PDF《基于欧姆龙PLC的模糊神经网络控制灌溉系统》

1 欧姆龙征文集2007 OMRON 基于欧姆龙PLC的模糊神经网络控制灌溉系统 Fuzzy-PI Control System for Speeding of Paper Cutting Machine Based on PLC4 重庆科技学院 宋乐鹏 Song Lepeng 摘要: 针对室温育苗生产中湿度、温度大滞后和时变的特点.

提出了一种基于欧姆龙PLC的复合带自修正因子模糊控制算法,其中 模糊控制算法中的修正因子通过神经网络离线训练,得到参数最优值,再由欧姆龙PLC实现自修正模糊控制器及其算法来进 行灌溉实时控制.这样既保留了欧姆龙PLC控制灵活、可靠、抗干扰能力强等特点,又大大提高了欧姆龙PLC的智能化程度. 实践结果表明:该系统能有效抑制纯滞后的影响,且系统稳定性好、鲁棒性强. 关键词:复合模糊控制;

神经网络;

变频器;

欧姆龙PLC Abstract: The humidity and temperature has the character of large time delay and time-varying for young plant growing in greenhouse. The factor self-modify fuzzy control arithmetic is put forward based on Omron PLC. The factor fuzzy control is realized by neutral network training. That gain parameters optimal values. The factor self-modify fuzzy controller and the control arithmetic are realized by Omron PLC and autocontrol irrigation can be realized. Omron PLC not only holds the flexible, reliable and anti-jamming character, but also largely improves the intelligentized degree of the control system. The practical results show that this system can restrain the effect of time relaying effectively and has good stability and strong robustness. Key words: Multiple-fuzzy control;

neutral network;

Transducer;

Omron PLC 1.引言在温室育苗生产中,粗放的灌溉方式与落后的灌水技术已 不适应现代农业的要求 发展节水灌溉势在必行.灌溉自动化可 大大减轻灌水的劳动强度,提高劳动生产率,减少灌溉水量损 失,是灌溉管理现代化的标志,是灌溉农业发展的方向和趋势 [1].目前的一些灌溉系统大多还是人为决定灌溉时间与灌溉量 的被动供水式灌溉[2],其灌溉时间和灌溉水量对育苗并不一定 合理,因此根据作物缺水信息实施精量控制灌溉是提高水的利 用率和水的生产效率的重要途径之一[3-5].目前,灌溉控制硬 件系统采用单片机、工控机等,单片机控制系统成本低,但是 运行过程中干扰大;

工控机和计算机作为下位机控制系统价格 较高,而且其应有的功能未能得到充分体现.而且这些控制系 统大多数未对作物缺水信息进行检测,造成灌溉不合理,降低 了灌溉的效益.本文结合温室育苗特点,对灌溉系统的控制进 行研究,提出以欧姆龙可编程控制器PLC作为控制核心,采用 神经网络技术离线训练,寻找出修正模糊控制因子α,实现对温室 内的幼苗灌溉进行控制,从而降低系统成本,大大提高节水灌 溉的智能控制效果和生产效益. 2.节水灌溉系统的构成 本文所研究的灌溉控制系统是以欧姆龙PLC作为控制核心, PC机作为上位机对其进行定期的数据收集和存储以及进行一定 程度的监控和数据设定.系统硬件结构[6,7]框图如图1所示. 在图2中,传感器采用SC0058型土壤湿度传感器用于测量土 壤湿度,A/D转换模块是OMRON公司生产的MAD02,在灌溉 控制中,需要对17个点进行控制,再加上温湿度控制(本文不进 行研究),因此PLC选用0MR0N公司的CPM2A.电磁阀是整个 控制电路的执行元件,该元件选用的是24V交流驱动形式,功 率为2W.PC机作为控制系统的上位机,利用VB编程,实现与 欧姆龙PLC之间的通信,完成数据交换,即通过PC机输入控制 参数,实现对PLC所测试的数据进行定时上传,保存在PC机中, 为以后的分析处理提供数据. 3.模糊控制原理 在灌溉控制系统中,把田间持水量作为灌溉临界点.根据 人工灌溉定额的经验,以过度供水、充分供水、适度缺水、水 分亏缺、严重水分亏缺作为供水的判断机制.过度的水分亏缺 对植物生长有严重的抑制作用,而适度水分亏缺可增强植株和 树体渗透调节机能,限制体内养分和能量的过度消耗,增强生 长潜势,并提高水分利用效率[8].在本控制系统中,输入变量 是水分差e,(即土壤中的水分含量与田间持水量之差)和含水率 变化率Δe ,即含水量差的变化趋势,输出变量为供水时间t. 模糊控制的基本原理如图2所示 模糊化处理U=