0引言
文中以铁合金冶炼生产过程为具体研究对象，通过氧氧精炼铁合金节能减排工艺研究，构建铁合金生产过程DCS节能控制系统，创建高碳素铁水直接生产中低碳铭（锭）铁的新工艺，开创氣氧精炼铁合金节能工艺产业化生产的先例，实现铢合金企业生产过程节能降耗的全局优化，提升吉林省工业节能科技创新的水平。
实际生产过程中，配料小车能够及时、准确地到达指定的料仓口，并且定位精度要求控制在+10mm以内，完成与料仓口的快速、准确对位,对于提高整个配料系统的工作效率是极其重要的。然而，我国多数铁合金生产企业配料系统配料小车仍是人工操作或半自动化操作，自动化水平低，故障率较高，定位精度不高，与国外先进水平的差距较大⑴。所以，有必要研究一种工作效率高、自动化水平高、故障率低、精确定位的配料小车智能定位控制系统。本系统则是采用以DSP与PLC相结合的智能控制策略，充分利用DSP的高速数据处理能力⑵和PLC控制的可靠性。DSP通过模糊控制算法完成了对小车的快速、精确、稳定的定位，大大提高了配料工作效率。
1系统组成及原理
小车智能定位控制系统主要由PLC（带高速计数模块）、DSP、变频器、异步电机及光电编码器等组成。其工作原理为当DSP收到由中央控制室传送来的装载信号（料仓口号）指令时,DSP将传送过来的料仓口号与配料小车现停料仓口号进行比较，即可得到一个带符号数值。该符号数值与两个料仓间距离系数相乘并取绝对值，即小车需要运行的距离⑶。该数值的符号用以判断小车将要运动的方向，从而决定输出给驱动电机正转或反转信号,DSP以此计算出小车走行该段距离编码器需发岀的脉冲数作为设定脉冲数。通过设定脉冲数和运行实时釆集的脉冲数之间差值来判断小车是否到达指定的仓口。DSP判断预配料仓口号与现停仓口号之间的距离之后，根据距离的大小来给出初始速度值,小车初始速度值与距离成正比。DSP将初始速度值传送给PLC控制器,PLC控制变频器使电动机在较高的速度下运行。旋转编码器获得电动机转速信息并送到PLC中，旋转编码器的脉冲计数即异步电动机的转子位置检测由PLC（带高速计数器）完成。由于PLC是一种顺序控制器,难以单独完成复杂的控制算法，因此检测结果传送给DSP,根据PLC传送过来的位置信号,DSP完成控制算法，得到输出控制量——速度给定值,DSP再将控制指令传送给PLC,并进行结果显示，使配料小车减速到相应速度下运行，当DSP发出配料小车停车定位指令并传送给PLC,控制电动机延时停车。同时，编码器检测停车定位误差，并将信息重新送回到PLC,且上传给DSP,测到的定位误差对延迟时间进行修正,PLC将速度给定值的模拟量送到变频器的模拟控制端进行控制，形成位置闭环控制。为了确保小车安全精确定位在轨道上，设置接近开关并形成反馈的信号，进行阶段行程触发和硬限位保护作用。障碍物主要包括人和除人以外的任何物品。与之相应的检测方法为用GAF型反射式光电开关检测轨前是否有物品；用0P型红外线开关检测轨道前是否有人。当两个开关中的任何一个检测到障碍物时，都将停止配料小车运行，待障碍物清除后，配料车继续向目标料仓口运行，最终实现在要求的精度范围内快速、准确、可靠地停车定位。系统原理框图如图1所示。

2硬件设计的实现
2.1PLC控制器
PLC控制器根据小车本身控制系统总体要求而选择确定，附带高速计数功能。本系统选用西门子S7-3OO（带高速计数器），中央控制单元选用CPU315-2DP作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统。
2.2DSP处理器
数字信息处理器TMS320F2812作为核心处理器.TMS320F2812具有32位定点的C28xTM内核和150-MIPS的高速处理能力，TMS320F2812是一块高集成度的控制芯片，可自如地完成大量复杂的控制算法。利用其丰富的片上外设可以方便地采集和处理各种传感器的信号，实时控制配料小车的运动，同时完成与上位机的通信。
2.3变频器
系统选用MM440⑸变频器，利用变频器外控开关量输入端5和9以及6和9之间的开关输入信号，可实现电动机的启动及正反转控制功能。利用变频器本身带有的可反映变频器工作状态的集电极开路输出电路，实现配料小车的制动功能。利用变频器内在的保护功能，实现电动机的失压、过压、过流、过载、过热等保护功能。
2.4编码器
系统选用内密控公司OVW2-10-2MHC型号旋转编码器，每转输出1000个脉冲。编码器⑹作为反馈元件安装在小车从动轮上，从动轮每转一圈时发出1000个脉冲，配料小车的轮直径为250mm,根据传动比例关系,可以计算出编码器每个脉冲代表小车所走的距离是0.8mm。
3软件设计的实现
软件设计主要是DSP程序设计和PLC程序设计。DSP程序设计包括主程序、运算子程序、与上位机通信子程序、与PLC通信子程序、输出子程序、实时报警子程序。PLC程序设计包括主程序、与DSP通信子程序、控制子程序。其中，DSP程序设计中运算子程序是软件设计的难点和重点，该部分主要用到的控制算法为模糊控制算法,下面给出了该系统模糊控制算法的设计。
3.1模糊控制器设计
异步电动机是一个高阶非线性、多变量的复杂对象，难以建立精确的数学模型，因此给控制带来较大困难。而模糊控制无需依赖被控对象的数学模型，只要求将专家的经验和知识进行归纳总结,形成控制规则，采用模糊控制理论进行推理、判断，从而得到符合实际的控制输出。设计模糊控制器的输入量为位置偏差E和位置偏差变化率E。，输出控制量为给定转速U,考虑该控制系统在各个不同阶段呈现不同的特点，应实施不同的'控制策略。而异步电动机定位控制性能的关键是定位精度的提高，因此，在位置误差较大的地方采用“粗调”，在位置误差很小时采用“细调”方案。
3.1.1粗调
考虑旋转编码器的计数范围为［-600000,+600000］个脉冲数（PLC采用上/下计数方式），因此，粗调时偏差E的取值范围为［—600000,+600000］个脉冲，E和的论域定为［—6,+6］,量化为13个等级。输出控制量U的取值'范围为］-1500,+1500Jr/min,论域为［—6,+6］,量化为13个等级。将上述3个连续变量离散化，描述E和Ec的模糊语言变量为7个:NB,NM,NS,O,PS,FM,PB；描述U的模糊语言变量为7个:NB,NM,NS,O,PS,PM,PB。

3.1.2细调
输入变量仍为E和在粗调的“零”域内进行细调，给定E的取值范围为［—50000,+50000］个脉冲。E和Ec的论域定为［—5,+5］,位置偏差E量化为11个等级，即一5〜+5,离散化后的模糊语言变量为7个:NB,NM,NS,O,PS,PM,PB。输出控制量U的取值范围为［—100,+100］r/min,论域定为［_4,+4］,&和U量化为9个等级，离散化后的模糊语言变量为7个:NB,NM,NS,O,PS,PM.PB。
为了调高控制的灵敏度,尽快消除误差，选取正态函数作为模糊变量的隶属函数。根据大量的操作经验可知，若使异步电动机的转轴在给定位置定位，则当转子位置距离给定位置较远（即位置偏差较大），希望电动机以较高转速旋转，给定转速应该大一些；当位置偏差较小时,希望电动机转速低一些，尽量不冲过给定位置，此时，给定转速应该小一些；当位置偏差到达误差限之内时，希望电动机停转,给定转速应该为零。将E,Ec，U进行总结，可分别得到粗调、细调时模糊控制规则曹一旳。其中细调模糊控制规则见表1。

根据表中规则进行模糊推理，求出每条模糊规则的R,,在计算出每一条模糊条件语句的模糊关系R后，由于存M语句之间的“或”关系，可计算岀整个控制系统模糊控制规则的总模糊关系,即：

还可根据推理和规则求出其输出语言变量论域上的模糊集合U,即：

最后按加权平均法(加权平均法应用最为普遍)对每个模糊子集U进行模糊判决运算，得到粗调和细调的模糊控制查询表。此表可以直接用于电动机的实时控制，减少了复杂的运算，保证了控制的实时性，可以实现电机在指定位置的停车定位。
3.2实验结果分析
通过实践运行结果可以得到配料小车运动的曲线，如图2所示。

从图中可以看出，配料小车的运行曲线分为升速、恒速、降速3个阶段。根据实际运行情况可以看出，配料小车当前所停留仓口号位置与目标仓口号距离较近时,小车恒速阶段f值较小，且升速、降速时间会相对较短。当该距离较远时，恒速阶段的值会很大,且升速、降速时间会相对较长。这说明配料小车能够根据预运行距离的长短自动选择升速、降速阶段的运行时间和恒速阶段的速度值,实现了配料小车的自动化和智能控制。
4结语
配料小车实验运行100h后结果表明，定位精度达到了土5mm,完全满足系统士10mm的要求，且配料小车的运行、定位速度完全满足系统要求运行最长3min的时间要求，而且小车启动和制动停止没有明显的抖动，较为平稳。
本研究提出了基于DSP芯片与PLC控制器相结合的配料小车精确定位控制系统，大大提高了系统的自动化程度，减少了大量的继电器和硬件接线，增强了配料控制系统的可靠性和高效性。采用DSP完成控制算法和PLC控制执行机构对配料小车的位置控制，具有定位精度高、动态响应好等特点，能够平稳、快速、精确定位。
从节能角度说，铁合金企业配料系统一般有几十个料仓,都是采用传送带加配料秤的配料形式,这样需要几十条传送带和几十个配料秤。而用到配料小车，且将配料秤安装在小车上则只需一条传送带和一个配料秤，大大降低了硬件投入和能源的消耗，达到了节能减排和高效率的目标。

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