【摘要】PLC作為主控制器可以擁有傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制功能，同時(shí)也可以通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展智能模塊的方式，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的溫度控制、閉環(huán)控制以及位置控制等等以適應(yīng)比較靈活的工業(yè)控制的需要。PLC的特點(diǎn)包含了高集成性、高效性、很強(qiáng)的抗干擾性、靈活的組態(tài)形式，這使得它成為了現(xiàn)代工業(yè)控制中廣泛采用的主控制器。我們把PLC當(dāng)做控制器，在進(jìn)行溫度的模糊控制的時(shí)候，利用先進(jìn)的溫度控制算法再加上步進(jìn)電機(jī)控制模塊，再通過(guò)PLC的串口通訊來(lái)與PC機(jī)連接，可以構(gòu)成一個(gè)操作十分便捷的界面友好的溫度控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】PLC;溫度模糊控制

一、前言

在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是一個(gè)最為常見(jiàn)的過(guò)程變量參數(shù)之一。溫度的影響因素很多而且非常復(fù)雜，導(dǎo)致了溫度控制無(wú)法采用線性分析，而且它又有慢時(shí)變、純滯后等等的特點(diǎn)，所以人們無(wú)法對(duì)它進(jìn)行有效的控制，所以我們研究出模糊控制來(lái)大致準(zhǔn)確得把握溫度的變化，從而做到控制的目的。

目前很多產(chǎn)品都對(duì)熱封制袋有著很大的需求，由于受到不同因素的影響，導(dǎo)致熱封切刀的溫度不穩(wěn)定，沒(méi)有較強(qiáng)的抗干擾能力，切口也不美觀，而且由于溫控對(duì)象難以建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型[1]，所以結(jié)合PLC的綜合控制能力，對(duì)熱封的溫度進(jìn)行模糊控制，使熱封可以在不同的環(huán)境下，做出合理熱封溫度的判斷，這樣做可以大大減輕人工壓力，同時(shí)保障了產(chǎn)品的可靠性，有著比較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

二、模糊控制

1.模糊系統(tǒng)的概念

模糊控制這個(gè)概念的提出，主要是由于一些變量的影響因素比較多，所以采用模糊控制可以比較準(zhǔn)確得反映出變量的變化規(guī)律，從而對(duì)其進(jìn)行控制。模糊控制將不再依賴研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，它是比較模糊的邏輯，有著比較強(qiáng)大的抽象能力以及強(qiáng)大的非線性處理能力。這種控制的方法對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化以及物理過(guò)程沒(méi)有較為詳細(xì)的監(jiān)控，但是得出的分析結(jié)果卻與實(shí)際相差不大，所以模糊控制在實(shí)際控制系統(tǒng)中有著很廣泛的應(yīng)用。

通過(guò)上圖我們可以看出，r代表系統(tǒng)的設(shè)定值，e表示了系統(tǒng)的誤差，而誤差變化率是ec，E、EC、U三個(gè)量是系統(tǒng)誤差、誤差變化以及控制量的模糊量，u控制模糊控制器的作用，y是系統(tǒng)的輸出。

2.模糊控制規(guī)則

模糊控制器有兩個(gè)輸入量，誤差e和誤差變化ec，模糊控制就是根據(jù)監(jiān)測(cè)到的溫度與設(shè)定值比較得出偏差，從而調(diào)整輸出控制量u。

模糊規(guī)則有一個(gè)原則：控制的初期，由于誤差相對(duì)比較大，需要選擇效果比較明顯的控制作用，從而減緩上升空間，使精度提高;控制的中期，由于誤差比較小，可以考慮效果中等的控制作用，可以減小超調(diào)的發(fā)生，較快得過(guò)渡系統(tǒng);控制的后期，由于誤差已經(jīng)接近設(shè)定閥值，需要選擇比較小的控制作用，有的情況中甚至關(guān)閉控制作用，從而減小超調(diào)，以防止系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。

模糊規(guī)則的輸出量是模糊量，無(wú)法直接對(duì)它進(jìn)行進(jìn)行輸出，所以還需要對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行解模糊，這里就不過(guò)多敘述

三、熱封系統(tǒng)

1.熱封系統(tǒng)的組成

熱封是熱封切刀機(jī)械運(yùn)動(dòng)完成的，刀片的溫度是旋轉(zhuǎn)變壓器旋鈕調(diào)整的。熱封切刀的材質(zhì)是鐵鉻鋁合金，它安裝在氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，它有一個(gè)可調(diào)式變壓器作為電源。塑料膜的后端有一個(gè)由PLC控制的交流異步電機(jī)。與變壓器相連接的熱封切刀在電流通過(guò)的時(shí)候，刀片被持續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到了切割的溫度時(shí)候，信號(hào)會(huì)通過(guò)回路傳送到PLC，PLC再通過(guò)控制連接到熱封切刀的氣缸，通過(guò)一系列的傳動(dòng)可以完成切割塑料袋并且熱封的整個(gè)動(dòng)作。如果熱封切刀的溫度超過(guò)了工作溫度時(shí)，需要斷開(kāi)加熱切刀的加熱電源，也就是變壓器，待切刀的溫度降低后再重新使用。

2.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件主要的組成有主要功能模塊、寄存器的設(shè)置、溫度的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)的處理以及儲(chǔ)存。根據(jù)PLC的Hostlink協(xié)議，波特率設(shè)置是9600B/s，設(shè)置無(wú)奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位[2]。參照下圖。

四、熱封的模糊控制

1.PID控制

現(xiàn)在的自動(dòng)控制技術(shù)基本上都建立在負(fù)反饋的基礎(chǔ)上的，反饋的理論主要包羅了監(jiān)測(cè)、比較以及執(zhí)行的三個(gè)方面。對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與設(shè)定的理想值進(jìn)行比較后，通過(guò)對(duì)誤差的處理來(lái)調(diào)整系統(tǒng)。PID系統(tǒng)就是通過(guò)這種方式來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)之一。PID控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍很廣，使用比較靈活，而且非常簡(jiǎn)單易懂，只需要設(shè)定三個(gè)參數(shù)，即比例系數(shù)kp，積分時(shí)間常數(shù)TI，以及微分時(shí)間常數(shù)TD。而大多數(shù)情況下只需要其中的一兩個(gè)單元就可以完成控制。

工業(yè)過(guò)程中很多過(guò)程都是非線性以及時(shí)變的，只有不斷的簡(jiǎn)化才可以變成可以線性處理的系統(tǒng)，PID便可以對(duì)其進(jìn)行控制。PID參數(shù)較為容易確定，只需要參考三個(gè)有關(guān)變量進(jìn)行及時(shí)整定就可以，但是如果過(guò)程發(fā)生動(dòng)態(tài)特性變化，PID的參數(shù)需要重新確定。

2.熱封溫度模糊控制

選擇PID控制與模糊控制相結(jié)合的方式，通過(guò)分工來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制。在大誤差范圍內(nèi)采用模糊控制的方法，而對(duì)于誤差比較小的情況就切換到PID控制，切換開(kāi)關(guān)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)程序設(shè)定一個(gè)誤差的允許范圍，在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)查詢是否達(dá)到誤差要求，判斷結(jié)果控制控制器進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換[3]。

3.系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

設(shè)熱封切刀以及環(huán)境都會(huì)獲得熱流Φ。如果熱封切刀的質(zhì)量為m，比熱是C，環(huán)境的溫度是t0，熱封切刀的溫度設(shè)為T(mén)，散熱系數(shù)為h，表面積為A，熱流率定為Q，熱封切刀的吸收熱量是周圍環(huán)境的散熱還有制袋吸收的熱量之和，即：

在平衡點(diǎn)附近的線性化可以得到：

將上面兩個(gè)式子進(jìn)行歸化：

上式中，ΔT是切刀的溫度變化，T0=mC/hA是切刀的時(shí)間常數(shù)，K=Ku/hA是傳熱系數(shù)。通過(guò)拉普拉斯變換等等可以將上式變化成：

上式中τ是切刀的滯后時(shí)間，代表了切刀溫度變化落后電壓的變化。

上圖是系統(tǒng)仿真模型圖，下圖是階躍響應(yīng)曲線。

t=800s的時(shí)候，加入擾動(dòng)，響應(yīng)過(guò)程由下圖所示：

五、結(jié)語(yǔ)

由于模糊控制不依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，有著很強(qiáng)的模糊邏輯的能力，可以較為抽象得處理非線性的情況，同時(shí)由于采用模糊控制，所以不必對(duì)一些復(fù)雜的過(guò)程變量過(guò)多考慮，對(duì)于溫度這一個(gè)變量來(lái)說(shuō)，由于受到環(huán)境、時(shí)間、材質(zhì)等等各種因素影響，無(wú)法很準(zhǔn)確的把握，所以采用模糊控制是比較方便的控制手段。本設(shè)計(jì)采用了模糊控制的方式，可以減小誤差與上升時(shí)間，保證了精度的基礎(chǔ)上擁有良好的抗干擾能力，有著很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李霞.制袋機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研究[D].武漢.2005（2）： 24-25.

[2]原佳寧，孟焯.棉麻改性中微波去除殘余介質(zhì)的模糊控制系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（10）：79-83.

[3]李士勇.模糊控制[M]哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011：73-97.

作者簡(jiǎn)介：

包毅（1981—），男，廣西柳州人，大學(xué)本科，畢業(yè)于武漢科技大學(xué)，廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院工程碩士（在讀），工程師，研究方向：過(guò)程控制及信息化。