、偏差對時間的微分，三者之和成正比。 PID 的參數(shù)設(shè)置 P 增益： 設(shè)定范圍： ～ 倍 這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動作。增益取小時，響應(yīng)遲后。 積分時間： 設(shè)定范圍： ～ 3600s 操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動作，即輸出按偏差積分的動作。積分時間小時，響應(yīng)速度快，但過小將產(chǎn)生振蕩 [10]。 5. PLC 選型及資源分配 PLC 電氣圖和 I/O 分配表 圖 51 PLC I/0口分配圖 根據(jù)上述關(guān)于 PLC 控制系統(tǒng)的基本單元輸入和輸出信號統(tǒng) 計，制定 I/O 分配表，具體對應(yīng)關(guān)系如下表 51所示。 表 51 PLC I/O 分配表 輸入信號 輸入點編號 輸入點名稱 輸入點編號 輸入點編號 X0 系統(tǒng)啟動按鈕 X3 最高水位 X1 停止按鈕 X4 最危險水位 18X2 最低水位 X5 警鈴消聲 輸出信號 輸出點編號 輸出點名稱 輸出點編號 輸出點名稱 Y0 工作指示燈 Y2 警鈴控制器 Y1 水泵接觸器 Y3 報警燈控制器 表 52模擬量模塊輸入地址分配表 通道 1 應(yīng)力式渦街流量傳感器 通道 2 應(yīng)力式渦街流量傳感器 通道 3 浮球式液位開關(guān)傳感器 通道 4 關(guān)閉 PLC 選型 根據(jù)系統(tǒng)的 I/O點數(shù)，并考慮富裕量及今后系統(tǒng)的擴展升級和工藝控制等問題，本系統(tǒng)設(shè)計采用三菱公司的 FX2N16MR 型作為主機， FX2N48MR 型是三菱公司的典型產(chǎn)品，具有功能強大，處理速度快、容量大等優(yōu)點，屬于高性能小型機，系統(tǒng) I/O 總點數(shù)為 16點，輸入、輸出均為 8點，配置擴展單元后可增加 I/O 點數(shù)。 (1) 應(yīng)力式渦街流量傳感器 : 一 種既可以測蒸汽、氣體又可以測液體的 傳 感器 流速 : 氣（汽）體： 3 m/s ～ 90 m/s 液體： m/s ～ 9 m/s (2)連桿浮球式液位開關(guān) (IL1402):一 種基于自重原理工作的液位開關(guān)。 特殊模塊功能 系統(tǒng)同時配有 FX2N4AD 特殊功能模塊作為模擬量控制的輸入接口。 19 編程軟件 編 程 軟 件 采 用 三 菱 公 司 為 其 生 產(chǎn) 的 PLC 開 發(fā) 的 編 程 軟 件 SWOPCFXGP/。為鍋爐水位雙位控制。當(dāng)水位到最高位 (X3= 1) , 水泵電動機停止 。當(dāng)雙位式控制失靈 , 鍋爐內(nèi)水位低至過低限后 (X4= 1) , 輔助繼電器 M 1 被激勵 (M 1= 1) 實現(xiàn)聲光報警 , 警鈴聲音應(yīng)報警 (Y2= 1) , 答后 (X5= 1) 消音 。 具體梯形圖如 631。在模糊控制算法的實現(xiàn)中，模糊控制量表的查詢是程序設(shè)計的關(guān)鍵，圖 632 給出了實現(xiàn)模糊控制量表查表功能的梯形圖。圖中， D0 和 D1 分別為 E和 Ec在模糊論域中所對應(yīng)的元素 [12]。 主回路我們設(shè)計的是 PI 控制器和模糊控制器并聯(lián)的混合控制器，減小了 靜 態(tài)誤差， 改變對象參數(shù)后，模糊控制系統(tǒng)仍能使偏差在工藝允許范圍內(nèi)。 鑒于學(xué)校實驗設(shè)備有限，未能將本系統(tǒng)設(shè)計的 plc 梯形圖進(jìn)行模擬調(diào)試，所以系 統(tǒng)軟件設(shè)計的可行性未能得到實踐證明；鑒于系統(tǒng)建設(shè)資金龐大，本系統(tǒng)設(shè)計還停留于理論上的方案設(shè)計和驗證，本次設(shè)計尚待檢測、實踐。朱老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩朱老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和 工作。 最后，向我的父母，及所有的老師致謝，感謝他們的栽培與支持！ 25參考文獻(xiàn) ： [1]任向民 .工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].中國科技信息 ,2021年 ,第 12 期 [2]丁鵬飛 .工業(yè)鍋爐集中監(jiān)視與監(jiān)控系統(tǒng) [J].中國科技信息 ,2021年 ,第 16期 [3]肖大雛 .控制設(shè)備及系統(tǒng) [M] 北京：中國電力出版社 , [4]周美蘭 ,周封 ,王岳宇 .plc電氣控制與組態(tài)設(shè)計 [M] 北京： 科學(xué)出版社 , [5]柴瑞娟 ,陳海霞 .西門子 PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用 [M] 北京：機械工業(yè)出版社 , [6]馬育鋒 ,吳漢松 ,郭頸東 .鍋爐水位系統(tǒng)的計算機控制 [J].自動化儀表第二十卷第四期 , 1999年 [7]唐濤 .鍋爐汽包三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 [J].化工技術(shù)與開發(fā) , 第 32卷第六期 2021年 12月 [8]文群英 ,潘汪杰等 .熱工自動控制系統(tǒng) [M] 北京： 中國電力出版社 , [9]潘祥亮 ,羅利文 .模糊 PID控制在工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].控制系統(tǒng) [10]甄立常 ,高欣 ,鍋爐水位控制系統(tǒng)中不完全微分 PID 控制器的研究 [J].鍋爐技術(shù)第 38卷第四期 , 2021 [11]李玲玲 .工業(yè)鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)的改進(jìn) [J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報 [12]孫欣 .PLC在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].節(jié)能環(huán)保 :中國設(shè)備工程 ,2021年 6期 [13]高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例 [M] 北京：人民郵電出版社， 2021. 252257 26附錄： 27 28 29 30