CN101876820A - 基于模糊控制的排污水泵控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁厂排污水泵控制技术领域，特别是涉及一种基于模糊控制的排污水泵控制方法及装置。由PLC处理平台、本地操作面板、水位监测元件、水泵控制元件四部分组成，DI模块、DO模块与本地操作面板进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件连接，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏差e及水位偏差的变化率ec作为输入变量，以水泵的速度u为输出变量，将模糊化过程的各个参数存入PLC保持寄存器中，利用A/D模块将输入量采集到PLC的数据寄存器，经过限幅化处理后，根据对应的输入模糊论中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出量，由D/A模块输出对排污水泵进行变速控制。
Description
技术领域
本发明属于钢铁厂排污水泵控制技术领域，特别是涉及一种基于模糊控制的排污水泵控制方法及装置。
背景技术
在钢铁厂生产车间每时每刻都会产生大量污浊水，需要将污水排放到指定的污水池中，以便进行集中处理，然后再进行回收使用，以达到循环使用的目的，也符合目前国家节能减排的政策。在生产车间一般采取将污水集中到车间污水坑，然后用排污水泵将污水排放到全厂的污水池里。目前排污水泵的操作主要是在现场进行人工手动操作控制，或简单的上下水位联锁控制。在通常情况下，目前这种排污水泵也能比较正常的完成排放污水的工作，但是经常由于种种原因，使排污水泵不能及时地将污水坑里的污水及时排净，造成污水四处溢出。比如，异常大量的其他污水突然涌入泵坑或大量雨水涌入泵坑，这样会对正常的生产秩序引起不必要的麻烦。
实用新型专利00222148.9“一种模糊控制器”公开了一种模糊控制器，放大电路与模糊控制器FZ的输入端串联，模糊控制器件FZ的输出端与积分电路串联。该实用新型采用模糊控制，能进行信号模糊化处理，不需测得控制对象的数学模型，在工业使用过程中，对非线性、大滞后的对象，控制响应速度、精度高、效果好。
发明专利92113109.7“模糊控制方法和模糊控制器”公开了一种可用于冶金、化工、石油、电力、建材、交通、宇航、机器人等各类工业生产过程，特别适用于对难以建立数学模型非线性、大滞后、时变的等复杂控制对象。通用快速自寻优模糊控制方法和装置将偏差、偏差一阶导数、偏差导数三个模糊集，通过模糊关系和模糊合成算法自动地进行模糊控制。达到响应速度快、控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好、机型通用性广、操作简便、美观实用。
这两种发明都采用单片机作为中央处理器，其电路设计相对复杂、且处理速度慢。并且这两种模糊控制器并没有专门为排水泵设计，没有相应的模糊程序设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于模糊控制的排污水泵控制方法。
本发明的另一个目的是提供一种基于模糊控制的排污水泵控制装置。
本发明提出以单个排污水泵为控制对象单元，设计一个操作、控制为一体的装置。这个装置能接受面板操作控制；能接收远方操作控制；能接收面板或远方的参数设定，使装置处于自动起停及变速排污水，以保证污水泵坑不出现溢污水现象，免除生产车间二次被污染的可能。这个装置是以PLC为核心，采用模糊控制算法，来对排污水泵进行控制。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发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模块、DO模块与本地操作面板相连接，进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件相连接，输出控制信号，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏差e及水位偏差的变化率ec作为输入变量，以水泵的速度u为输出变量，系统采用双输入单输出模糊控制器，设偏差e的基本论域为[0，50mm]，其模糊量E的模糊论域为[0，10mm]，则模糊量化因子ke＝0.2，设水位偏差的变化率ec的基本论域为[-10mm，10mm]，其模糊量的模糊论域为[-10mm，10mm]，则模糊量EC化因子kec＝1，设排污水泵速度u的基本论域为[0，100％]，其模糊量的模糊论域为[0，10％]，则比例因子ku＝0.1，EC的模糊集取7个并表示为：NB即负大，NM即负中，NS即负小，ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，E、U的模糊集取4个并表示为：ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，隶属度函数取为三角形分布，量化值经模糊语言变量隶属度函数得到模糊量，确定控制规则的原则是保证控制器的输出能够使系统输出响应的动静特性达到最佳，根据系统的工作特点，建立相应的模糊控制规则如下：
(1)if E is PB and EC is NB then U is PS or
(2)if E is PB and EC is NM then U is PS or
(3)if E is PB and EC is NS then U is PM or
(4)if E is PB and EC is ZO then U is PM or
(5)if E is PB and EC is PS then U is PM or
(6)if E is PB and EC is PM then U is PB or
(7)if E is PB and EC is PB then U is PB or
(8)if E is PM and EC is NB then U is PS or
(9)if E is PM and EC is NM then U is PS or
(10)if E is PM and EC is NS then U is PS or
(11)if E is PM and EC is ZO then U is PM or
(12)if E is PM and EC is PS then U is PM or
(13)if E is PM and EC is PM then U is PB or
(14)if E is PM and EC is PB then U is PB or
(15)if E is PS and EC is NB then U is ZO or
(16)if E is PS and EC is NM then U is ZO or
(17)if E is PS and EC is NS then U is ZO or
(18)if E is PS and EC is ZO then U is PS or
(19)if E is PS and EC is PS then U is PS or
(20)if E is PS and EC is PM then U is PM or
(21)if E is PS and EC is PB then U is PM or
(22)if E is ZO 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
解模糊化过程为：首先将模糊化过程的各个参数存入PLC保持寄存器中，然后利用A/D模块将输入量采集到PLC的数据寄存器，经过限幅化处理后，根据它们所对应的输入模糊论中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出量，由D/A模块输出对排污水泵进行变速控制。
模糊控制规则如表1所示。
一种用于所述的基于模糊控制的排污水泵控制方法的装置，其特征在于由PLC处理平台、本地操作面板、水位监测元件、水泵控制元件四部分组成，所述的PLC处理平台包括在PLC框架上并行设置的CPU、以太网接口、DI模块、DO模块、AI模块、AO模块，所述的CPU中设有模糊控制器，此DI模块、DO模块与本地操作面板相连接，进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件相连接，输出控制信号，所述的AI模块通过A/D模块与DI模块相连接，所述的DO模块通过D/A模块与AO模块相连接。
所述的AI模块、AO模块为4～20mA输入输出通道。
所述的以太网接口模板为根据工厂现有控制系统选择具有相应协议的以太网接口模板。
所述的本地操作模板通过DI模块、DO模块进行系统的配置和显示，也可以使用触摸屏，以通讯方式进行PLC处理平台的配置和显示。
本发明的装置是一个排污水泵控制单元，其功能具有面板操作实现排污水泵起动、停止、变速，面板设置水位高低、水位变化范围等参数，接收远方的起动、停止控制，接收远方水位参数设置。当接受水位设置后自动起停排污水泵、自动变速排污水泵，能够保证迅速快捷稳妥排出污水到厂区的污水池里。
本发明的有益效果是：本发明提出以单个排污水泵为控制对象单元，设计一个操作、控制为一体的装置。这个装置能接受面板操作控制；能接收远方操作控制；能接收面板或远方的参数设定，使装置处于自动起停及变速排污水泵，以保证污水泵坑不出现溢污水现象，免除生产车间二次被污染的可能。
表1模糊控制规则表
附图说明
图1为本发明的硬件结构框图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发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模块、DO模块与本地操作面板相连接，进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件相连接，输出控制信号，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏差e及水位偏差的变化率ec作为输入变量，以水泵的速度u为输出变量，系统采用双输入单输出模糊控制器，设偏差e的基本论域为[0，50mm]，其模糊量E的模糊论域为[0，10mm]，则模糊量化因子ke＝0.2，设水位偏差的变化率ec的基本论域为[-10mm，10mm]，其模糊量的模糊论域为[-10mm，10mm]，则模糊量EC化因子kec＝1，设排污水泵速度u的基本论域为[0，100％]，其模糊量的模糊论域为[0，10％]，则比例因子ku＝0.1，EC的模糊集取7个并表示为：NB即负大，NM即负中，NS即负小，ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，E、U的模糊集取4个并表示为：ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，隶属度函数取为三角形分布，量化值经模糊语言变量隶属度函数得到模糊量，确定控制规则的原则是保证控制器的输出能够使系统输出响应的动静特性达到最佳，根据系统的工作特点，建立相应的模糊控制规则如下：
(1)if E is PB and EC is NB then U is PS or
(2)if E is PB and EC is NM then U is PS or
(3)if E is PB and EC is NS then U is PM or
(4)if E is PB and EC is ZO then U is PM or
(5)if E is PB and EC is PS then U is PM or
(6)if E is PB and EC is PM then U is PB or
(7)if E is PB and EC is PB then U is PB or
(8)if E is PM and EC is NB then U is PS or
(9)if E is PM and EC is NM then U is PS or
(10)if E is PM and EC is NS then U is PS or
(11)if E is PM and EC is ZO then U is PM or
(12)if E is PM and EC is PS then U is PM or
(13)if E is PM and EC is PM then U is PB or
(14)if E is PM and EC is PB then U is PB or
(15)if E is PS and EC is NB then U is ZO or
(16)if E is PS and EC is NM then U is ZO or
(17)if E is PS and EC is NS then U is ZO or
(18)if E is PS and EC is ZO then U is PS or
(19)if E is PS and EC is PS then U is PS or
(20)if E is PS and EC is PM then U is PM or
(21)if E is PS and EC is PB then U is PM or
(22)if E is ZO 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
解模糊化过程为：首先将模糊化过程的各个参数存入PLC保持寄存器中，然后利用A/D模块将输入量采集到PLC的数据寄存器，经过限幅化处理后，根据它们所对应的输入模糊论中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出量，由D/A模块输出对排污水泵进行变速控制。
如图1所示，基于模糊控制的排污水泵控制装置，其特征在于由PLC处理平台、本地操作面板、水位监测元件、水泵控制元件四部分组成，所述的PLC处理平台包括在PLC框架上并行设置的CPU、以太网接口、DI模块、DO模块、AI模块、AO模块，所述的CPU中设有模糊控制器，此DI模块、DO模块与本地操作面板相连接，进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件相连接，输出控制信号，所述的AI模块通过A/D模块与DI模块相连接，所述的DO模块通过D/A模块与AO模块相连接。
所述的AI模块、AO模块为4～20mA输入输出通道。
所述的以太网接口模板可以根据工厂现有控制系统选择具有相应协议的以太网接口模板。
所述的本地操作模板通过DI模块、DO模块进行系统的配置和显示，也可以使用触摸屏，以通讯方式进行PLC处理平台的配置和显示。
本发明的装置是一个排污水泵控制单元，其功能具有面板操作实现排污水泵起动、停止、变速，面板设置水位高低、水位变化范围等参数，接收远方的起动、停止控制，接收远方水位参数设置。当接受水位设置后自动起停排污水泵、自动变速排污水泵，能够保证迅速快捷稳妥排出污水到厂区的污水池里。
本发明的有益效果是：能接受面板操作控制；能接收远方操作控制；能接收面板或远方的参数设定，使装置处于自动起停及变速排污水泵，以保证污水泵坑不出现溢污水现象，免除生产车间二次被污染的可能。这个装置是以PLC为核心，采用模糊控制算法，来对排污水泵进行控制。
Claims (6)
1.一种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模块、DO模块与本地操作面板进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件相连接，输出控制信号，采用模糊控制，以污水泵坑水位偏差e及水位偏差的变化率ec作为输入变量，以水泵的速度u为输出变量，系统采用双输入单输出模糊控制器，设偏差e的基本论域为[0，50mm]，其模糊量E的模糊论域为[0，10mm]，则模糊量化因子ke＝0.2，设水位偏差的变化率ec的基本论域为[-10mma，10mm]，其模糊量的模糊论域为[-10mm，10mm]，则模糊量EC化因子kec＝1，设排污水泵速度u的基本论域为[0，100％]，其模糊量的模糊论域为[0，10％]，则比例因子ku＝0.1，EC的模糊集取7个并表示为：NB即负大，NM即负中，NS即负小，ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，E、U的模糊集取4个并表示为：ZO即零，PS即正小，PM即正中，PB即正大，隶属度函数取为三角形分布，量化值经模糊语言变量隶属度函数得到模糊量，确定控制规则的原则是保证控制器的输出能够使系统输出响应的动静特性达到最佳，根据系统的工作特点，建立相应的模糊控制规则，解模糊化过程为：首先将模糊化过程的各个参数存入PLC保持寄存器中，然后利用A/D模块将输入量采集到PLC的数据寄存器，经过限幅化处理后，根据它们所对应的输入模糊论中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出量，由D/A模块输出对排污水泵进行变速控制。
2.根据权利要求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规则如下：
(1)if E is PB and EC is NB then U is PS or
(2)if E is PB and EC is NM then U is PS or
(3)if E is PB and EC is NS then U is PM or
(4)if E is PB and EC is ZO then U is PM or
(5)if E is PB and EC is PS then U is PM or
(6)if E is PB and EC is PM then U is PB or
(7)if E is PB and EC is PB then U is PB or
(8)if E is PM and EC is NB then U is PS or
(9)if E is PM and EC is NM then U is PS or
(10)if E is PM and EC is NS then U is PS or
(11)if E is PM and EC is ZO then U is PM or
(12)if E is PM and EC is PS then U is PM or
(13)if E is PM and EC is PM then U is PB or
(14)if E is PM and EC is PB then U is PB or
(15)if E is PS and EC is NB then U is ZO or
(16)if E is PS and EC is NM then U is ZO or
(17)if E is PS and EC is NS then U is ZO or
(18)if E is PS and EC is ZO then U is PS or
(19)if E is PS and EC is PS then U is PS or
(20)if E is PS and EC is PM then U is PM or
(21)if E is PS and EC is PB then U is PM or
(22)if E is ZO 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。
3.一种用于权利要求1所述的基于模糊控制的排污水泵控制方法的装置，其特征在于由PLC处理平台、本地操作面板、水位监测元件、水泵控制元件四部分组成，所述的PLC处理平台包括在PLC框架上并行设置的CPU、以太网接口、DI模块、DO模块、AI模块、AO模块，所述的CPU中设有模糊控制器，此DI模块、DO模块与本地操作面板相连接，进行本地通讯，AI模块与水位监测元件相连接，采集液位信号，AO模块与水泵控制元件相连接，输出控制信号，所述的AI模块通过A/D模块与DI模块相连接，所述的DO模块通过D/A模块与AO模块相连接。
4.根据权利要求3所述的基于模糊控制的排污水泵控制装置，其特征在于所述的AI模块、AO模块为4～20mA输入输出通道。
5.根据权利要求3所述的基于模糊控制的排污水泵控制装置，其特征在于所述的以太网接口模板为根据工厂现有控制系统选择具有相应协议的以太网接口模板。
6.根据权利要求3所述的基于模糊控制的排污水泵控制装置，其特征在于所述的本地操作模板通过DI模块、DO模块进行系统的配置和显示，或者使用触摸屏，以通讯方式进行PLC处理平台的配置和显示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101103 |