S7-300 PLC在包装机同步控制系统中的模糊PID控制

    由于该包装机生产线比较复杂，切刀、凸轮等不规则器件比较多。所以每次停车这些器件所处的位置都不一样。从而导致再次开车时的负载不尽相同。例如停机停在切刀的刀口处时，开机时的负载就比平时大，反之则小。而通常的PID控制算法针对恒负载对象，其参数一旦整定好就固定不变。对于这条生产线，若采用传统PID控制器就难以满足工艺要求，而且整定出的参数只能是针对包装机某次停车时的负载最优，并不能使得全局最优。为此，通过反复摸索和试验，采用模糊控制技术与PID控制相结合的控制思想（即所谓的模糊PID控制算法），用于对电动机转速的准确控制，收到比较满意的控制效果。

模糊PID控制器是一种在常规PID控制器的基础上，应用模糊集合理论建立参数并通过查表的方法，以实现对于不同的误差和误差变化率在线调整比例、积分和微分系数，使其根据对象的变化而变化以满足工业控制的要求。由于模糊PID可以根据实际被控对象的变化，通过其规则库不断地自动整定PID参数，因此可以解决本套设备负载变化较大的问题。为此选用增量式旋转编码器与变频器形成闭环控制，PLC通过PROFIBUS-DP总线从变频器速度通信口上读取实际转速，并与给定转速比较产生误差|e|，误差变化率|ec|，模糊推理机通过误差和误差变化率得出新的比例、积分和微分系数，再经过PROFIBUS-DP修改变频器的PID参数以实现模糊PID控制。

    对于模糊控制规则的制定，需要以实际的工程经验为依据，对于不同的|e|和|ec|，被控对象对参数Kp、Ki和Kd有不同的要求。

根据实际的工程经验得出的、不同负载下最优的PID参数为依据，建立数据块(DBl)，PLC通过查表的方式，根据模糊化后的不同的误差和误差变化率：按照规则If |e| is A and|ec| is B，then Kpis c，Kiis D，Kd isE（其中A和B为实际转速与给定转速的比较值，C、D、E为新的PID参数）。从DB1中找出新负载下的PID参数。通过西门子专用功能块SFC 15 DPWR-DAT（写参数功能块），将整定后的PID参数写入到变频器中，达到优化控制，满足工业要求。其流程如图7-21所示。

 

图7-21  模糊算法流程图

    在该系统中，由于控制精度要求较高。因此电动机速度必须从通信口给定，这样控制精度可以达到两万分之一，选用PROFIBUS-DP作为通信媒介。

    以糊口操作台为主站，印刷操作台、5台变频器为从站，分别设置不同的站地址，使得PLC和变频器、操作台之间建立主、从关系。由于CPU313C-2DP有自带的DP通信口，因此触摸面板可以通过PROFIBUS-DP与PLC进行通信，即从触摸面板输入工艺参数，由TP270B经过MPI口传递给PLC，PLC经过数据运算处理，通过PROFIBUS-DP将数据发送给各个变频器来控制各电动机转速。PLC再从变频器、温度变送器等采集有关数据，通过计算传给TP270B进行显示。