摘 要: 目前燃煤火電廠外排灰水普遍存在pH值超標的問題。針對控制過程的非線性、時變性、大滯后、多變量緊密耦合的特點，采用模糊控制方案。介紹了基于LabVIEW的模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic for G Toolkit）的使用方法，并利用它設計出模糊控制器。結合LabVIEW開發(fā)平臺，設計出灰水pH模糊控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對灰水pH的有效控制。 關鍵詞：模糊控制;LabVIEW;模糊邏輯工具箱;灰水pH 1.引言 　　目前，我國火力發(fā)電廠除灰方式主要采用水力除灰。煤灰中含有的活性氧化鈣等堿性物質與沖灰水接觸后，會溶于水中造成灰水pH值升高超標，治理的方法普遍采用加酸中和。由于中和過程的嚴重非線性、時間延遲及非參數(shù)模型使得采用常規(guī)的控制技術如PID對pH值進行精密控制難以取得理想效果，而對于這種非線性、強耦合、時滯大、難以建立精確數(shù)學模型的系統(tǒng)，采用模糊控制的方式可以取得較好的效果[1]。 　　虛擬儀器是基于個人計算機的新一代虛擬測控儀器，它利用計算機顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種表達形式輸出檢測結果，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析、處理，由I/O接口設備完成信號的采集、測量與調理。LabVIEW是一個基于圖形化編程的高效的專為科學家和工程師設計的虛擬儀器開發(fā)工具。這里以LabVIEW為開發(fā)平臺，利用模糊邏輯工具箱快速、方便地設計出電廠灰水pH模糊控制系統(tǒng)。 2.工藝流程及控制原理 　　系統(tǒng)采用工控機控制方式，將采集到的灰水pH2信號和流量信號送入工控機，工控機再根據(jù)所設定的pH值控制范圍計算出所需加酸量，并將其轉換為4～20mA的調節(jié)信號送給信號轉換器，以控制電磁計量泵的轉速，實現(xiàn)加酸量的調整，從而達到灰場排水pH2值合格的目的。工藝流程及控制原理見圖1。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)工藝流程及控制原理[/align] 3.軟件設計 　　工控機上運行虛擬儀器系統(tǒng)進行模糊控制，并顯示監(jiān)測灰水的瞬時流量和pH瞬時值。模糊控制器是整套系統(tǒng)的核心，下面重點介紹基于LabVIEW平臺的模糊控制器的設計過程。 　　3.1軟件開發(fā)平臺LabVIEW及其模糊邏輯工具箱 　　LabVIEW是美國國家儀器公司（NI）開發(fā)的專為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)表達設計的圖形化編程環(huán)境，面向測試工程師而非專業(yè)程序員，編程非常方便，人機交互界面直觀友好，具有強大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點。 　　LabVIEW的模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic for G Toolkit）用于設計基于規(guī)則的模糊控制器[2]，主要應用領域為工業(yè)過程控制及專家系統(tǒng)。它由4個子VI組成： 　?、倌：壿嬁刂破髟O計VI（Fuzzy Logic Controller Design VI） 　　它是一個在LabVIEW環(huán)境下獨立運行的VI，由模糊隸屬函數(shù)編輯器、模糊規(guī)則庫編輯器和輸入輸出性能測試三部分組成。它提供了友好的人機交互界面，用戶可以直觀方便地設計各種滿足不同要求的模糊邏輯控制器。通過該VI設計好的模糊控制器，保存于后綴名為fc格式的數(shù)據(jù)文件中，用以被控制系統(tǒng)調用。 　?、诩虞d模糊控制器VI（Load Fuzzy Controller） 　　該VI作為一個圖形功能模塊應用于框圖程序中，并同模糊控制器VI連接。在程序開始運行時，它將存于后綴名為fc的數(shù)據(jù)文件中的控制參數(shù)加載到模糊控制器VI中。 　?、勰：刂破鱒I（Fuzzy Controller） 　　該VI是模糊控制器在LabVIEW中的實現(xiàn)者。它應用于LabVIEW的框圖程序中，讀取模糊控制器參數(shù)后，輸出相應的結果。每個控制器輸入量最多為四個，輸出量為一個。 　?、軠y試模糊控制器VI（Test Fuzzy Control） 　　主要用來測試模糊控制器的基本性能。 　　3.2 模糊控制器的設計 　　一個典型的模糊控制器的實現(xiàn)需要解決以下問題：（1）模糊化，即隸屬度函數(shù)的設定，包括隸屬度函數(shù)的個數(shù)、形狀、位置分布、相互重疊程度等;（2）控制規(guī)則的確定;（3）模糊算法;（4）反模糊化[3]。 　　模糊控制器采用“二輸入一輸出”模式設計，輸入變量為灰水pH2值檢測值與合格灰水pH給定值的偏差e和偏差的變化率ec，輸出變量為變頻器頻率的調整值u，對應的模糊語言分別為E、EC和U。輸入輸出變量的變化范圍通過特定的映射規(guī)則映射到[-3，3]區(qū)間上，分屬于模糊集合｛負大，負中，負小，零，正小，正中，正大｝，7個模糊子集分別記為NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB。隸屬度函數(shù)采用常用的三角形函數(shù)，用模糊邏輯工具箱中的模糊隸屬函數(shù)編輯器可以很方便的設置各個語言變量及其隸屬函數(shù)。 　　總結工程人員的技術常識和實際操作經驗，并結合實驗情況，整理出語言控制規(guī)則表，如表1所示。運用模糊規(guī)則庫編輯器輸入模糊控制規(guī)則，對于每一條規(guī)則的加權值都設置為缺省值1。整個模糊推理過程采用的是常用的Max-Min法，去模糊化的方法是重心法。 　　表1 模糊語言控制規(guī)則表 　　3.3 模糊控制器的測試及仿真 　　LabVIEW是一個虛擬儀器的圖形化開發(fā)平臺，它提供了大量的輸入輸出儀器面板，以及各種函數(shù)和信號發(fā)生器，可以很方便地輸入輸出各種數(shù)據(jù)和產生不同的模擬信號，而且它還有附加的各類軟件包，如磁盤管理、自動測試、控制與仿真、信號處理、圖形獲得與處理、數(shù)值分析工具等，可對真實系統(tǒng)進行仿真。也可利用模糊邏輯控制器設計VI的輸入輸出性能測試功能和測試模糊控制器VI，直觀地觀察不同偏差和偏差變化率所得到的輸出是否達到所需要求，驗證控制規(guī)則是否正確可靠，進而對模糊控制器進行修改和完善。測試完畢后將數(shù)據(jù)保存后綴名為fc格式的數(shù)據(jù)文件中。 　　3.4 系統(tǒng)的實現(xiàn) 　　將設計好的模糊控制器通過加載模糊控制器VI和模糊控制器VI應用于LabVIEW的框圖程序中，并根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能設計相應的儀表控制前面板和后臺框圖程序，圖2所示為主要框圖程序。設計完成的系統(tǒng)具有友好的人機界面，通過曲線形象的顯示pH和流量的實時狀態(tài)，而且還具有查詢歷史數(shù)據(jù)，進行大量的數(shù)據(jù)存儲，聲光報警提醒，打印報表等功能，還可以利用LabVIEW將控制界面發(fā)布到網絡上，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。 [align=center] 圖2 系統(tǒng)程序框圖[/align] 4.結論 　　基于LabVIEW的灰水模糊控制系統(tǒng)充分利用了LabVIEW的開放性和圖形化編程方式，發(fā)揮出了模糊控制魯棒性強、動態(tài)響應好的特點，在實際應用中取得了較好的控制效果。LabVIEW是一種功能極為強大的虛擬儀器開發(fā)工具，以它為平臺，可以方便、靈活的開發(fā)出功能強大、性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)。利用LabVIEW模糊邏輯工具箱設計的模糊控制器無須建立被控對象數(shù)學模型，對被控對象的時滯性、非線性和時變性具有一定的適應能力, 而且，設計過程非常方便快捷，能快速地應用到基于LabVIEW開發(fā)的各種工業(yè)過程控制及自動化軟件中，為高效率開發(fā)模糊控制系統(tǒng)提供了新的途徑。 參考文獻 　　[1]肖丙雁.模糊控制機理在處理寶鋼電廠沖灰水上的應用[J].寶鋼技術，2002，2：44-46. 　　[2]Fuzzy Logic for G Toolkit Reference Manual[EB].National Instruments, 1997. 　　[3]張建民，王濤，王忠禮等.智能控制原理及應用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.