現場總線在干法回轉窯控制系統中的應用

2006年11月13日 13:47:54人氣：867來源：煙臺勾股通信技術有限公司

[摘要]：基于智能模糊控制技術，利用ASIC芯片SPC4、SIMl和雙單片機AT89S52與AT90S8515，設計了PA總線接口和回轉窯溫度測控系統。本文介紹了PROFIBUS-PA現場總線的控制系統設計方法，給出了其硬件及軟件實現。
關鍵詞：過程自動化現場總線模糊控回轉窖
1 引言
現場總線控制系統FCS將傳統系統的集中控制轉換為現場分散控制，實現功能集中、危險分散，形成開放性的測控網絡。PROFIBUS現場總線由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計，標準的本質安全的傳輸技術，實現了IECll58-2中規定的通信規程，用于對安全性要求較高的場合即總線供電的站點。本文應用PROFIBUS-PA現場總線技術設計了水泥回轉窯溫度智能測控系統。
2 干法回轉窯智能模糊控制系統設計
2.1 干法回轉窯工況分析
新型干法水泥生產過程中，預分解回轉窯具有大慣性、純滯后、非線性等特點，根據生產工況分析，回轉窯燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度是影響水泥熟料質量的關鍵因素。因而這兩個溫度的穩定，能保持回轉窯具有較好的燒成質量和節能效果，同時對回轉窯熱工穩定和穩定運行都很重要。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窯速度、喂煤量作為控制變量，通過調整回轉窯的拖動電機轉速、給煤電機轉速和喂料電機轉速來調整給煤量和喂料量。由于回轉窯難以建立的數學模型，采用傳統的PID控制策略難以獲得滿意的控制品質。本文采用模糊控制器實現對燒成帶溫度和窯尾廢氣溫度的控制。
2.2 回轉窯模糊控制器設計
設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分別表示窯主電機轉速、喂料電機轉速和喂煤電機轉速并作為控制量。其中生料下料量與窯速、排風量與喂煤量在鍛燒過程中均保持一定比例關系。

（1）被控制量與控制量模糊化

（2）建立糊糊規則庫

根據回轉窯的工況要求和實際生產經驗，建立被控制量燒成帶溫度BT、窯尾溫度GT與控制量回轉窯主電機轉

燒成帶濕度BT、窯尾溫度GT與控制量喂料電機轉速CS、喂煤電機轉速MS的模糊控制規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值，即是對模糊控制信號的隸屬函數圖形進行解模糊處理。在此采用質量中心法（COG），結合加權平均，計算模糊輸出量C*的值，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輸出控制量。
3基于PROFIBUS—PA回轉窯溫度控制實現
3.1 基于PROFIBUS-PA硬件設計
（1）PROFIBUS-PA總線通信接口電路
通信接口電路采用西門子芯片SPC4和SIM1芯片。$PC4集成了PROFIBUS-DP和PA的全部協議，可處理報文、地址碼及備份數據序列，可*按照協議，完成PROFIBUS-PA網絡上的數據通信；SIMl（Si-emens IEC H1介質連接單元）芯片與IEC H1即PRO-FIBUS-PA信號兼容，作為SPC4的擴展芯片使用。

（2）回轉窯溫度控制與PROFIBUS-PA總線通信接口電路

采用雙單片機完成回轉窯溫度檢測與PROFIBUS-PA總線信息交換，PROFIBUS-PA總線接口電路單片機AT89S52和回轉窯溫度檢測與控制電路單片機AT90S8515通過讀取雙口RAMIDT7132完成數據交換。

3.2 系統軟件設計
由于ASIC芯片SPC4內部集成了完整的PROFIBUS—PA協議，因此AT89S52的主要任務是根據SPC4產生中斷對SPC4接收到的主站發出的數據轉達存，組織要通過SPC4發給主站的數據，經過SIM1調制后，由耦合器發給主站，并根據要求組織外部診斷。PROFIBRS－PA接口程序包括SPC4初始化程序和具體的IO應用程序。

4 結束語
隨著生產過程自動化水平不斷提高，自行開發基于總線的接口設備和各種智能設備將不斷出現，本文基于模糊控制技術，采用PROFIBUS-PA現場總線、AT89S52和AT90S8515雙單片機設計了PA總線通信接口與回轉窯溫度測控系統。該系統通信可靠、便捷，與傳統PID控制系統相比，控制平穩，具有較強的魯棒性。

關鍵詞：單片機測控系統現場總線控制系統現場總線控制系統

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