基于西门子PLC的模糊控制在电弧炉电极调节中的应用

　　模糊关系推理法采用Mamdani推理法，每条控制规则写成R_i=(A_i×B_i)×C_i，共49条，则总的模糊控制规则为

　　然后按照下式计算控制量U的模糊量

　　将运算后的模糊量U采用中心平均法进行模糊判决，得到精确量。最后得到模糊控制器查询表如表2所示。

　　1.6 仿真

　　在Simulink中建立电弧炉控制系统的数学模型，在同一个模型下，采用原来的死区控制和模糊控制2种不同的算法，仿真比较弧长调节情况。仿真中，在t=0s时给系统1个阶跃信号，表示调节过程开始；在t=10 s时加1个扰动信号，模拟运行过程中弧长受到干扰因素雨发生突变。弧长调节的仿真曲线如图2所示。

图2弧长调节的仿真曲线

　　从图2中可以明显看出采用模糊控制，系统调节超调小，速度快，调节性能明显优于死区控制。

2 模糊控制在西门子PLC中的实现

　　在电弧炉电极调节控制系统中，选用西门子公司S7—400型PLC，选择412—2DP型CPU。在程序设计中采用模块化编程，在主程序OBl中编写控制系统的开关逻辑程序，三相电极模糊控制程序分别存放在功能FC11，FCl2，FCl3中。由于需要设定采样周期，所以将采样程序存放在OB35中，并设定循环中断周期，在OB35中计算偏差E及偏差变化量E_r。运行开始，闭合相关控制开关启动引弧程序，等到产生连续电弧后进入电极调节的模糊控制阶段。此时，在主程序中调用电极调节的模糊控制功能程序。

　　下面以A相电极为例，介绍模糊控制在电极调节中的编程方法。在OB35中计算偏差以及偏差变化量，并将结果存人背景数据块DB5中。将模糊控制量化因子也存放在DB5中。将模糊控制查询表中的控制量按照从左往右从上往下的顺序依次存放到背景数据块DB7中，地址为DB7．DBDO～DBD7．DBD672。在功能FCll中编写A相模糊控制程序的梯形图，首先从DB5中调用偏差、偏差变化量以及相应的量化因子，分别进行相乘。进行取整运算，若取整后结果大于-6则按照等于6处理，同理如果结果小于-6则按等于-6处理，从而将精确量模糊化为(-6，6)内的整数，然后对其进行加6使其偏移到(0，12)内。最后利用基址+偏移地址的方法查询控制量，基址为0，偏移地址为4×(E+13×E_i)。从DB7中对应的地址读出控制量，乘以量化因子并输出。图3为部分关键语句表程序。程序段13为偏移地址计算程序，程序段14为模糊查询程序。

图3部分关键语句表程序

3 结论

　　模糊控制在电极调节这种大时滞、非线性、时变的复杂系统中能达到很好的控制效果，将模糊控制与PLC结合，通过软件编程的方法在西门子PLC中实现模糊控制，不增加硬件投入，低成本改善控制性能。