基于現場(chǎng)總路線(xiàn)的模糊控制系統

　　Profibus-PA現場(chǎng)總線(xiàn)專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化而設計，標準的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實(shí)現了IECl158-2中規定的通信規程，用于對安全性要求較高的場(chǎng)合即總線(xiàn)供電的站點(diǎn)。應用模糊控制技術(shù)與ProfHbus-PA現場(chǎng)總線(xiàn)，過(guò)程測控控制系統的實(shí)現大為簡(jiǎn)化，并具有智能化、網(wǎng)絡(luò )化等特點(diǎn)，本文將模糊控制技術(shù)與現場(chǎng)總線(xiàn)相結合設計了水泥回轉窯溫度智能測控系統。

　　一、干法回轉窯智能模糊控制系統設計

　　1.1 干法回轉窯工況分析

　　新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程中，預分解回轉窯具有大慣性、純滯后、非線(xiàn)性等特點(diǎn)。根據生產(chǎn)工況分析，回轉窯燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度是影響水泥熟料質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因而這兩個(gè)溫度的穩定，能保持回轉窯具有好的燒成質(zhì)量和節能效果，同時(shí)對回轉窯熱工穩定和穩定運行都很重要，因此將燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度作為受控變量，而將影響燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度的回轉窯速度、喂煤量作為控制變量。通過(guò)調整回轉窯的拖動(dòng)電機轉速、給煤電機轉速和喂料電機轉速來(lái)調整給煤量和喂料量。由于回轉窯難以建立精確的數學(xué)模型，采用傳統的PID控制策略凹難以獲得滿(mǎn)意的控制品質(zhì)。本文采用模糊控制器實(shí)現對燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度的控制。

　　1.2 回轉窯模糊控制器設計

　　設燒成帶溫度和尾氣溫度分別用BT與GT表示，并把BT和GT作為被控制量，用ks、CS和MS分別表示窯主電機轉速、喂料電機轉速和喂煤電機轉速并作為控制量。其中生料下料量與窯速、排風(fēng)量與喂煤量在鍛燒過(guò)程中均保持一定比例關(guān)系，圖1為回轉窯溫度控制框圖?！　?/p>

　　1.2.1 被控制量與控制量模糊化

　　被控制量BT對應的語(yǔ)言值模糊子集選取為{VL，LL，L，N，H，LH，VH}其中VL=太低;LL=較低;L=低;N=正常設定;H=高;LH=較高;VH=太高，并確定BT整數論域為{-3，-2，-1，0，1，2，3}。被控制量GT對應的語(yǔ)言值模糊子集選取為{VL，L，N，H，VH}，其中VL=太低;L=低;N=正常設定;H=高;VH=太高，并確定GT整數論域為{-2，-1，0，1，2}。

　　控制量KS對應的語(yǔ)言值模糊子集選取為{NM，NS，M，PS，PM}，其中NM=較低速;NS=低速(稍慢);M=中速;PS=高速(稍快);PM=較高速;并確定KS的整數論域為{-2,-1，0，1，2}?？刂屏緾S對應的語(yǔ)言值模糊子集選取為{NM,NS,MK,PS,PM}，其中NM=較低速;NS=低速(稍慢);MK=中速保持;PS=高速(稍快);PM=較高速，確定CS的整數論域為{-2,-1，0，1，2}?？刂屏縈S對應的語(yǔ)言值模糊子集選取為{NS,MK,pS}，其中NS=低速(稍慢);MK=保持;

　　PS=高速(稍快);確定MS的整數論域為{-1，O，1}。

　　1.2.2 模糊規則庫建立

　　對被控量BT、GT的變化量eBT和eGT進(jìn)行采樣(通過(guò)A/D轉換)，同時(shí)對窯轉速KS、喂料電機轉速CS和喂煤電機轉速MS進(jìn)行采樣，得到系統的幾組輸入輸出數據對，采用三角形模糊器和直接合成推理法建立模糊規則庫。

　　根據回轉窯的工況要求和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗，建立被控制量燒成帶溫度BT、窯尾溫度GT與控制量回轉窯主電機轉速朋的模糊控制規則如表1所示?！　?/p>

　　燒成帶溫度BT、窯尾溫度GT與控制量喂料電機轉速CS、喂煤電機轉速MS的模糊控制規則表可用同樣方法建立。

　　由表1可得IF BT是VL，且GT是VL，則KS為NM等模糊控制規則，結合模糊規則表可得模糊控制矩陣{Cij}。

　　采用組合推理，先求得模糊關(guān)系矩陣:　　

　　式中：Rij=Ai×Bj。

　　通過(guò)模糊關(guān)系矩陣計算輸出模糊控制量矩陣

　　C*=(A*×B*)ToR (2)

　　式中:"o"表示模糊矩陣的最大，即代數積合成運算。將上述過(guò)程編成程序，通過(guò)計算機求解控制器輸出C*的隸屬度;同樣可求得D*和E*的隸屬度。

　　1.2.3 解模糊

　　解模糊就是求出每一個(gè)模糊量輸出的精確值，即對模糊控制信號的隸屬函數圖形進(jìn)行解模糊處理。在此采用質(zhì)量中心法COG(center of gravity)，結合加權平均，計算模糊輸出量C*的精確值，其求解方法為:　　

　　由上式可分別計算得到對輸入論域中不同離散值的精確輸出控制量。

　　二、基于ProHbus-PA回轉窯溫度控制實(shí)現

　　2.l Profibus-PA總線(xiàn)硬件設計

　　2.1.1 總線(xiàn)通信接口電路

　　通信接口電路采用SIEMENS專(zhuān)用芯片SPC4和SIMl芯片實(shí)現，SPC4集成了ProfibuS-DP和PA的全部協(xié)議，SPC4可處理報文、地址碼及備份數據序列，可完全按照協(xié)議，完成Profibus-PA網(wǎng)絡(luò )上的數據通信。SIMl(SIEMENS IEC Hl介質(zhì)連接單元)芯片與IEC Hl即Proflbus-PA信號兼容，作為SPC4的擴展芯片使用。Profibus-PA總線(xiàn)接口電路如圖2所示?！　?/p>

　　2.1.2 溫度控制與Profibus-PA總線(xiàn)通信接口電路

　　溫度檢測電路由紅外光電傳感器、放大器、A/D轉換器(D/A轉換器)、AT90S8515微處理器、LCD顯示器、報警電路等組成。紅外光電傳感器把水泥窯胴體表面溫度轉換為mV電壓信號，通過(guò)放大電路放大后輸出。紅外光電傳感器檢測窯胴體溫度，并轉換為電壓信號，通過(guò)OP07進(jìn)行放大，送ADCO809由A/D轉換成數字信號，ADCO809的時(shí)鐘由AT90S8515的ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器4013二分頻后提供，AT90S8515的PA口決定了訪(fǎng)問(wèn)ADCO809的地址，模數轉換結束后ADCO809的EOC送往AT90S8515產(chǎn)生中斷請求。

　　采用雙單片機完成回轉窯溫度測控與Profibus-PA總線(xiàn)信息交換，Profibus-PA總線(xiàn)接口電路單片機AT89S52和回轉窯溫度檢測導控制電路單片機AT90S8515通過(guò)讀取雙口RAMIDT7132完成數據交換，如圖3所示?！　?/p>

　　2.2 系統軟件設計

　　由于A(yíng)SIC芯片SPC4內部集成了完整的Profibus-PA協(xié)議，因此AT89S52的主要任務(wù)是根據SPC4的產(chǎn)生的中斷對SPC4接收到的主站發(fā)出的數據轉存，組織要通過(guò)SPC4發(fā)給主站的數據，經(jīng)過(guò)SIM1市制后，由耦合器發(fā)送給主站，并根據要求組織外部診斷。Profibus-PA接口程序包括SPC4初始化程序和具體的I/O應用程序，圖4為Profibus-PA總線(xiàn)與回轉窯溫度測控系統通信程序流程圖?！　?/p>

　　三、結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平的不斷提高，自行開(kāi)發(fā)基于總線(xiàn)的接口設備和各種智能設備將不斷出現，本文采用模糊控制技術(shù)，基于Profibus-PA現場(chǎng)總線(xiàn)、AT89S52和AT90S8515雙單片機設計了PA總線(xiàn)通信接口電路與回轉窯溫度測控系統，實(shí)際應用表明該系統通信可靠、便捷，具有廣泛的應用價(jià)值。