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模糊控制PLC网络化温度控制系统 　　[摘 要] 本文以组态软件为平台，通过PLC构建了一个分布式温度自动控制闭环系统，实现对现场温度的自动控制。采用模糊算法完成了调节器的设计，并对其控制特性进行了分析。借助组态软件良好的人机界面，完成了温度的动态显示和实时温度曲线的记录，并实现远程控制，实现了系统的数字化，智能化，网络化。 　　[关键词] PLC 组态软件 模糊算法 远程控制 　　 　　模糊控制比传统的PID 控制等方法, 在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应用于各种过程控制系统中，在国内外已是很普遍的现象。PLC是工业控制常用的控制部件, 把二者结合起来, 可使控制系统的性能指标达到最优。基于模糊控制技术的PLC网络化温度控制系统, 是对传统的过程控制系统的改造, 具有达到设定温度的时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。相比传统的计算机温度控制系统，由PLC构成的温度控制系统结构更简单，可靠性更高，成本更低，而且可以方便地利用组态软件构建一个简单的的分布式控制系统（DCS），实现系统的数字化，智能化，网络化，管理控制一体化，信息集成化。 　　一、系统构建 　　系统主要由三大部分组成。第一部分由上位计算机、个人计算机、服务器构成生产管理层；第二部分由现场总线系统构成中间过程控制层；第三部分由可编程序控制器（PLC）、数模转换器（D/A）、温度调控环节构成现场控制层。生产管理层设在中控室，通过网络与中间控制层联系，完成对整个生产过程的监控和管理。过程控制层为CC-Link现场总线系统，它接收上位机的各种指令，并协调现场设备的工作，同时对现场各种数据进行处理并向上层传送。现场控制层为多路具有各种控制功能的多点控制单元，PLC为三菱FX2N，数模转换器为FXON-3A，温度调控环节为可控调相闭环系统，具体完成对现场温度的控制。系统构建如图1所示。 　　二、温度控制 　　温度控制指令由中控远程发布，具体调控则由底层温度调控执行单元完成。控制原理框图如图2所示。r(t)为中控发布的温度给定信号，调节器由PLC及FXON-3A数模转换器构成???执行机构采用可控调相整流器，被控对象为加热电阻丝，测量元件选用WB系列温度变送器。 　　1.模糊控制调节器的设计 　　由于温度具有纯滞后特性，采用常规的PID调节器或改进型PID调节器，温度控制精度不高，特别是温度超调较大。而采用模糊控制设计的调节器可以获得良好的温度控制特性。 　　模糊控制系统的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的控制规律由软件程序实现，控制的基本思想:根据给定值与反馈值的比较得到偏差信号e，一般选取偏差信号e作为模糊控制器的一个输入量，把偏差信号e的精确量进行模糊化变成模糊量，偏差e的模糊量可以用相应的模糊语言表示，得到了偏差e的模糊语言集合的一个子集。再由模糊子集和模糊控制规则（模糊关系）根据推理的合成规则进行模糊决策，从而得到模糊控制量u。 　　模糊控制器的基本结构如图3所示。 　　模糊控制器主要包含三个功能环节:用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节，模糊控制算法功能单元，以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。其中e和c分别是系统偏差和偏差的微分信号，也就是模糊控制器的输入，u为控制器输出的控制信号，E、C、U为相应的模糊量。 　　(1)控制规则 　　由图3可知，模糊控制器的输入变量为e，触发电压u作为模糊控制器的输出变量，u的变化为电压直接控制加热元件供电电压的高低。设描述输入变量及输出变量的语言值的模糊子集为: 　　{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大} 现简记为 ： 　　NB=负大，NM=负中，NS=负小，Z=零，PS=正小，PM=正中，PB=正大。 　　温度偏差e的论域[+n，-n]可量化为7个等级，分别表示为E = {-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，每级相差1度,即n=3，emax=3，emin=3。取转换系数并将偏差E的隶属度赋值。同样把执行控制量u的论域也量化为7个等级U={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3}，也将U的隶属度赋值，则可得到温度控制的控制规则： 　　① if E = NB then U = PB ……R1 　　② if E = NM then U =PM ……R2 　　③ if E = NS then U = PS ……R3 　　④ if E = Z then U = Z……R4 　　⑤ if E = PS then U = NS ……R5 　　⑥ if E = PM then U = NM ……R6 　　⑦ if E = PB then U = NB ……R7 　　从上述规则可以看出：如果实际温度小于给定值，则