淺析PLC模糊控制器的設計與實現

摘 要：隨著PLC在工業生產領域的廣泛應用，對PLC控制功能要求的提高使得預測控制器、模糊控制器等功能性較強的控制器應用軟件誕生。本文就PLC模糊控制器的研究與實現進行一個簡單的介紹，對PLC模糊控制器的算法與系統、控制器設計步驟進行闡述，以驗證PLC模糊控制器的可靠性和有效性。

關鍵詞：PLC；模糊控制器；設計

一、PLC模糊控制器簡介

模糊控制嵌入PLC稱為模糊控制器，即用模糊專用芯片來組成模糊控制器，Omron公司的FZ001、德國AEG公司的modiconA120型和A250型等PLC就帶有標準模糊控制軟件包，目前模糊專用模塊已經被許多PLC制造商開發和生產出來，是應用場合較多的一款控制器。

模糊控制器是當前智能控制技術中最為成熟的一個技術分支，因為與常規控制集成運行，因此具有推理速度快、適應能力好、系統穩定性強、控制精度高的特點，能解決復雜的控制問題，適用于非專業技術人員操控，操作時省去系統參數調節過程，因此非常適合工業生產操作，在轉化生產力、加快控制技術廣泛應用的進程中起著非常重要的作用。

二、PLC模糊控制器的算法與系統

（一）模糊控制系統

PLC模糊控制系統通過輸入接口、輸出接口進行兩端的鏈接，中間的重要部分是由檢測裝置、被控對象、執行機構組成，而模糊控制器在其中起到了計算控制變量、模糊量化處理、模糊控制規則等作用。結構圖如圖：

模糊控制系統結構組成圖

由圖我們可以清楚的看到，整個系統的核心是由模糊控制器構成，只有模糊控制器的性能提高才能帶動整個系統的優化運作。從功能上來分，模糊化接口、知識庫、模糊推理機以及去模糊化結構共同構成了模糊控制器。模糊化接口在其中起到了轉化精確量為模糊量的作用；知識庫包含了應用領域中的知識和要求的控制目標；模糊推理的設計思路則是參照人的思維模式進行的；清晰化接口在這里的作用是將模糊量變為清晰量，以配合系統的運行需要。

根據獨立的輸入變量和輸出變量的個數，我們將模糊控制系統劃分為兩種類型的控制系統，即單變量和多變量。

（二）模糊控制系統的算法

在整個模糊控制運算過程中，模糊化、模糊推理和清晰化共同構成了模糊控制算法。首先是將輸入量轉變為模糊控制需求的量，以將這些量值運送到系統需求的領域里，這些分系統對量再進行模糊處理，并表示為模糊集合，整個的運算過程稱之為模糊化運算；模糊控制器根據自身設置的控制目標，在知識庫中進行技術變換，包括把各種語言變量的隸屬度函數、輸入輸出的尺度、空間等因子進行模糊劃分；模糊推理機按照人的模糊概念模擬推理，根據模糊邏輯法則轉變規則庫中的模糊“IFTHEN”為某種映射；經過推理后的模糊量并不能用來直接控制對象，需要轉化為一個精確的量以控制執行器，這個過程叫清晰化。

三、PLC模糊控制器設計

為了達到某種目標進行程序設計，并根據實際控制問題去設計的有一定被控過程的控制器稱之為一般的模糊控制器，它根據客戶的不同需求進行編程，來靈活操控工作流程。常用的模糊控制器最大的區別在于其通用化的特點，在于其摒棄了高控制精度的目標，為了實現這個特點，模糊控制器以PLC在線查表、計算機離線計算的方法來實現模糊控制。具體的過程是：計算機離線為了得到模糊控制器的總控制表，將模糊推理過程簡單化、模糊化，并對程序進行必要的調試和修改后，將這些過程以數據模塊的形式存入PLC系統的內存中，最后由一個查詢該表的子程序進行管理。

以上我們所闡述的為通用模糊控制器運行過程，也正是由于二維模糊控制器能夠比較嚴格的反映受控過程中的輸入變量的動作特性，具有良好的通用性，且要比一維模糊控制器的控制效果好，比三維模糊控制器計算簡單，因此在工業生產中，二維模糊控制器被普遍選用為模糊控制系統。

基于PLC的模糊控制器在控制設計上除了控制器的結構外，還涉及到模糊控制器的離線設計部分、ETEP7實現模糊控制器設計、PLC模糊控制器的仿真驗證。模糊控制器的離線設計部分，一般包含具體的算法設計、基于MATLAB模糊邏輯工具箱設計；ETEP7實現模糊控制器設計包含模糊算法、模糊算法功能塊；PLC模糊控制器的仿真驗證包括對仿真系統的建立和仿真結果驗證。

綜上所述，PLC模糊控制器無論經歷再復雜的運算過程，都是由計算機離線計算來完成的，得到的數據供PLC在線調用。采用了MTALAB離線設計和PLC在線查表方法后，基于PLC的模糊控制器將復雜繁瑣的工作變得簡單明了，不僅對使用人員來說操作方便，對于工業生產來說也提高了控制的實時性。未來對于PLC模糊控制器的改進，可以在算法、控制效果上進一步探索，并在開發PLC模糊PID控制器上做更深的研究。

參考文獻：

[1]汪小澄，方強.基于PLC的模糊控制研究[J].武漢大學學報，2002，35（3）：7981.

[2]孫東衛，周立峰.預測模糊控制在渠道系統中的應用[J].現代電子技術，2002（4）；8285，

[3]劉振娟.PLC先進控制策略研究與應用[D].北京化工大學碩士研究生論文，2005，6.

[4]西門子公司.西門子S7300系統參考手冊[M].北京西門子自動化與驅動集團，2002：10200.

作者簡介：許波（1987），女，漢族，河南焦作人，助理講師，現為河南工業和信息化職業學院教師。