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1、基于 PLC的模糊控制设计12020 年 4 月 19 日文档仅供参考1 概述1.1 研究背景及意义随着时代的不断发展， PLC 在现代工业的地位上越来越重要。在工业应用中其具备许多优点，如：编程方便，现场可修改程序；维修方便，采用模块化结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制装置；数据可直接送入计算机 ;成本可与继电器控制装置竞争；可直接用 115V 交流输入；输出为 115v， 2A 以上，能直接驱动 ;电磁阀、 接触器等；通用性强，要能扩展；用户程序存储器容量可扩展到 4KB1 。PLC，即可编程序控制器，可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件
2、结构基本上与微型计算机相同。其结构包括：电源,中央处理单元 (CPU) ,存储器 ,输入输出接口电路 ,功能模块 ,通信模块。最早出现于上世纪60 年代，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运作的电子装置2 。它采用能够编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑、顺序运算，计时、计数和算术运算等操作指令，并能经过数字式或模拟式输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。具备着这些独特优点，PLC在工业中广泛适用。例如对水箱液位控制。水箱液位是流程工业中极为常见的参数，水箱液位控制技术是工业生产领域中常见的技术。在工业生产过程中，液位变量是最常见、最广泛的过程参数之一。在石油工业、化工生产、电力
3、工22020 年 4 月 19 日文档仅供参考程、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类流体的液位高度进行监测和控制。液位是过程控制中重要的控制形式之一，它对生产的影响不容忽视。为了保证安全生产以及产品的质量和数量，对液位进行及时有效的控制是非常必要的。各种控制方式在液位控制系统中也层出不穷，如较常见的浮子式、磁电式和接近开关式。液位控制系统的检测及计算机控制已成为工业生产自动化的一个重要方面。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制器要求较高 3 。水箱液位控制是是液位控制中的一个主要问题，它在工业过程中普遍存在，具有代表性，而且非常典型、实用。当前工业自
4、动化水平已成为衡量各行业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。当前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过
5、程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制32020 年 4 月 19 日文档仅供参考造系统 (CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化4 。1.2 国内外发展与现状1.2.1 PLC的发展与现状PLC 诞生于美国1969 年，其后，日、德、法相继研制出。20世纪70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置5 。此时的可编
6、程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20 世纪70 年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃6 。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪80 年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、
7、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系42020 年4 月19 日文档仅供参考统。 20 世纪末期至今，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。可编程控制器简称PLC(Programmable logic Controller) ，是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。1987 年国际电工委员会（International El
8、ectrical Committee ）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“ PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作指令，并能经过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程”。 PLC 及有关的外围设备的设计都应易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能。1.2.2 PLC的特点PLC具有面向工业控制的鲜明特点。（一）可靠性高，抗干扰能力强可靠性高是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC 机外电路来说，使用PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。另52020 年 4 月 19 日