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            基于現(xiàn)場總路線的模糊控制系統(tǒng)

            作者: 時間:2016-12-13 來源:網(wǎng)絡 收藏
              引言

              Profibus-PA現(xiàn)場總線專為過程自動化而設計,標準的本質安全的傳輸技術,實現(xiàn)了IECl158-2中規(guī)定的通信規(guī)程,用于對安全性要求較高的場合即總線供電的站點。應用模糊控制技術與ProfHbus-PA現(xiàn)場總線,過程測控控制系統(tǒng)的實現(xiàn)大為簡化,并具有智能化、網(wǎng)絡化等特點,本文將模糊控制技術與現(xiàn)場總線相結合設計了水泥回轉窯溫度智能測控系統(tǒng)。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201612/329428.htm

              一、干法回轉窯智能模糊控制系統(tǒng)設計

              1.1 干法回轉窯工況分析

              新型干法水泥生產過程中,預分解回轉窯具有大慣性、純滯后、非線性等特點。根據(jù)生產工況分析,回轉窯燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度是影響水泥熟料質量的關鍵因素,因而這兩個溫度的穩(wěn)定,能保持回轉窯具有好的燒成質量和節(jié)能效果,同時對回轉窯熱工穩(wěn)定和穩(wěn)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。通過調整回轉窯的拖動電機轉速、給煤電機轉速和喂料電機轉速來調整給煤量和喂料量。由于回轉窯難以建立精確的數(shù)學模型,采用傳統(tǒng)的PID控制策略凹難以獲得滿意的控制品質。本文采用模糊控制器實現(xiàn)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、排風量與喂煤量在鍛燒過程中均保持一定比例關系,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(shù)論域為{-3,-2,-1,0,1,2,3}。被控制量GT對應的語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(shù)論域為{-2,-1,0,1,2}。

              控制量KS對應的語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(shù)論域為{-2,-1,0,1,2}。控制量CS對應的語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(shù)論域為{-2,-1,0,1,2}。控制量MS對應的語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(shù)論域為{-1,O,1}。

              1.2.2 模糊規(guī)則庫建立

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

              根據(jù)回轉窯的工況要求和實際生產經驗,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(guī)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(guī)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(guī)則,結合模糊規(guī)則表可得模糊控制矩陣{Cij}。

              采用組合推理,先求得模糊關系矩陣:  

              式中:Rij=Ai×Bj。

              通過模糊關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(shù)積合成運算。將上述過程編成程序,通過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模糊量輸出的精確值,即對模糊控制信號的隸屬函數(shù)圖形進行解模糊處理。在此采用質量中心法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回轉窯溫度控制實現(xiàn)

              2.l Profibus-PA總線硬件設計

              2.1.1 總線通信接口電路

              通信接口電路采用SIEMENS專用芯片SPC4和SIMl芯片實現(xiàn),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(shù)據(jù)序列,可完全按照協(xié)議,完成Profibus-PA網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)通信。SIMl(SIEMENS IEC Hl介質連接單元)芯片與IEC Hl即Proflbus-PA信號兼容,作為SPC4的擴展芯片使用。Profibus-PA總線接口電路如圖2所示?! ?/p>

              2.1.2 溫度控制與Profibus-PA總線通信接口電路

              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OP07進行放大,送ADCO809由A/D轉換成數(shù)字信號,ADCO809的時鐘由AT90S8515的ALE信號經D觸發(fā)器4013二分頻后提供,AT90S8515的PA口決定了訪問ADCO809的地址,模數(shù)轉換結束后ADCO809的EOC送往AT90S8515產生中斷請求。

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

              2.2 系統(tǒng)軟件設計

              由于ASIC芯片SPC4內部集成了完整的Profibus-PA協(xié)議,因此AT89S52的主要任務是根據(jù)SPC4的產生的中斷對SPC4接收到的主站發(fā)出的數(shù)據(jù)轉存,組織要通過SPC4發(fā)給主站的數(shù)據(jù),經過SIM1市制后,由耦合器發(fā)送給主站,并根據(jù)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總線與回轉窯溫度測控系統(tǒng)通信程序流程圖?! ?/p>

              三、結束語

              隨著生產過程自動化水平的不斷提高,自行開發(fā)基于總線的接口設備和各種智能設備將不斷出現(xiàn),本文采用模糊控制技術,基于Profibus-PA現(xiàn)場總線、AT89S52和AT90S8515雙單片機設計了PA總線通信接口電路與回轉窯溫度測控系統(tǒng),實際應用表明該系統(tǒng)通信可靠、便捷,具有廣泛的應用價值。



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