基于PLC的炉温多级模糊控制的优化与实现

发布时间:2007/8/15 0:00:00 访问次数:825

摘要：介绍了多级模糊控制原理，并针对其特点引入偏移量函数进行了算法优化，详述了该优化算法在PLC炉温控制系统中的实现并对优化效果进行了比较。该优化算法在实际应用中取得了很好的控制效果。

关键词：PLC 模糊控制优化

随着现代化生产对温度控制品质要求的日益提高，一些控制精度差且难以管理的老式电阻炉必须用新技术进行改造，其中控制算法研究处于至关重要的地位。本文主要介绍基于 PLC的新的控制策略原理与实现，系统控制算法采用变化例因子与量化因子的多级模糊控制，并根据经验引入偏移量函数。该方法在PLC多段电阻炉系统中反复运行证明炉温上升快，控制温度高，达到了很好的控制效果。

1 控制系统结构与通断率控制

本控制系统硬件组成为三个部分：西门子S7-200CPU224PLC与扩展模块EM235构成控制器，MOC3061与双向晶闸管组成执行机构，热电偶与AD595构成温度检测变送器，另附加报警、跳闸、过流等保护电路。系统器件的优点是集成度高、可靠性高、结构简单。

本系统采用过零触发的调功方法，通过改变系统在一个周期内的导通时间比（即通断率）实现温度控制[1]。在电阻炉炉温控制系统中，炉子的功率与通断率之间的关系见下式：

式中，P——电阻炉功率

Ue——输入电阻有效值

R——炉丝电阻值

n(k)——通断率，即控制周期内导通半波数

n(T)——控制周期内工频半波数

公式推导过程见参考文献[2]。由式（1）可知控制通断率即可控制电阻炉的功率，从而达到控制炉温的目的。本系统控制周期为10s，含有1000个工频电压半波（10ms），PLC把算法计算出的通断率n(k)平均分布在整个控制周期内，输出开关量信号控制MOC3061与双向晶闸管组成的执行机构。

2 模糊控制算法及优化

2. 1 模糊控制原理与查表方法

模糊控制是基于模糊条件语句描述的语言控制规则，根据模糊推理和模糊判决，查询模糊控制表，解模糊，得到精确的控制量[3]。模糊控制一般利用偏差e和偏差变化率Δe量化组成二维模糊控制器，其结构原理图见图1虚线框内部分。其简单过程为：由给定r和反馈值y得到e和Δe，分别利用量化因子Ke和Kec量化为模糊量e和Δe，由模糊判决得到模糊控制量U，经比例因子Ku反量化后输出精确输出量U*。

表1 模糊控制规则表