基于PC-based的温度智能控制系统研究

　　1 引言

　　带夹套的加热炉在工业现场和高校的过程控制实验室广泛应用，但普遍存在着惯性大、非线性、参数时变、数学模型难以建立等特点，采用传统的PID控制难以满足现场的要求。本设计针对加热炉温度控制的特点与难点，构建了PC-based的温度控制系统新型结构，提出了模糊智能控制策略，对带夹套加热炉的温度实现了有效的控制。这种基于PC-based自动化控制系统新型结构，特别适合于温度、压力、流量等过程控制系统;适合于工业企业培训中心、高等院校实践教学的工程技术人才培养，具有一定的推广与应用价值。

　　2 基于PC-based温度系统组成

　　基于PC-based的现场总线温度控制系统结构如图1所示。上位机(或工业PC)装有INTELLUTION FIX32监控软件、BECKHOFF PC-based自动化工控软件，完成系统的控制程序设计，实施模糊控制算法;系统工况监视，参数设定，数据采集，趋势显示，打印报表等功能。控制器采用PC-based智能控制模块，由带Profibus通讯的总线耦合器，K1408开关量输入模块，K2424开关量输出模块，K3052模拟量输入模块，K4022模拟量输出模块，结尾模块等组成，完成系统的启动、停止、保护控制;并输出控制量控制晶闸管调功器的导通角，来控制加热器上电压的高低;接收加热炉温度变送器的现场检测信号，构成温度闭环控制系统。现场被控对象由带夹套加热炉(有内胆和外胆)、水系统、加热器、pt100温度检测等组成。

　　基于PC-based的现场总线温度控制系统的优点：(1)PC机(或工业PC)存储空间大、可视化好、运行速度快和丰富的软件资源，可采用VC++、VB、软PLC等多种语言进行程序设计，易于实现复杂的控制算法、远程诊断、上位监控与控制系统功能;(2)开放的现场总线Profibus通讯方式，传输速率快;(3)系统的实时性好，执行任务的时间短。

　　图1 加热炉温度系统结构图

　　3 模糊控制器的设计

　　3.1 设计思想

　　加热炉温度控制系统方框图如图2所示，由模糊控制器、晶闸管调功器、加热炉和温度变送器等组成。温度给定量RT与温度反馈量yT比较后得到误差信号e和误差变化率信号ec。经过将e和ec模糊化，建立模糊控制规则，模糊关系集与推理合成，模糊决策等过程，得到清晰化的模糊控制器输出的控制量UK，来控制晶闸管调功器的导通角，从而控制加热炉内胆加热器上的电压，实时控制温度被控量YT

　　图2 加热炉温度控制系统方框图

　　3.2 模糊控制算法

　　模糊控制器选用双输入单输出控制方式，以温度误差e和误差变化率ec作为输入变量，以Uk作为输出变量。模糊子集为E=EC=UK={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB｝=﹛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大﹜，其论域为e=ec=uK {-3，-2，-1，0，1，2，3｝，或写成e：[-Xe，Xe], 变化率ec:[ -Xec，Xec]， uK：[-Yu，Yu]。隶属度函数采用三角分布函数，如图3所示。