基于模糊理論的PLC鍋爐水位控制器

汽包水位系統是一個具有較大的擾動和非線性特征的滯后系統。目前，對汽包水位的控制大多采用常規PID控制方式，但由于常規PID控制參數是固定不變的，幾乎找不到能適應上述各種擾動的控制參數，從而其控制效果往往難以滿足要求，造成系統不穩定甚至失控。這里介紹我們開發的一套PLC和單片機聯合控制的系統。

2 系統硬件配置

這套中小型工業鍋爐控制器主要由單片機和PLC兩大部分組成，控制系統的結構圖1所示。

圖1 工業鍋爐模糊控制器系統圖

對汽包水位的測量，采用了量程為[-100mm，+100mm]，分辨率為5mm的干簧圓筒式水位計。磁浮筒對干簧管產生磁場作用，對應生成相應的水位信號，水位信號送入單片機輸出5位二進制水位到PLC，同時也送于單片機。單片機根據預先設定好的工藝條件，將水位的數值，閥值的數值和相關的報警信號輸出顯示到面板上。

就地汽包兩側水位計的水位高報警，低報警不送入單片機，直接送至PLC。操作面板上的6個面板上的6個按鈕開關狀態也連接到PLC的輸入端子上。PLC根據所有的輸入信號，執行相應的控制算法，計算結果通過輸出端去控制對應的設備。

輸入信號由單片機采集處理后送到PLC，只有重要的水位高/低保護信號不通過單片機直接送到PLC。從安全性來考慮，首先，有兩套汽包水位測量裝置，水位信號測量準確，可靠。并設置有水位偏差偏差報警功能，當兩側水位測量偏差超過一定值時，送控制器面板顯示。其次PLC抗干擾能力強，不易出故障。采用單片機后，PLC輸入/輸出量大大減少了，輸入量減少到18點，輸出量減少到10個點，且單片機價格便宜，使得整套系統成本較低。

3 基于模糊理論的PLC軟件設計

3.1 模糊控制器設計步驟

為得到在輸入是e和△e條件下控制量u的大小，首先根據實際論域并確定量化等級[-6～+6]，得到量化因子分別為Ke=0.06，K△e=0.5，Ku=15.3。

選擇描述某一模糊變量各個模糊子集時，要使他們在論域上分布合理，即他們應該較好的覆蓋整個論域。在定義這些模糊子集時要主意使論域中的任何一點對這些模糊子集的隸屬度的最大值不能太小，否則會在這樣的點的附近出現不靈敏區，以至于失控，使模糊控制系統控制性能變壞。

采用的模糊條件語句為:if{e=Ai and △e=Bi then u=Ci i=1，2...}其中Ai，Bi，Ci分別為各自論域上的語言變量值。這樣可以得到如附表的控制狀態表。

最后利用加權平均法得到其最終輸出量化結果，精確化后得到其控制量

3.2 部分PLC程序

程序主要包括安全保護，手動控制和自動控制三部分，如圖2所示。

圖2 部分自動控制程序

其中手動部分操作者能根據水位，壓力變化控制A，B泵的開關時間，以及送引風機的狀態。自動部分主要是根據從單片機上采集的水位數據，確定量化數，從而對A，B泵以及風機的控制，基本程序如圖3所示。首先得到從單片機送來的安全水位信號，根據編碼得到水位落在哪個量化區間內，然后根據IR201存儲的歷史信息對A，B泵開關和開關時間時間X以及送引風機進行自動控制。

圖3 部分自動控制程序

4 結束語

這套系統相應速度快，控制精度高，結構合理，功能齊全，軟硬件配置可靠性高，具有較高實用價值和推廣前景，能夠適應工業鍋爐的控制要求。節約了資金和人員投入，又提高了工業鍋爐的自動控制水平，消除了事故隱患， 此外，系統還極大的減少了控制系統的維護工作量及設備備品，備件的更換量和更換周期，經濟效益可觀。

本文來自2005年第5期“工業控制技術”