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[摘 要]：基于智能模糊控制技术，利用ASIC芯片SPC4、SIMl和双单片机AT89S52与AT90S8515，设计了PA总线接口和回转窑温度测控系统。本文介绍了PROFIBUS-PA现场总线的控制系统设计方法，给出了其硬件及软件实现。
关键词：过程自动化 现场总线 模糊控 回转窖
1 引言
现场总线控制系统FCS将传统系统的集中控制转换为现场分散控制，实现功能集中、危险分散，形成开放性的测控网络。PROFIBUS现场总线由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS 3个兼容部分组成。PROFIBUS-PA专为过程自动化而设计，标准的本质安全的传输技术，实现了IECll58-2中规定的通信规程，用于对安全性要求较高的场合即总线供电的站点。本文应用PROFIBUS-PA现场总线技术设计了水泥回转窑温度智能测控系统。
2 干法回转窑智能模糊控制系统设计
2.1 干法回转窑工况分析
新型干法水泥生产过程中，预分解回转窑具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，根据生产工况分析，回转窑烧成带温度和窑尾废气温度是影响水泥熟料质量的关键因素。因而这两个温度的稳定，能保持回转窑具有较好的烧成质量和节能效果，同时对回转窑热工稳定和稳定运行都很重要。因此将烧成带温度和窑尾废气温度作为受控变量，而将影响烧成带温度和窑尾废气温度的回转窑速度、喂煤量作为控制变量，通过调整回转窑的拖动电机转速、给煤电机转速和喂料电机转速来调整给煤量和喂料量。由于回转窑难以建立精确的数学模型，采用传统的PID控制策略难以获得满意的控制品质。本文采用模糊控制器实现对烧成带温度和窑尾废气温度的控制。
2.2 回转窑模糊控制器设计
设烧成带温度和尾气温度分别用BT与GT表示，并把BT和GT作为被控制量，用KS、CS和MS分别表示窑主电机转速、喂料电机转速和喂煤电机转速并作为控制量。其中生料下料量与窑速、排风量与喂煤量在锻烧过程中均保持一定比例关系。
（1）被控制量与控制量模糊化
（2）建立糊糊规则库
根据回转窑的工况要求和实际生产经验，建立被控制量烧成带温度BT、窑尾温度GT与控制量回转窑主电机转
烧成带湿度BT、窑尾温度GT与控制量喂料电机转速CS、喂煤电机转速MS的模糊控制规则表可用同样方法建立。
采用组合推理，可求得模糊控制量矩阵：
通过模糊关系矩阵计算输出模糊控制量矩阵：
将上述过程编成程序，通过计算机求解得控制器的输出C*的隶属度。同样可求得D*和E*的求隶度。
（3）解模糊
解模糊就是求出每一个模糊量输出的精确值，即是对模糊控制信号的隶属函数图形进行解模糊处理。在此采用质量中心法（COG），结合加权平均，计算模糊输出量C*的精确值，其求解方法为：
可分别计算得到对输入论域中不同离散值的精确输出控制量。
3基于PROFIBUS—PA回转窑温度控制实现
3.1 基于PROFIBUS-PA硬件设计
（1）PROFIBUS-PA总线通信接口电路
通信接口电路采用西门子专用芯片SPC4和SIM1芯片。$PC4集成了PROFIBUS-DP和PA的全部协议，可处理报文、地址码及备份数据序列，可完全按照协议，完成PROFIBUS-PA网络上的数据通信；SIMl（Si-emens IEC H1介质连接单元）芯片与IEC H1即PRO-FIBUS-PA信号兼容，作为SPC4的扩展芯片使用。
（2）回转窑温度控制与PROFIBUS-PA总线通信接口电路
采用双单片机完成回转窑温度检测与PROFIBUS-PA总线信息交换，PROFIBUS-PA总线接口电路单片机AT89S52和回转窑温度检测与控制电路单片机AT90S8515通过读取双口RAMIDT7132完成数据交换。
3.2 系统软件设计
由于ASIC芯片SPC4内部集成了完整的PROFIBUS—PA协议，因此AT89S52的主要任务是根据SPC4产生中断对SPC4接收到的主站发出的数据转达存，组织要通过SPC4发给主站的数据，经过SIM1调制后，由耦合器发给主站，并根据要求组织外部诊断。PROFIBRS－PA接口程序包括SPC4初始化程序和具体的IO应用程序。
4 结束语
随着生产过程自动化水平不断提高，自行开发基于总线的接口设备和各种智能设备将不断出现，本文基于模糊控制技术，采用PROFIBUS-PA现场总线、AT89S52和AT90S8515双单片机设计了PA总线通信接口与回转窑温度测控系统。该系统通信可靠、便捷，与传统PID控制系统相比，控制平稳，具有较强的鲁棒性。 |
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