專利名稱：基于模糊控制的排污水泵控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵廠排污水泵控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于模糊控制的排污 水泵控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
在鋼鐵廠生產(chǎn)車間每時(shí)每刻都會(huì)產(chǎn)生大量污濁水，需要將污水排放到指定的污水 池中，以便進(jìn)行集中處理，然后再進(jìn)行回收使用，以達(dá)到循環(huán)使用的目的，也符合目前國家 節(jié)能減排的政策。在生產(chǎn)車間一般采取將污水集中到車間污水坑，然后用排污水泵將污水 排放到全廠的污水池里。目前排污水泵的操作主要是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工手動(dòng)操作控制，或簡(jiǎn) 單的上下水位聯(lián)鎖控制。在通常情況下，目前這種排污水泵也能比較正常的完成排放污水 的工作，但是經(jīng)常由于種種原因，使排污水泵不能及時(shí)地將污水坑里的污水及時(shí)排凈，造成 污水四處溢出。比如，異常大量的其他污水突然涌入泵坑或大量雨水涌入泵坑，這樣會(huì)對(duì)正 常的生產(chǎn)秩序引起不必要的麻煩。實(shí)用新型專利00222148. 9“一種模糊控制器”公開了一種模糊控制器，放大電路與 模糊控制器FZ的輸入端串聯(lián)，模糊控制器件FZ的輸出端與積分電路串聯(lián)。該實(shí)用新型采 用模糊控制，能進(jìn)行信號(hào)模糊化處理，不需測(cè)得控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，在工業(yè)使用過程中， 對(duì)非線性、大滯后的對(duì)象，控制響應(yīng)速度、精度高、效果好。發(fā)明專利92113109. 7 “模糊控制方法和模糊控制器”公開了一種可用于冶金、化 工、石油、電力、建材、交通、宇航、機(jī)器人等各類工業(yè)生產(chǎn)過程，特別適用于對(duì)難以建立數(shù)學(xué) 模型非線性、大滯后、時(shí)變的等復(fù)雜控制對(duì)象。通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法和裝置將偏 差、偏差一階導(dǎo)數(shù)、偏差導(dǎo)數(shù)三個(gè)模糊集，通過模糊關(guān)系和模糊合成算法自動(dòng)地進(jìn)行模糊控 制。達(dá)到響應(yīng)速度快、控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好、機(jī)型通用性廣、操作簡(jiǎn)便、美觀 實(shí)用。這兩種發(fā)明都采用單片機(jī)作為中央處理器，其電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜、且處理速度慢。 并且這兩種模糊控制器并沒有專門為排水泵設(shè)計(jì)，沒有相應(yīng)的模糊程序設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于模糊控制的排污水泵控制方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于模糊控制的排污水泵控制裝置。本發(fā)明提出以單個(gè)排污水泵為控制對(duì)象單元，設(shè)計(jì)一個(gè)操作、控制為一體的裝置。 這個(gè)裝置能接受面板操作控制；能接收遠(yuǎn)方操作控制；能接收面板或遠(yuǎn)方的參數(shù)設(shè)定，使 裝置處于自動(dòng)起停及變速排污水，以保證污水泵坑不出現(xiàn)溢污水現(xiàn)象，免除生產(chǎn)車間二次 被污染的可能。這個(gè)裝置是以PLC為核心，采用模糊控制算法，來對(duì)排污水泵進(jìn)行控制。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的基于模糊控制的排污水泵控制方法，其特征在于在PLC框架上的DI模 塊、DO模塊與本地操作面板相連接，進(jìn)行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測(cè)元件相連接，采集液位信號(hào)，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號(hào)，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏 差e及水位偏差的變化率ec作為輸入變量，以水泵的速度u為輸出變量，系統(tǒng)采用雙輸入 單輸出模糊控制器，設(shè)偏差e的基本論域?yàn)?br> ，其模糊量E的模糊論域?yàn)?br> ， 則模糊量化因子ke = 0. 2，設(shè)水位偏差的變化率ec的基本論域?yàn)閇_10mm，10mm]，其模糊量 的模糊論域?yàn)閇-10mm，10mm]，則模糊量EC化因子kec = 1，設(shè)排污水泵速度u的基本論域 為W，100% ]，其模糊量的模糊論域?yàn)?br> ，則比例因子ku = 0.1，EC的模糊集取7 個(gè)并表示為:NB即負(fù)大，NM即負(fù)中，NS即負(fù)小，Z0即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大， E、U的模糊集取4個(gè)并表示為Z0即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，隸屬度函數(shù)取為 三角形分布，量化值經(jīng)模糊語言變量隸屬度函數(shù)得到模糊量，確定控制規(guī)則的原則是保證 控制器的輸出能夠使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜特性達(dá)到最佳，根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，建立相應(yīng) 的模糊控制規(guī)則如下⑴ifEisPBandECisNBthenUisPSor
(2) ifEisPBandECis匪thenUisPSor
(3) ifEisPBandECisNSthenuisPMor
(4) ifEisPBandECiszothenuisPMor
(5) ifEisPBandECisPSthenuisPMor
(6) ifEisPBandECisPMthenuisPBor
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(9) ifEisPMandECis匪thenuisPSor(10ifEisPMandECisNSthenUisPSor
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(20ifEisPSandECisPMthenuisPMor
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(27ifEisZOandECisPMthenuisPMor
(28ifEisZOandECisPBthenuisPM
解模糊化過程為首先將模糊化過程的各個(gè)參數(shù)存入PLC保持寄存器中，然后利 用A/D模塊將輸入量采集到PLC的數(shù)據(jù)寄存器，經(jīng)過限幅化處理后，根據(jù)它們所對(duì)應(yīng)的輸入 模糊論中的相應(yīng)元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量，再乘以輸出量化因子即可得實(shí)際 輸出量，由D/A模塊輸出對(duì)排污水泵進(jìn)行變速控制。模糊控制規(guī)則如表1所示。一種用于所述的基于模糊控制的排污水泵控制方法的裝置，其特征在于由PLC處 理平臺(tái)、本地操作面板、水位監(jiān)測(cè)元件、水泵控制元件四部分組成，所述的PLC處理平臺(tái)包 括在PLC框架上并行設(shè)置的CPU、以太網(wǎng)接口、DI模塊、DO模塊、AI模塊、AO模塊，所述的 CPU中設(shè)有模糊控制器，此DI模塊、DO模塊與本地操作面板相連接，進(jìn)行本地通訊，AI模塊 與水位監(jiān)測(cè)元件相連接，采集液位信號(hào)，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號(hào)，所 述的AI模塊通過A/D模塊與DI模塊相連接，所述的DO模塊通過D/A模塊與A0模塊相連 接。所述的AI模塊、A0模塊為4 20mA輸入輸出通道。所述的以太網(wǎng)接口模板為根據(jù)工廠現(xiàn)有控制系統(tǒng)選擇具有相應(yīng)協(xié)議的以太網(wǎng)接 口模板。所述的本地操作模板通過DI模塊、D0模塊進(jìn)行系統(tǒng)的配置和顯示，也可以使用觸 摸屏，以通訊方式進(jìn)行PLC處理平臺(tái)的配置和顯示。本發(fā)明的裝置是一個(gè)排污水泵控制單元，其功能具有面板操作實(shí)現(xiàn)排污水泵起 動(dòng)、停止、變速，面板設(shè)置水位高低、水位變化范圍等參數(shù)，接收遠(yuǎn)方的起動(dòng)、停止控制，接收 遠(yuǎn)方水位參數(shù)設(shè)置。當(dāng)接受水位設(shè)置后自動(dòng)起停排污水泵、自動(dòng)變速排污水泵，能夠保證迅 速快捷穩(wěn)妥排出污水到廠區(qū)的污水池里。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出以單個(gè)排污水泵為控制對(duì)象單元，設(shè)計(jì)一個(gè)操 作、控制為一體的裝置。這個(gè)裝置能接受面板操作控制；能接收遠(yuǎn)方操作控制；能接收面板 或遠(yuǎn)方的參數(shù)設(shè)定，使裝置處于自動(dòng)起停及變速排污水泵，以保證污水泵坑不出現(xiàn)溢污水 現(xiàn)象，免除生產(chǎn)車間二次被污染的可能。表1模糊控制規(guī)則表


圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的基于模糊控制的排污水泵控制方法，其特征在于在PLC框架上的DI模 塊、DO模塊與本地操作面板相連接，進(jìn)行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測(cè)元件相連接，采集液 位信號(hào)，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號(hào)，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏 差e及水位偏差的變化率ec作為輸入變量，以水泵的速度u為輸出變量，系統(tǒng)采用雙輸入 單輸出模糊控制器，設(shè)偏差e的基本論域?yàn)?br> ，其模糊量E的模糊論域?yàn)?br> ， 則模糊量化因子ke = 0. 2，設(shè)水位偏差的變化率ec的基本論域?yàn)閇_10mm，10mm]，其模糊量 的模糊論域?yàn)閇-10mm，10mm]，則模糊量EC化因子kec = 1，設(shè)排污水泵速度u的基本論域 為W，100% ]，其模糊量的模糊論域?yàn)?br> ，則比例因子ku = 0. 1，EC的模糊集取7 個(gè)并表示為:NB即負(fù)大，NM即負(fù)中，NS即負(fù)小，Z0即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大， E、U的模糊集取4個(gè)并表示為Z0即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，隸屬度函數(shù)取為 三角形分布，量化值經(jīng)模糊語言變量隸屬度函數(shù)得到模糊量，確定控制規(guī)則的原則是保證 控制器的輸出能夠使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜特性達(dá)到最佳，根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，建立相應(yīng) 的模糊控制規(guī)則如下⑴if EisPBandECisNBthenUisPS or
(2) if EisPBandECis匪thenUisPS or
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(4) if EisPBandECiszothenuisPM or
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(22)if E is Z0 and EC is NB then U is ZO or(23) if E is ZO and EC is NM then U is ZO or(24)if E is ZO and EC is NS then U is ZO or(25)if E is ZO and EC is ZO then U is ZO or(26)if E is ZO and EC is PS then U is PS or(27)if E is ZO and EC is PM then U is PM or(28)if E is ZO and EC is PB then U is PM解模糊化過程為首先將模糊化過程的各個(gè)參數(shù)存入PLC保持寄存器中，然后利 用A/D模塊將輸入量采集到PLC的數(shù)據(jù)寄存器，經(jīng)過限幅化處理后，根據(jù)它們所對(duì)應(yīng)的輸入 模糊論中的相應(yīng)元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量，再乘以輸出量化因子即可得實(shí)際 輸出量，由D/A模塊輸出對(duì)排污水泵進(jìn)行變速控制。如圖1所示，基于模糊控制的排污水泵控制裝置，其特征在于由PLC處理平臺(tái)、本 地操作面板、水位監(jiān)測(cè)元件、水泵控制元件四部分組成，所述的PLC處理平臺(tái)包括在PLC框 架上并行設(shè)置的CPU、以太網(wǎng)接口、DI模塊、D0模塊、AI模塊、A0模塊，所述的CPU中設(shè)有模 糊控制器，此DI模塊、D0模塊與本地操作面板相連接，進(jìn)行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測(cè)元 件相連接，采集液位信號(hào)，A0模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號(hào)，所述的AI模塊通 過A/D模塊與DI模塊相連接，所述的D0模塊通過D/A模塊與A0模塊相連接。所述的AI模塊、A0模塊為4 20mA輸入輸出通道。所述的以太網(wǎng)接口模板可以根據(jù)工廠現(xiàn)有控制系統(tǒng)選擇具有相應(yīng)協(xié)議的以太網(wǎng) 接口模板。所述的本地操作模板通過DI模塊、D0模塊進(jìn)行系統(tǒng)的配置和顯示，也可以使用觸 摸屏，以通訊方式進(jìn)行PLC處理平臺(tái)的配置和顯示。本發(fā)明的裝置是一個(gè)排污水泵控制單元，其功能具有面板操作實(shí)現(xiàn)排污水泵起 動(dòng)、停止、變速，面板設(shè)置水位高低、水位變化范圍等參數(shù)，接收遠(yuǎn)方的起動(dòng)、停止控制，接收 遠(yuǎn)方水位參數(shù)設(shè)置。當(dāng)接受水位設(shè)置后自動(dòng)起停排污水泵、自動(dòng)變速排污水泵，能夠保證迅 速快捷穩(wěn)妥排出污水到廠區(qū)的污水池里。本發(fā)明的有益效果是能接受面板操作控制；能接收遠(yuǎn)方操作控制；能接收面板 或遠(yuǎn)方的參數(shù)設(shè)定，使裝置處于自動(dòng)起停及變速排污水泵，以保證污水泵坑不出現(xiàn)溢污水 現(xiàn)象，免除生產(chǎn)車間二次被污染的可能。這個(gè)裝置是以PLC為核心，采用模糊控制算法，來 對(duì)排污水泵進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
一種基于模糊控制的排污水泵控制方法，其特征在于在PLC框架上的DI模塊、DO模塊與本地操作面板進(jìn)行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測(cè)元件相連接，采集液位信號(hào)，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號(hào)，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏差e及水位偏差的變化率ec作為輸入變量，以水泵的速度u為輸出變量，系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制器，設(shè)偏差e的基本論域?yàn)?br> ，其模糊量E的模糊論域?yàn)?br> ，則模糊量化因子ke＝0.2，設(shè)水位偏差的變化率ec的基本論域?yàn)閇-10mma，10mm]，其模糊量的模糊論域?yàn)閇-10mm，10mm]，則模糊量EC化因子kec＝1，設(shè)排污水泵速度u的基本論域?yàn)?br> ，其模糊量的模糊論域?yàn)?br> ，則比例因子ku＝0.1，EC的模糊集取7個(gè)并表示為NB即負(fù)大，NM即負(fù)中，NS即負(fù)小，ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，E、U的模糊集取4個(gè)并表示為ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，隸屬度函數(shù)取為三角形分布，量化值經(jīng)模糊語言變量隸屬度函數(shù)得到模糊量，確定控制規(guī)則的原則是保證控制器的輸出能夠使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜特性達(dá)到最佳，根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，建立相應(yīng)的模糊控制規(guī)則，解模糊化過程為首先將模糊化過程的各個(gè)參數(shù)存入PLC保持寄存器中，然后利用A/D模塊將輸入量采集到PLC的數(shù)據(jù)寄存器，經(jīng)過限幅化處理后，根據(jù)它們所對(duì)應(yīng)的輸入模糊論中的相應(yīng)元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量，再乘以輸出量化因子即可得實(shí)際輸出量，由D/A模塊輸出對(duì)排污水泵進(jìn)行變速控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的排污水泵控制方法，其特征在于所述的模糊 控制規(guī)則如下l)ifEisPBandECisNBthenUisPSor2) ifEisPBandECis匪thenUisPSor3) ifEisPBandECisNSthenuisPMor4) ifEisPBandECiszothenuisPMor5) ifEisPBandECisPSthenuisPMor6) ifEisPBandECisPMthenuisPBor7) ifEisPBandECisPBthenuisPBor8) ifEisPMandECisNBthenuisPSor9) ifEisPMandECis匪thenuisPSor10) ifEisPMandECisNSthenUisPSorll)ifEisPMandECisZOthenUisPMor12) ifEisPMandECisPSthenuisPMor13) ifEisPMandECisPMthenuisPBor14) ifEisPMandECisPBthenuisPBor15) ifEisPSandECisNBthenuisZOor16) ifEisPSandECis匪thenuisZOor17) ifEisPSandECisNSthenuisZOor18) ifEisPSandECisZOthenuisPSor19) ifEisPSandECisPSthenuisPSor20) ifEisPSandECisPMthenuisPMor21) ifEisPSandECisPBthenuisPMor(22)ifE is Z0 and EC is NB then U is ZO or(23)ifE is ZO and EC is NM then U is ZO or(24)ifE is ZO and EC is NS then U is ZO or(25)ifE is ZO and EC is ZO then U is ZO or(26)ifE is ZO and EC is PS then U is PS or(27)ifE is ZO and EC is PM then U is PM or(28)ifE is ZO and EC is PB then U is PM。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的排污水泵控制方法的裝置，其特征在于 由PLC處理平臺(tái)、本地操作面板、水位監(jiān)測(cè)元件、水泵控制元件四部分組成，所述的PLC處理 平臺(tái)包括在PLC框架上并行設(shè)置的CPU、以太網(wǎng)接口、DI模塊、DO模塊、AI模塊、AO模塊， 所述的CPU中設(shè)有模糊控制器，此DI模塊、DO模塊與本地操作面板相連接，進(jìn)行本地通訊， AI模塊與水位監(jiān)測(cè)元件相連接，采集液位信號(hào)，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制 信號(hào)，所述的AI模塊通過A/D模塊與DI模塊相連接，所述的DO模塊通過D/A模塊與AO模 塊相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模糊控制的排污水泵控制裝置，其特征在于所述的AI模 塊、AO模塊為4 20mA輸入輸出通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模糊控制的排污水泵控制裝置，其特征在于所述的以太 網(wǎng)接口模板為根據(jù)工廠現(xiàn)有控制系統(tǒng)選擇具有相應(yīng)協(xié)議的以太網(wǎng)接口模板。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模糊控制的排污水泵控制裝置，其特征在于所述的本地 操作模板通過DI模塊、DO模塊進(jìn)行系統(tǒng)的配置和顯示，或者使用觸摸屏，以通訊方式進(jìn)行 PLC處理平臺(tái)的配置和顯示。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵廠排污水泵控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于模糊控制的排污水泵控制方法及裝置。由PLC處理平臺(tái)、本地操作面板、水位監(jiān)測(cè)元件、水泵控制元件四部分組成，DI模塊、DO模塊與本地操作面板進(jìn)行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測(cè)元件相連接，采集液位信號(hào)，AO模塊與水泵控制元件連接，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏差e及水位偏差的變化率ec作為輸入變量，以水泵的速度u為輸出變量，將模糊化過程的各個(gè)參數(shù)存入PLC保持寄存器中，利用A/D模塊將輸入量采集到PLC的數(shù)據(jù)寄存器，經(jīng)過限幅化處理后，根據(jù)對(duì)應(yīng)的輸入模糊論中的相應(yīng)元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量，再乘以輸出量化因子即可得實(shí)際輸出量，由D/A模塊輸出對(duì)排污水泵進(jìn)行變速控制。
文檔編號(hào)G05B19/05GK101876820SQ201010209019
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者張斌, 梁瓊, 邊文 申請(qǐng)人:中冶北方工程技術(shù)有限公司