Fuzzylogic control with s7 300

Điều Khiển Mờ Với S7-300

Tập thực : theo lý thuyết về tập hợp cổ điển thì mỗi thành viên trong
tập hợp được định nghĩa là “thành viên” hoặc “không thành viên”
của tập. Quan hệ trong tập vì thế chỉ có hai giá trị là (có/không, 1/0,
đúng/sai). Tập những hàm quan hệ là những giá trị nhị phân như vậy
được gọi là tập thực (không mờ)
Tập mờ : là tập hợp đã mở rộng hàm quan hệ cho phép định nghĩa
các giá trị và biểu diễn tốt hơn suy nghĩ của con người. Con người
sử dụng những khái niệm mà trong đó những cấp bậc ý nghĩa khác
nhau đôi khi là trái ngược nhau
Một tập mờ A trong vũ trụ X được định nghĩa bởi hàm thành viên
của nó là ánh xạ từ vũ trụ X vào một khoảng đơn vị
Phần 1: Giới thiệu về điều khiển mờ

1.1 Ứng dụng của logic mờ trong điều khiển
-
Việc xử lí thông tin dựa trên logic mờ thích ứng và cần thiết khi
việc xử lí được định nghĩa bằng lời nói theo luật toán học “Nếu-Thì”
-Không chỉ ứng dụng trong các quá trình điều khiển vòng kín hoặc
hở mà logic mờ còn dùng cho các quá trình xử lí thông tin trong đo
lường và thu tập dữ liệu và hoạt động quản lí và kế hoạch
-Logic mờ cho phép việc chuyển “kinh nghiệm” của một chuyên gia
vào một máy tính và có được một khái niệm “tự động” đúng nghĩa-
sự tối ưu và giải quyết vấn đề nhanh chóng

Ưu điểm :
-Không cần phải sử dụng các mô hình toán học của quán trình xử
lí do đó tránh khỏi khó khăn trong mô tả toán học
-Sự thực hiện đơn giản của việc mô tả luật ngôn ngữ (nếu, thì)

trên một máy tính để giải quyết vấn đề
-Sự diễn biến là dễ hiểu đối với con người
-Có khả năng ứng dụng cho các quá trình phức tạp và rắc rối
Nhược điểm :
-Không cần mô hình toán học nên đó là một sự không chắc chắn
-Thường không có khả năng ứng xử và học hỏi khi các ứng xử của
hệ thống thay đổi
-Việc thiết kế đòi hỏi phải có kinh nghiệm và trình độ cao
1.2 Ưu, nhược điểm của điều khiển mờ

1.3.1 Giới thiệu về hàm thành viên của tập mờ :
Nhìn chung, hàm thành viên có thể được định nghĩa bởi tất cả các hàm khác
nhau như (phân bố bình thường, hàm chữ S, hình thang)
Đối với mục đích ứng dụng thì người ta lấy hàm thành viên dạng hình thang
và hình tam giác làm chuẩn. Chúng có thể mô tả với 3 hoặc 4 điểm và như
thế có thể sẽ tạo ra nhiều phép tính trên không gian
1.3 Các bước thực hiện của một hệ thống điều
khiển mờ

1.3.2 Các bước thực hiện của một hệ điều khiển mờ :
Để một hệ điều khiển mờ có thể hoạt động thì điều cần thiết là nó
phải làm việc với các giá trị không mờ ở các đầu vào và đầu ra của
hệ thống.
Cần phải có một sự chuyển đổi tương thích ở đầu vào và đầu ra của
hệ mờ bởi vì dữ liệu điều khiển và đối tượng điều khiển đều ở dạng
thế giới thực.
Những sự chuyển đổi này là việc mờ hóa và thuật giải mờ
Sơ đồ bên dưới biểu hiện các giai đoạn thực hiện trong một hệ mờ

Phần 2 : Xây dựng một chương trình điều khiển

mờ với phần mềm cấu hình
2.1. Giới thiệu về phần mềm hỗ trợ cho điều khiển mờ với S7 :
Phần mềm cấu hình được sử dụng hỗ trợ cho điều khiển mờ là khối
FCPA (Fuzzy Control Parameter Assignment)
Ngoài ra cũng có thể sử dụng công cụ cấu hình được hỗ trợ bởi hãng
Siemens với các đặc tính tương tự
Sau khi tích hợp module FCPA hoặc phần mềm cấu hình thì trong
thư viện của S7 sẽ có thư viện mờ được tích hợp vào và có các khối
hỗ trợ cho điều khiển mờ như FB30, FC30, FC31


Giao diện của phần mềm cấu hình

2.2. Thiết lập hệ thống với phần mềm cấu hình :
2.2.1. Định nghĩa các biến đầu vào và đầu ra :
Đầu vào của hệ mờ được sử dụng cho phần mềm cấu hình là các biến
ngôn ngữ do người dùng định nghĩa
Phần mềm cho phép định nghĩa lớn nhất là 8 ngõ vào và 4 ngõ ra khi
thực hiện định nghĩa các biến đầu vào/ra cho hệ thống thì phải dựa
vào các thông số và các biến dữ liệu được cho bởi hệ thống cần điều
khiển
Cần xác định rõ và chính xác ngõ vào tín hiệu điều khiển và ngõ ra
điều khiển


2.2.2. Định nghĩa các hàm thành viên :
Bước tiếp theo đó là định nghĩa các hàm thành viên cho các
đầu vào và đầu ra của hệ thống
Với phần mềm cấu hình thì số hàm thành viên cho mỗi đầu
vào cao nhất là 7 và cho mỗi đầu ra là 9 hàm thành viên

Hàm thành viên chuẩn cho dạng đầu vào là dạng hình tam
giác. Với định dạng hình thang chuẩn bạn có thể tùy chỉnh để
tạo ra dạng hàm thành viên phù hợp với yêu cầu bài toán
Hàm thành viên cho đầu ra thì chỉ cung cấp cho dạng hàm
Singleton.



2.2.3. Xây dựng ma trận luật cho các biến :
Luật nền của hệ thống điều khiển mờ được hỗ trợ bởi phần mềm
cấu hình dựa trên luật cơ sở là “Nếu thì” và phần mềm hỗ trợ
một công cụ để xây dựng các luật hợp thành cho các biến ngôn
ngữ đó là “ma trận luật” hay “Rule Table” để dễ dàng cho việc
xây dựng các luật hợp thành cho hệ thống

Phần 3: Giao tiếp với họ S7-300
Cho các seri của SIMATIC S7 thì có các khối hàm cho phép
FuzzyControl++ tồn tại nh sau :ư
FB30 : khối hàm của S7 dành cho S7-300/400 (1206 bytes)
FB31 : khối hàm của S7 dành cho S7-400 (1206 bytes)
DB30: khối dữ liệu cho FB 30 (4132 bytes)
DB31:khối dữ liệu cho FB 31 (20156 bytes)

Mô hình giao tiếp giữa S7-300 với phần mềm
cấu hình

Sử dụng dụng khối FB trong chương trình
•
Khối FB dùng trong ứng dụng điều khiển mờ có cấu trúc như sau:

Cấu trúc và kiểu dữ liệu của các tham số đầu
vào và ra của khối FB
•
Các tham số đầu vào:

Cấu trúc và kiểu dữ liệu của các tham số đầu
vào và ra của khối FB
•
Các tham số đầu ra:

Cấu trúc và kiểu dữ liệu của các tham số đầu
vào và ra của khối FB
•
Các tham số bổ sung đầu vào:

Gọi khối chức năng FB trong chương trình của
S7-300
•
Để có thể sử dụng thì khối FB phải được gọi trong chương trình điều khiển. Có
thể gọi FB trong khối OB1, hay trong một chương trình điều khiển theo thời gian
như OB35(100ms gọi 1 lần). Và việc tương tự cũng phải được làm cho khối DB,
nó được điều khiển thông qua biến START_STOP trong khối FB. Việc gọi này
được hỗ trợ bởi chức năng Editor trong S7 Manager.

G i kh i ch c n ng FB trong ch ng trình ọ ố ứ ă ươ
c a S7-300ủ
•
Lệnh gọi trong STL như sau:
CALL FB31, DB31
INPUT1:=

INPUT2:=
INPUT3:=
INPUT4:=
INPUT5:=
INPUT6:=
INPUT7:=
INPUT8:=
OUTPUT1:=
OUTPUT2:=
OUTPUT3:=
OUTPUT4:=
INFO:=MB50

Gọi khối chức năng FB trong chương trình của
S7-300
•
Trong suốt quá trình gọi khối FB, ta cũng đồng thời chỉ ra khối DB mà chứa các
thông tin đã thiết lập, bao gồm các ngõ vào và ra. Ví dụ:
STL :
CALL FB30, DB30
( INFO := MB30);
Trong đó lệnh INFO cung cấp các thông tin về trạng thái ứng dụng mờ, như: Lỗi,
không lỗi, cảnh báo.

Thiết đặt bên ngoài của I/O
•
Việc truy cập từ bên ngoài vào khối dữ liệu chỉ được thực hiện sau khi một
khối dữ liệu được tạo ra như một đối tượng và có tên được gán cụ thể
Ví dụ :