基于模糊理论的PLC锅炉水位控制器

基于模糊理论的PLC锅炉水位控制器

汽包水位系统是一个具有较大的扰动和非线性特征的滞后系统。目前，对汽包水位的控制大多采用常规PID控制方式，但由于常规PID控制参数是固定不变的，几乎找不到能适应上述各种扰动的控制参数，从而其控制效果往往难以满足要求，造成系统不稳定甚至失控。这里介绍我们开发的一套PLC和单片机联合控制的系统。

2 系统硬件配置

这套中小型工业锅炉控制器主要由单片机和PLC两大部分组成，控制系统的结构图1所示。

图1 工业锅炉模糊控制器系统图

对汽包水位的测量，采用了量程为[-100mm，+100mm]，分辨率为5mm的干簧圆筒式水位计。磁浮筒对干簧管产生磁场作用，对应生成相应的水位信号，水位信号送入单片机输出5位二进制水位到PLC，同时也送于单片机。单片机根据预先设定好的工艺条件，将水位的数值，阀值的数值和相关的报警信号输出显示到面板上。

就地汽包两侧水位计的水位高报警，低报警不送入单片机，直接送至PLC。操作面板上的6个面板上的6个按钮开关状态也连接到PLC的输入端子上。PLC根据所有的输入信号，执行相应的控制算法，计算结果通过输出端去控制对应的设备。

输入信号由单片机采集处理后送到PLC，只有重要的水位高/低保护信号不通过单片机直接送到PLC。从安全性来考虑，首先，有两套汽包水位测量装置，水位信号测量准确，可靠。并设置有水位偏差偏差报警功能，当两侧水位测量偏差超过一定值时，送控制器面板显示。其次PLC抗干扰能力强，不易出故障。采用单片机后，PLC输入/输出量大大减少了，输入量减少到18点，输出量减少到10个点，且单片机价格便宜，使得整套系统成本较低。

3 基于模糊理论的PLC软件设计

3.1 模糊控制器设计步骤

为得到在输入是e和△e条件下控制量u的大小，首先根据实际论域并确定量化等级[-6～+6]，得到量化因子分别为Ke=0.06，K△e=0.5，Ku=15.3。

选择描述某一模糊变量各个模糊子集时，要使他们在论域上分布合理，即他们应该较好的覆盖整个论域。在定义这些模糊子集时要主意使论域中的任何一点对这些模糊子集的隶属度的最大值不能太小，否则会在这样的点的附近出现不灵敏区，以至于失控，使模糊控制系统控制性能变坏。

采用的模糊条件语句为:if{e=Ai and △e=Bi then u=Ci i=1，2...}其中Ai，Bi，Ci分别为各自论域上的语言变量值。这样可以得到如附表的控制状态表。

最后利用加权平均法得到其最终输出量化结果，精确化后得到其控制量

3.2 部分PLC程序

程序主要包括安全保护，手动控制和自动控制三部分，如图2所示。

图2 部分自动控制程序

其中手动部分操作者能根据水位，压力变化控制A，B泵的开关时间，以及送引风机的状态。自动部分主要是根据从单片机上采集的水位数据，确定量化数，从而对A，B泵以及风机的控制，基本程序如图3所示。首先得到从单片机送来的安全水位信号，根据编码得到水位落在哪个量化区间内，然后根据IR201存储的历史信息对A，B泵开关和开关时间时间X以及送引风机进行自动控制。

图3 部分自动控制程序

4 结束语

这套系统相应速度快，控制精度高，结构合理，功能齐全，软硬件配置可靠性高，具有较高实用价值和推广前景，能够适应工业锅炉的控制要求。节约了资金和人员投入，又提高了工业锅炉的自动控制水平，消除了事故隐患， 此外，系统还极大的减少了控制系统的维护工作量及设备备品，备件的更换量和更换周期，经济效益可观。

本文来自2005年第5期“工业控制技术”