基于PLC模糊控制自动配料系统研究

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研究探讨
2011 年第 4 期
落在落料区，经皮带运送到达称重区，由电子皮带秤
对皮带上的物料进行称重。 称重传感器根据所受力的
大小输出一个电压信号，经变送器放大，输出一个正
比于物料重量的计量电频信号。 该信号送至上位机的
接口，经采样后并转换成一个流量信号，在上位机上
显示当前流量值。 同时将此流量信号送至 PLC 接口，
PLC 根据误差 e 和差变化率 ec 进行模糊推理，经反模
糊化输出给变频器， 以此来改变变频器的输出值，从
而改变驱动电动机的转速。 调整给定量，使之与设定
值相等，完成自动配料过程。
3 模糊 PID 控制
PID 控制是最常用的经典控制方法， 控制作用 u
由 偏 差 e 的 比 例 、积 分 、微 分 三 项 之 和 给 出 ，u （t）=kp
乙 乙 乙 e（t）+ 1 t e（t）d（t）+ Tdde（t） 如 果 控 制 中 的 只 包 括
Ti 0
dt
比例和积分两项，则为 PI 控制，如果控制中只包括比
例微分两项，则为 PD 控制。 控制中的比例增益 Kp、积
分增益 Ki 和微分增益 Kd 均为常数，一旦控制设计好
以后，在控制中不在 改 变 ，因 此 PID 控 制 属 于 线 性 定
1 引言 自动配料系统是砖瓦生产工艺过程中一道非常
重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量都非 常重要。 以往的配料系统多采用简单的称量计算和 PID 调 节 ， 控 制 准 确 度 比 较 低 ， 管 理 上 面 不 方 便 ， 可 靠性也不高。 自动配料控制过程是一个多输入、多输 出系统， 各条配料输送生产线严格地协调控制，对 料位、流量及时准确地进行监测和调节。 在工业控制 中 ，PLC 的 应 用 极 其 广 泛 ， 如 果 把 模 糊 控 制 技 术 与 PLC 结合起来，应用 PLC 来实现模糊控制 ，不 仅 实 现 了精确配料而且会大大降低生产成本。 系统由可编 程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网 络，通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、 PLC 等 智 能 程 度 较 高 、处 理 速 度 快 的 设 备 。 在 自动配 料生产工艺过程中，将主料与辅料 按 一 定 比 例 配 合 ， 由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计 量 。PLC 主 要 承 担 对 输 送 设 备 、称 量 过 程 进 行 实 时 模 糊控制。
当系统开始工作时，启动配料生产线。 首先系统 程序进行初始化， 通过上位机或触摸屏设置配料配 比，检查料斗有无物料。 若无物料，向料斗送料，启动 配 料 生 产 线 ，由 电 子 皮 带 秤 进 行 称 重 并 实 时 计 量 ，CPU 计算得实时流量及累计流量。 若设定流量与实际流量 有偏差，调节器根据系统控制要求比较设定值与实际 流量的偏差，经 PID 调节改变输出信号以控制变频器 对输送电机的速度调节，从而实现恒流量控制。 根据 配比各辅料同时混合计量， 并按配方工艺要求添加。 系统主程序控制流程如图 3 所示。
常控制。
砖瓦配料控制系统主要是控制物料重量的转速有
关，配料系统具有非 线 性 的 特 定 ，采 用 经 典 PID 控 制
无法达到满意的控制效果。
模糊控制对于这些经典控制理论所不能解决的
非线性、时变的系统而言，具有它的优越性。 但模糊控
制对于静态性能相对较差。 经典 PID 控制可以保证控
Abstract： An auto-proportioning system with fuzzy control based on the PLC is introduced in the paper. And the research results are showed that the fuzzy control system is better than the traditional PID controller, and can quickly carry out precision proportioning, which is lower cost and good economic benefits. Key Words： PLC， fuzzy PID control， auto- proportioning
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2 砖瓦配料自动控制系统 下图为砖瓦配料控制系统，砖瓦生产原料视当地
原料而定，一般有页岩、煤矸石等原料，按情况分配料 斗数目，根据数目设定电子皮带秤配料线组成。
图 1 砖瓦配料控制系统 自动配料系统加电后， 皮带驱动电机开始旋转， 微处理机根据当前操作控制电机转速。 料斗中的物料
制精度，消除静态误差。 因此采用模糊控制与 PID 控
制相结合，就能够使控制系统的性能得到较大的改善。
图 2 模糊 PID 控制结构图
由图可见该系统由常规 PID 控制和模糊推理控制 两部分组成，以偏差 e 和偏差变化率 ec（de/dt）作为模 糊控制器的输入， 根据模糊控制规则对 PID 参数进行
2011 年第 4 期
研究探讨
基于 PLC 模糊控制自动配料系统研究
王祖麟 周立成 （江西理工大学机电学院，江西 赣州 341000）
摘 要 ：针 对 砖 瓦 、水 泥 生 产 等 行 业 的 自 动 精 确 配 料 的 问 题 ，提 出 一 种 基 于PLC控 制 ，算 法 采 用 模 糊 控 制 方 法，设计一种在误差、误差变化率范围内的模糊控制器。 研究结果表明，采用模糊控制系统比传统PID调 节 器 输 出 响 应 快 、 无 超 调 等 优 点 ， 能 够 很 好 地 解 决 自 动 精 确 配 料 的 问 题 ， 而 且 相 对 于 自 带 PID 调 节 的 控 制器成本要低很多，从而产生了较高的经济效益。 关键词：PLC；模糊PID控制；自动配料
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自适应调整，以满足不同 e 和 ec 时对控制参数的要求。 该系统实现自调整 PID 参数的计算公式如下： kp=k′p+△kp ki=k′i+△ki kd=k′d+△kd
式中 k′p、k′i 、k′d—PID 参数的初始值，△kp、△ki 、 △kd 为 模 糊 控 制 器 的 输 出 kp、ki 、kd 为 最 终 输 出 的 控制参数值。 4 软件实现
中图分类号：TU522.05 文献标识码：A 文章编号：1001-6945（2011）04-0020-02
Research on the auto-proportioning system with fuzzy control based on the PLC
WANG Zu￣lin ZHOU Li￣cheng
图 3 软件的实现流程
5 结束语 由于经典 PID 调节器参数一旦设定就保持不变，
属于线性定常控制，因而不能满足配料这种非线性特 定，而模糊控制又有难以解决静态误差的缺陷，但两 者结合后的模糊 PID 调节器可以实时调整参数，确保 配料过程的精确， 并为投入实际生产提供了理论依 据。 参考文献： [1] 张乃尧，阎平凡.神经网络与模糊控制[M].北京:清
华大学出版社.1996（5）. [2] 胡寿松.自动控制原理[M].北京:科技出版社.2000（6）. [3] 诸静.模糊控制理论与系统原理[M].北京:机械工
业出版社.2005. [4] 郭起宏，张显明.自动配煤控制系统的研究与设计
[J].自动化仪表.1998. 收稿日期：2011-03-14
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