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[摘 要]：基于智能模糊控制技術(shù)，利用ASIC芯片SPC4、SIMl和雙單片機(jī)AT89S52與AT90S8515，設(shè)計了PA總線接口和回轉(zhuǎn)窯溫度測控系統(tǒng)。本文介紹了PROFIBUS-PA現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)設(shè)計方法，給出了其硬件及軟件實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：過程自動化 現(xiàn)場總線 模糊控 回轉(zhuǎn)窖
1 引言
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS將傳統(tǒng)系統(tǒng)的集中控制轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場分散控制，實現(xiàn)功能集中、危險分散，形成開放性的測控網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS現(xiàn)場總線由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS 3個兼容部分組成。PROFIBUS-PA專為過程自動化而設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，實現(xiàn)了IECll58-2中規(guī)定的通信規(guī)程，用于對安全性要求較高的場合即總線供電的站點。本文應(yīng)用PROFIBUS-PA現(xiàn)場總線技術(shù)設(shè)計了水泥回轉(zhuǎn)窯溫度智能測控系統(tǒng)。
2 干法回轉(zhuǎn)窯智能模糊控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1 干法回轉(zhuǎn)窯工況分析
新型干法水泥生產(chǎn)過程中，預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯具有大慣性、純滯后、非線性等特點，根據(jù)生產(chǎn)工況分析，回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度是影響水泥熟料質(zhì)量的關(guān)鍵因素。因而這兩個溫度的穩(wěn)定，能保持回轉(zhuǎn)窯具有較好的燒成質(zhì)量和節(jié)能效果，同時對回轉(zhuǎn)窯熱工穩(wěn)定和穩(wěn)定運行都很重要。因此將燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度作為受控變量，而將影響燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度的回轉(zhuǎn)窯速度、喂煤量作為控制變量，通過調(diào)整回轉(zhuǎn)窯的拖動電機(jī)轉(zhuǎn)速、給煤電機(jī)轉(zhuǎn)速和喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整給煤量和喂料量。由于回轉(zhuǎn)窯難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，采用傳統(tǒng)的PID控制策略難以獲得滿意的控制品質(zhì)。本文采用模糊控制器實現(xiàn)對燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度的控制。
2.2 回轉(zhuǎn)窯模糊控制器設(shè)計
設(shè)燒成帶溫度和尾氣溫度分別用BT與GT表示，并把BT和GT作為被控制量，用KS、CS和MS分別表示窯主電機(jī)轉(zhuǎn)速、喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速和喂煤電機(jī)轉(zhuǎn)速并作為控制量。其中生料下料量與窯速、排風(fēng)量與喂煤量在鍛燒過程中均保持一定比例關(guān)系。
（1）被控制量與控制量模糊化
（2）建立糊糊規(guī)則庫
根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的工況要求和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，建立被控制量燒成帶溫度BT、窯尾溫度GT與控制量回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)轉(zhuǎn)
燒成帶濕度BT、窯尾溫度GT與控制量喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速CS、喂煤電機(jī)轉(zhuǎn)速MS的模糊控制規(guī)則表可用同樣方法建立。
采用組合推理，可求得模糊控制量矩陣：
通過模糊關(guān)系矩陣計算輸出模糊控制量矩陣：
將上述過程編成程序，通過計算機(jī)求解得控制器的輸出C*的隸屬度。同樣可求得D*和E*的求隸度。
（3）解模糊
解模糊就是求出每一個模糊量輸出的精確值，即是對模糊控制信號的隸屬函數(shù)圖形進(jìn)行解模糊處理。在此采用質(zhì)量中心法（COG），結(jié)合加權(quán)平均，計算模糊輸出量C*的精確值，其求解方法為：
可分別計算得到對輸入論域中不同離散值的精確輸出控制量。
3基于PROFIBUS—PA回轉(zhuǎn)窯溫度控制實現(xiàn)
3.1 基于PROFIBUS-PA硬件設(shè)計
（1）PROFIBUS-PA總線通信接口電路
通信接口電路采用西門子專用芯片SPC4和SIM1芯片。$PC4集成了PROFIBUS-DP和PA的全部協(xié)議，可處理報文、地址碼及備份數(shù)據(jù)序列，可完全按照協(xié)議，完成PROFIBUS-PA網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信；SIMl（Si-emens IEC H1介質(zhì)連接單元）芯片與IEC H1即PRO-FIBUS-PA信號兼容，作為SPC4的擴(kuò)展芯片使用。
（2）回轉(zhuǎn)窯溫度控制與PROFIBUS-PA總線通信接口電路
采用雙單片機(jī)完成回轉(zhuǎn)窯溫度檢測與PROFIBUS-PA總線信息交換，PROFIBUS-PA總線接口電路單片機(jī)AT89S52和回轉(zhuǎn)窯溫度檢測與控制電路單片機(jī)AT90S8515通過讀取雙口RAMIDT7132完成數(shù)據(jù)交換。
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
由于ASIC芯片SPC4內(nèi)部集成了完整的PROFIBUS—PA協(xié)議，因此AT89S52的主要任務(wù)是根據(jù)SPC4產(chǎn)生中斷對SPC4接收到的主站發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)達(dá)存，組織要通過SPC4發(fā)給主站的數(shù)據(jù)，經(jīng)過SIM1調(diào)制后，由耦合器發(fā)給主站，并根據(jù)要求組織外部診斷。PROFIBRS－PA接口程序包括SPC4初始化程序和具體的IO應(yīng)用程序。
4 結(jié)束語
隨著生產(chǎn)過程自動化水平不斷提高，自行開發(fā)基于總線的接口設(shè)備和各種智能設(shè)備將不斷出現(xiàn)，本文基于模糊控制技術(shù)，采用PROFIBUS-PA現(xiàn)場總線、AT89S52和AT90S8515雙單片機(jī)設(shè)計了PA總線通信接口與回轉(zhuǎn)窯溫度測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通信可靠、便捷，與傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)相比，控制平穩(wěn)，具有較強(qiáng)的魯棒性。 |
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