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控制系统设计 本系统 Fuzzy-PI 复合控制器由特征识别器、模糊控制器、PI 控制器 等组成，系统工作时通常先由特征识别器对系统的工作状态进行识别，即当 系统的偏差较大时，系统切入模糊控制，反之则切入 PI 控制。二者的切换 由软件根据事先给定的偏差范围自动实现，双模控制比单纯 PI 控制有更快 的动态响应特性，更小的超调量，也比单独模糊控制具有更高的稳态精度， 结构如图 8.14 所示。 图 8.14 Fuzzy-PI 结构图 本系统被控对象为反应釜温度，当反应釜温度的误差（实际值与测量值 之差）在 -5℃～+5℃ 之间时采用 PI 控制，当反应釜温度的误差在此范围 之外时采用模糊控制。以下仅对模糊控制的组成及实现进行简要介绍。 1. 模糊控制器的组成 针对反应釜中温度参数的调节装置设计一个双输入、单输出的模糊控制 器。如图 8.15 所示。输入变量分别是温度偏差 E 和温度偏差变化 EC，输 出变量为供热气动阀的阀门开度。模糊控制器由量的模糊化、模糊控制 算法的设计、输出信息的模糊判决三部分组成。

图1 方向判定流程图
图2是编码器过零读数图。当编码器由正向过零时，在过零前的读数值为8X，过零后的读数值为0X;当编码器反向过零时，在过零前的读数值为0X,过零后的读数值为9X，根据单转值型编码器读数的这一特征，通过检测过零前后的变化情况，即可决定累计圈数是加一还是减一。

图2 编码器过零前后读数示意图

3.3 简单友好的人机接口功能

TD200文本显示器是功能比较简单的人机接口设备，如何把它的功能充分开发出来，并进行合理应用，是开发过程中重点考虑的问题。机械设备控制点的设定是在TD200文本显示器上进行的，使用MicroWIN STEP 7 V3.2E编程软件中的TD200向导，为TD200编程，根据控制点数量，设定文本显示的条目数。在每一条目中，输入相应控制点的汉语显示文本以及要求确认的提示。在S7-200中编制相应程序，在TD200上实时显示设备位置，如果用户认为某一点可作为一个控制点，只需在TD200上按“ENTER”键，PLC把该点的位置读数存入内存，作为控制点位置比较值，当机械运动过程中，位置检测值等于存储的比较值时，对应的Q点输出一个控制信号，控制机械的启停或速度。所有控制点均按上述方法设定。本系统可以根据需要增加控制点，只需选配相应的输出模块即可，如不扩展，本系统可支持8个控制点，对于一般运动机械的位控已经够用。

3.4 设备位置数据连续跟踪
运动机械在整个行程上，减速机可能转动若干圈,编码器也随动同样的圈数，PLC必须能够对圈数进行累计，以在整个行程上跟踪运动位置。现在采用的单圈编码器加软件圈数累计的方法,兼顾了成本和精度，但存在一个问题，如果在系统掉电时圈数的累计值不能保持，则一旦重新上电，定位就会产生混乱，设备可能误动作，不但不能发挥值编码器掉电保持的优点，而且后果严重。问题的解决是基于S7-224一个重要功能:CPU224的内存掉电保持时间小为190小时，可以保证系统掉电后，圈数计数值不丢失，重新上电后，定位功能不受影响。

3.5 故障判定与保护

本系统可对系统本身和机械设备的故障类型进行判定，不同故障有相应的判定规则:
如PLC判断机械为正转，而从机械的电气控制回路反馈来的信号为反转，则判断为机械故障;如PLC的位置读数有变化，而从机械的电气控制回路反馈来的信号没有运转,则判断为机械故障;如PLC的位置读数没有变化，而从机械的电气控制回路反馈来的信号有运转信号，则判断为系统故障等。当故障出现时, 系统强制用户设定的个和后一个位置控制点对应的Q点输出高电平，强制设备停机。一般推荐这两个点为上下极限点。用户可以屏蔽这一保护功能。

4.1 彻底解决机械主令缺陷

与传统机械主令控制器比较，数字化数据处理，无触点输出，彻底解决了机械主令控制器噪音大、精度低、故障多的缺点，成为机械主令的替代产品。
4.2 系统具有可扩展性

机械主令控制器控制点数固定，无法扩展，智能位控系统点数可从8点扩展到256点。多可有7个I/O扩展模块。系列化产品可为设备量身定做，具有良好的通用性。

4.3 系统具有二次开发与应用的特性

系统软硬件均具有二次开发与应用接口，使用领域不仅局限于终用户，而且考虑到本系统用于与其他设备成套的特殊需求，预留了与其他机电设备的电气和机械接口。用户可以自主改变系统的应用机械。

结束语:该系统已在六项工程项目中使用，累计使用20套。系统性能稳定，工作可靠，近于免维护状态。系统使用范围广，具有良好的可移植性和可扩展性。系统定位精度高，在替代机械式主令控制器后，生产效率和设备开机率明显提高;系统人机对话功能简单灵活，维护效率提高。该系统故障率极少，所有信号处理及联锁控制均由PLC完成，系统结构紧凑，电气线路简捷、可靠，查故障和解决故障的时间明显减少，减少了不安全因素，提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，取得了显著的社会经济效益。