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 计算机集散控制系统(DCS)从广义上讲，有仪表型、PLC型和PC型3种类型。其中，PLC由于具有非常高的工业可靠性而被广泛应用，特别是90年代以来，许多厂商的PLC增加了模拟量处理及PID控制功能。因而使其更具有竞争力，针对工业合成革生产回收过程，设计开发了基于PLC-IPC结构的计算机集散式控制系统，并在实际应用中取得了良好的效果。然而，由于回收工艺的特殊性，使得某些关键的工艺参数基于PID控制算法的控制效果并不理想，模糊控制在PLC上的实现方式基本分两种：一是通过专用的硬件实现，但其价格昂贵，并且需要使用专用编程设备，另一种实际采用较多的是通过软件实现，把模糊控制程序作为整个PLC控制程序的一个子程序，包括数据的读取、模糊推理和控制信号输出，通过中断调用子程序完成模糊控制。

　　本文针对回收过程中蒸发罐液位控制不稳定的现象，采用模糊控制方案，设计了一种通用的模糊控制器，利用STEP7软件，采用模块化编程方法，使用梯形图及语句表编制程序实现模糊控制算法，使模糊控制策略在s7-300PLC上得以较好地实现，

　　一、回收工艺过程 

　　回收过程属于典型的化工精馏过程，一般采用双塔精馏，包括脱水塔、蒸发罐和精馏塔等主要设备。采用原料预热、常压脱水、一段浓缩、汽相进料、真空精馏的工艺过程。

　　从工艺流程来看，蒸发罐处于两个塔之间，其内部状态受两塔影响较大。其恃点是工艺参数关联程度大，非线性程度高。对于蒸发罐的液位控制，从目前的情况来看，常规PID控制难于做到实时有效的监控，经常会出现控制不稳定、成份超标的情况。针对这种情况，设计了模糊控制方案，以此来提高控制效果。

　　二、PLC一IPC控制系统

　　回收过程计算机控制系统以Siemens S7-300 PLC作为控制站，实现工艺过程参数的数据采集和控制算法的实施，采用IPC(工业控制计算机)作为上位机，在工业组态系统环境下实现对控制系统的监控操作。系统组成分为4部分:中央处理单元(CPU)、信号模块(SM)、通讯处理器(CP)、功能模块(FM)。

　　SM334为模拟量输入/输出模块，实现模拟参数的数据采集和输出;SM321为数字输入模块，采集现场开关参数数据;FM355C为智能控制模块，实现参数的PID控制。

　　三、模糊控制器的设计

　　回收过程蒸发罐液位的模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理、清晰化接口4部分组成，蒸发罐液位模糊控制器以液位偏差E和偏差变化率EC作为输入变量，它们能够比较严格地反映受控过程中输入变量的动态特性，同时控制器设计简单，规则容易理解。输出控制量为U(阀门开度)，采用增量式算法。

　　模糊化接口通过尺度变换，将输入参数变换到各自的论域范围，再对其进行模糊化处理，基于对现场数据的分析以及液位的控制经验，E、EC的论域设计为[-6，-5，……，+5,+6],U的论域为[-7,……，+7]，均分为7个档级[NB，NM，NS，O，PS, PM，PB]。采用三角形函数作为隶属函数确定模糊语言变量的隶属度，可分别得到模糊变量E、EC和U的隶属度赋值表。

　　清晰化接口把模糊量转为执行机构可执行的jingque量，采用大隶属度法，即μ(u*)≥μ(u)，u∈U ，μ是u的隶属度函数，u*是与大隶属度对应的模糊控制量的值。

　　知识库由数据库和规则库组成。控制规则采用基于IF-THEN(条件-结果)的产生式规则，其结构简单，易于修改和掌握，比较适合PLC编程，如: if E=NB and EC=NB then U=PB表示为:R1=NBE×NBEc×PBu。

　　总结液位控制经验，得出7×7=49条控制规则。

　　总的模糊关系为：R=R1∪R2∪…∪R49，R是模糊关系矩阵，"∪"表示取大。采用合成推理法U=(E×EC)oR，"×"表示求值积，"0"是合成运算符，这里采用大-小合成法。整个模糊推理过程计算量大，比较烦琐，借助计算机完成，后获得模糊控制量查询表。

    四、STEP7实现的模糊控制算法

　　Siemens s7-300PLC的编程系统STEP7提供了丰富的功能模块，为模糊控制算法的实现提供了方便。为了简化程序编写量，提高程序的通用性并且方便调试，PLC程序设汁采用了模块化编程方法。编程语言采用梯形图(LAD)和语句表(STL)结合的形式。主模块OB1实现对子程序块的调用和数据的传递，0B35为中断服务程序模块。FBl模块为模糊控制器，完成整个模糊控制功能。它由FCl～FC4 4个子程序块组成。其中FCl完成e(液位偏差)和ec(偏差变化率)的计算;FC2进行模糊化处理，即完成jingque量e，ec到模糊量E，EC的转换;FC3完成控制量表的查询功能;FC4完成模糊控制量U到jingque量u的转化，并输出u。FBl依次调用4个子模块完成模糊控制各部分的功能，并实现他们之间的数据传递。FBl模糊控制器编制完成后，保存在STEP7标准库中，其具有很强的灵活性和通用性，如同STFP7中PID控制器(FB41)一样，方便调用。针对不同的被控变量，只要对FBl输入输出端进行正确的组态即可对变量进行模糊控制。数据块DB2作为FBl的背景数据块，存储量化因子Ke、Kec、Ku及其他参数。

　　整个程序设计的关键是模糊控制量表的查询部分，即FC3子程序块。在编程之前，将模糊控制量表中U的值按由上到下，由左到右的顺序依次置入数据块DBl中。数据类型为WORD型。首地址为DBWO，依次为DBW2、DBW4、…、DBW336(U的个数是13×13)。采用指针寻址的查表方法。为了简化设计，将输入模糊论域的元素[一6，…，+6]转化为[0，…，12]。控制量的基址为0，偏移地址为2×(l3×EC＋E)，由EC和E可以确定控制量的地址为0+2×(13×EC＋E)。

　　通过指针变量获得地址中存储的U的模糊值。

　　以下给出主要程序部分示例:

　　OB1主循环程序：

　　L PIW256https://从SM334读入液位数据，外设地址为PIW256https://

　　T MD0https://将采集的液位数据存入M存储区https://

　　L DB2.DBD14https://把DB2中量化因子Ke存入M存储区https://

　　T MD8

　　L DB2.DBD18https://把DB2中量化因子Kec存入M存储区https://

　　T MD12

　　L DB2.DBD22https://把DB2中量化因子Ku存入M存储区https://

　　T MD16

　　……

　　OB35中断子程序：调用FB1实现模糊控制

　　CALL FB1，DB2https://调用FB1https://

　　Fuzzy_On：=1

　　DB_No:=DB1

　　N:=6

　　PV:=MD0

　　SP:=MD4

　　Ke:=MD8

　　Kec:=MD12

　　Ku:=MD16

　　HLM_e:=1.000000e+001https://误差上限值https://

　　LLM_e:=-1.000000e+001https://误差上限值https://

　　……

　　e:=MD20https://液位误差值存入M存储区https://

　　ec:=MD24https://液位误差变化率存入M存储区https://

　　u:=PQW258https://把控制量的值输出到SM334，地址为PQW258https://

　　……

　　FC3子程序：实现模糊控制量表查询功能

　　L  P#0.0 https://利用指针寻址https://

　　L  #q4 https://q4中存放控制量的地址https://

　　SLD 3

　　+D

　　T#P1

　　L DBW [#P1]

　　T MW 10 https://将控制量U的值存入MW 10https://

　　后由FC4功能块实现控制量U从模糊量到jingque量的转换，即U乘以量化因子Ku再经过限幅，将终计算结果送到模拟量输出模块实现控制作用。

　　应用了基于PLC的模糊控制器，蒸发罐液位控制效果较以前有很大改善，整定时间缩短，超调量缩小，控制稳定。

　　五、结 论

　　基于SIEMENS PLC实现模糊控制算法，既保留PLC控制的可靠、灵活等特点，又提高了控制系统的智能化程度。采用离线计算在线查询的方法将复杂的模糊控制计算融进查询表中，在实际控制中节省计算时间，使得控制算法简单明了。对于那些非线性、大滞后、数学模型难以建立的控制系统，基于PLC的模糊控制不失为一种较理想的可选方案.