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
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼鐵廠排污水泵控制技術領域，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：
在鋼鐵廠生產車間每時每刻都會產生大量污濁水，需要將污水排放到指定的污水 池中，以便進行集中處理，然后再進行回收使用，以達到循環(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)場進行人工手動操作控制，或簡 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地將污水坑里的污水及時排凈，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，這樣會對正 常的生產秩序引起不必要的麻煩。實用新型專利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)。該實用新型采 用模糊控制，能進行信號模糊化處理，不需測得控制對象的數(shù)學模型，在工業(yè)使用過程中， 對非線性、大滯后的對象，控制響應速度、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、機器人等各類工業(yè)生產過程，特別適用于對難以建立數(shù)學 模型非線性、大滯后、時變的等復雜控制對象。通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法和裝置將偏 差、偏差一階導數(shù)、偏差導數(shù)三個模糊集，通過模糊關系和模糊合成算法自動地進行模糊控 制。達到響應速度快、控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好、機型通用性廣、操作簡便、美觀 實用。這兩種發(fā)明都采用單片機作為中央處理器，其電路設計相對復雜、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計，沒有相應的模糊程序設計。

發(fā)明內容
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)明提出以單個排污水泵為控制對象單元，設計一個操作、控制為一體的裝置。 這個裝置能接受面板操作控制；能接收遠方操作控制；能接收面板或遠方的參數(shù)設定，使 裝置處于自動起停及變速排污水，以保證污水泵坑不出現(xiàn)溢污水現(xiàn)象，免除生產車間二次 被污染的可能。這個裝置是以PLC為核心，采用模糊控制算法，來對排污水泵進行控制。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案來實現(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，進行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測元件相連接，采集液位信號，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號，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，設偏差e的基本論域為
，其模糊量E的模糊論域為
， 則模糊量化因子ke = 0. 2，設水位偏差的變化率ec的基本論域為[_10mm，10mm]，其模糊量 的模糊論域為[-10mm，10mm]，則模糊量EC化因子kec = 1，設排污水泵速度u的基本論域 為W，100% ]，其模糊量的模糊論域為
，則比例因子ku = 0.1，EC的模糊集取7 個并表示為:NB即負大，NM即負中，NS即負小，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)輸出響應的動靜特性達到最佳，根據(jù)系統(tǒng)的工作特點，建立相應 的模糊控制規(guī)則如下⑴ifEisPBandECisNBthenUisPSor
(2) ifEisPBandECis匪thenUisPSor
(3) ifEisPBandECisNSthenuisPMor
(4) ifEisPBandECiszothenuisPMor
(5) ifEisPBandECisPSthenuisPMor
(6) ifEisPBandECisPMthenuisPBor
(7) ifEisPBandECisPBthenuisPBor
(8) ifEisPMandECisNBthenuisPSor
(9) ifEisPMandECis匪thenuisPSor(10ifEisPMandECisNSthenUisPSor
(11ifEisPMandECisZOthenUisPMor
(12ifEisPMandECisPSthenuisPMor
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(14ifEisPMandECisPBthenuisPBor
(15ifEisPSandECisNBthenuisZOor
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(22ifEisZOandECisNBthenuisZOor
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(28ifEisZOandECisPBthenuisPM
解模糊化過程為首先將模糊化過程的各個參數(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)它們所對應的輸入 模糊論中的相應元素，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際 輸出量，由D/A模塊輸出對排污水泵進行變速控制。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、本地操作面板、水位監(jiān)測元件、水泵控制元件四部分組成，所述的PLC處理平臺包 括在PLC框架上并行設置的CPU、以太網(wǎng)接口、DI模塊、DO模塊、AI模塊、AO模塊，所述的 CPU中設有模糊控制器，此DI模塊、DO模塊與本地操作面板相連接，進行本地通訊，AI模塊 與水位監(jiān)測元件相連接，采集液位信號，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號，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模塊進行系統(tǒng)的配置和顯示，也可以使用觸 摸屏，以通訊方式進行PLC處理平臺的配置和顯示。本發(fā)明的裝置是一個排污水泵控制單元，其功能具有面板操作實現(xiàn)排污水泵起 動、停止、變速，面板設置水位高低、水位變化范圍等參數(shù)，接收遠方的起動、停止控制，接收 遠方水位參數(shù)設置。當接受水位設置后自動起停排污水泵、自動變速排污水泵，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)明提出以單個排污水泵為控制對象單元，設計一個操 作、控制為一體的裝置。這個裝置能接受面板操作控制；能接收遠方操作控制；能接收面板 或遠方的參數(shù)設定，使裝置處于自動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)明的硬件結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。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，進行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測元件相連接，采集液 位信號，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號，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，設偏差e的基本論域為
，其模糊量E的模糊論域為
， 則模糊量化因子ke = 0. 2，設水位偏差的變化率ec的基本論域為[_10mm，10mm]，其模糊量 的模糊論域為[-10mm，10mm]，則模糊量EC化因子kec = 1，設排污水泵速度u的基本論域 為W，100% ]，其模糊量的模糊論域為
，則比例因子ku = 0. 1，EC的模糊集取7 個并表示為:NB即負大，NM即負中，NS即負小，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)輸出響應的動靜特性達到最佳，根據(jù)系統(tǒng)的工作特點，建立相應 的模糊控制規(guī)則如下⑴if EisPBandECisNBthenUisPS or
(2) if EisPBandECis匪thenUisPS or
(3) if EisPBandECisNSthenuisPM or
(4) if EisPBandECiszothenuisPM or
(5) if EisPBandECisPSthenuisPM or
(6) if EisPBandECisPMthenuisPB or
(7) if EisPBandECisPBthenuisPB or
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(10)if EisPMandECisNSthenuisPS or
(ll)if EisPMandECisZOthenuisPM or
(12)if EisPMandECisPSthenuisPM or
(13)if EisPMandECisPMthenuisPB or
(14)if EisPMandECisPBthenuisPB or
(15)if EisPSandECisNBthenuisZ0 or
(16)if EisPSandECis匪thenuisZ0 or
(17)if EisPSandECisNSthenuisZ0 or
(18)if EisPSandECisZOthenuisPS or
(19)if EisPSandECisPSthenuisPS or
(20)if EisPSandECisPMthenuisPM or
(21) if EisPSandECisPBthenuisPM or
(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)它們所對應的輸入 模糊論中的相應元素，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際 輸出量，由D/A模塊輸出對排污水泵進行變速控制。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、本 地操作面板、水位監(jiān)測元件、水泵控制元件四部分組成，所述的PLC處理平臺包括在PLC框 架上并行設置的CPU、以太網(wǎng)接口、DI模塊、D0模塊、AI模塊、A0模塊，所述的CPU中設有模 糊控制器，此DI模塊、D0模塊與本地操作面板相連接，進行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測元 件相連接，采集液位信號，A0模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號，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模塊進行系統(tǒng)的配置和顯示，也可以使用觸 摸屏，以通訊方式進行PLC處理平臺的配置和顯示。本發(fā)明的裝置是一個排污水泵控制單元，其功能具有面板操作實現(xiàn)排污水泵起 動、停止、變速，面板設置水位高低、水位變化范圍等參數(shù)，接收遠方的起動、停止控制，接收 遠方水位參數(shù)設置。當接受水位設置后自動起停排污水泵、自動變速排污水泵，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；能接收遠方操作控制；能接收面板 或遠方的參數(shù)設定，使裝置處于自動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，免除生產車間二次被污染的可能。這個裝置是以PLC為核心，采用模糊控制算法，來 對排污水泵進行控制。
權利要求
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行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測元件相連接，采集液位信號，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制信號，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，設偏差e的基本論域為
，其模糊量E的模糊論域為
，則模糊量化因子ke＝0.2，設水位偏差的變化率ec的基本論域為[-10mma，10mm]，其模糊量的模糊論域為[-10mm，10mm]，則模糊量EC化因子kec＝1，設排污水泵速度u的基本論域為
，其模糊量的模糊論域為
，則比例因子ku＝0.1，EC的模糊集取7個并表示為NB即負大，NM即負中，NS即負小，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)輸出響應的動靜特性達到最佳，根據(jù)系統(tǒng)的工作特點，建立相應的模糊控制規(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)它們所對應的輸入模糊論中的相應元素，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際輸出量，由D/A模塊輸出對排污水泵進行變速控制。
2.根據(jù)權利要求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、本地操作面板、水位監(jiān)測元件、水泵控制元件四部分組成，所述的PLC處理 平臺包括在PLC框架上并行設置的CPU、以太網(wǎng)接口、DI模塊、DO模塊、AI模塊、AO模塊， 所述的CPU中設有模糊控制器，此DI模塊、DO模塊與本地操作面板相連接，進行本地通訊， AI模塊與水位監(jiān)測元件相連接，采集液位信號，AO模塊與水泵控制元件相連接，輸出控制 信號，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)選擇具有相應協(xié)議的以太網(wǎng)接口模板。
6.根據(jù)權利要求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模塊進行系統(tǒng)的配置和顯示，或者使用觸摸屏，以通訊方式進行 PLC處理平臺的配置和顯示。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵廠排污水泵控制技術領域，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、本地操作面板、水位監(jiān)測元件、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行本地通訊，AI模塊與水位監(jiān)測元件相連接，采集液位信號，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)對應的輸入模糊論中的相應元素，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際輸出量，由D/A模塊輸出對排污水泵進行變速控制。
文檔編號G05B19/05GK101876820SQ201010209019
公開日2010年11月3日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者張斌, 梁瓊, 邊文 申請人:中冶北方工程技術有限公司