3万元级中画幅的魅力 富士GFX 50R上手体验

在今年的Photokina上，富士发布了全新的中画幅无反相机GFX 50R。用比全画幅更好的画质来满足拍摄者的使用需要，这是GFX系列相机推出的目的之一。新一代的GFX 50R回归到富士经典的旁轴风格。更便携的机身，更便宜的价格，在德国期间我们也短暂体验到了这台全新的中画幅无反。我们给大家带来这款新中画幅的上手体验，与新机的实拍样片。

回归旁轴风格 富士新中画幅无反

随着全画幅时代的到来，摄影师，摄影爱好者也开始更加期待数码中画幅的回归普及。显然，富士也对此充满了期望，而GFX 50R正是富士在中画幅下探之路上的又一个新探索。而单机身不到3万元的官官方售价，这台新的中画幅让人看到了中画幅普及的希望。

GFX 50R给人的第一感觉像是放大版的X-E3

中画幅带来了更好的画质，而富士GFX让中画幅更易用

GFX 50R在机身设计上最大的目的还是提升便携性并降低成本，整台相机更多是对机身的机械结构进行了简化。新相机从整体设计来看， 基本可以理解为一台放大版的X-E3。相机的操作模式和按键排布都和X-E3非常相近。而整体的机身体积和厚度相较于GFX 50S有了大幅度降低，进一步增强了中画幅的便携性。

GFX 50R采用了双拨轮的设计

相机虽然在GFX 50S的基础上对结构进行了简化，但相机的操控设计仍然保证实用操作效率的使用需要。相机采用了双波轮设计，配合镜头的光圈环，可以轻松地通过拨轮控制快门，光圈和感光度的数值，从而快速完成相机参数调整。

369万像素的EVF取景器和236万像素的显示屏保证了相机良好的取景拍摄体验

而对于使用体验而言，GFX 50R在取景部分没有做任何削减，369万像素的EVF电子取景器，236万像素的3.2英寸屏幕。都保证了良好的取景拍摄舒适度，并可以在回放时提供清晰的画面呈现力。

就操控而言，从我们的使用经验来看，和GFX 50S最大的区别在于GFX 50R去掉了大尺寸的握柄。手柄的的设计目的在于大幅度降低机身厚度，从结果来看也的确的到了这一效果（机身比GFX 50S薄了近30%），便携性的增强是GFX 50R的一大优势。

可以说GFX 50R是一款操控非常旁轴风格的中画幅无反相机，相机在GFX 50S的基础上进一步增强了便携性。相机在简化机身结构的同时仍然保证了相机的操控效率以及使用乐趣。这一切让富士GFX 50R在人机交互设计方面领先于大部分中画幅相机产品。更为友好，更为易容，让富士GFX 50R更容易为人接受。

富士GFX 50R最重要的核心，是这块有效像素约5140万像素的中画幅传感器（44*33mm）。这块传感器其实我们已经较为熟悉了，之前的GFX 50S就是搭载的这款传感器，新机延续了GFX 50S的高画质表现，而配合素质出色的G卡口镜头，相机的成像素质表现让人印象深刻。

富士GFX 50R机身画质良好，镜头的素质也相当不俗（红框内为100%放大截取区域）

在画面最边缘，富士GFX 50R的画质依旧出色

不仅如此，相机在低感下的宽容度表现的确是让人印象深刻。作为测试版工程样机，我们尝试对RAW文件进行了后期处理，而相机的暗部画面记录能力的确是相当不俗，在原本几乎全黑的暗部，依旧可以还原丰富的细节。

作为一台中画幅无反相机，富士GFX 50R另一大优势是其对焦系统，425点对焦区域拥有良好的画面覆盖。虽然对焦系统是纯反差对焦，但其速度表现满足非体育题材的拍摄基本是没有问题的。而从笔者的使用经验来看，相较于GFX 50S新机对焦速度仍有一定幅度的提升的。反差对焦系统值得肯定的一点是每次对焦都能保证对焦精度，而不会出现一些相位对焦常见的迷焦和拍摄脱焦问题。这对于追求对焦精度的中画幅用户而言可以说是非常重要的一个性能。

宽幅模式也是GFX 50R非常有意思的一种拍摄方式

富士的ACROS黑白胶片模拟效果相当实用

作为富士旗下的无反相机，GFX 50R同样拥有富士丰富的胶片色彩模拟效果。而除了多种彩色模式外，ACROS黑白模式的确是非常好用的一种黑白拍摄模式，直出照片的良好直观效果，也是GFX 50R作为一台中画幅相机的一大优势。传统中画幅相机往往是RAW格式强大，但JPEG只能当预览图来使用（往往JPEG画质和色彩都表现非常差）。而富士GFX 50R可以说是大幅度降低了中画幅相机的使用难度。

中画幅的一大优势是成像的景深与立体感

除了成像质量外，画面表现力上身为中画幅的GFX 50R也有着自己的独到之处。在使用中最大的感受就是作为中画幅富士GFX 50R能够明显感受到中画幅在成像景深和立体感方面的优势。无需太大的光圈，就能明显感受到中画幅的画面纵深感更具优势。在营造立体感上，GFX 50R的画幅优势体现出了它的价值。

GFX 50R在手持拍摄时仍然可以保证不错的稳定性，低速快门的手持难度不高

传统中画幅总给人以昂贵，难用，巨大且沉重的印象。而富士GFX系列的推出让我们看到中画幅也可以很易用，足够便携，价格负担得起。随着如今全画幅相机的普及，全幅相机的市场定位从旗舰顶级逐渐过度为主流中高端市场产品，中画幅逐渐在高端市场开始展现出越来越大的吸引力。

当价格相近时，你是想要一台速度达到极致的相机，还是一台画质达到极致的相机呢？如今随着中画幅相机的推出，高端相机消费的确多了一个新选择（就民用领域而言）。伴随着富士的努力，如今数码中画幅的价格也逐渐下降到一个为更多人能够接受的水平。相信高画质的中画幅相机，也能赢得更多高端玩家的认可。

智能控制与PLC结合应用

第-章前言

1.1论文研究的目的和意义

可编程序逻辑控制器(Prograble Logic controller，PLC)具有可靠性高、

抗干扰能力强、功能丰富等强大技术优势，已经成为目前自动化领域的主流控制

系统。然而，从目前的应用情况来看，PLC还大都只是承担最基本的控制功能，

如顺序控制、数据采集和PID反馈控制。各个PLC厂家也在其产品中设计了PID

模块。虽然PID算法控制有很高的稳定性，但对于-些复杂控制系统，PID控制

很难满足控制要求，这也使PLC的发展面临着-种挑战。随着越来越多的PLC产

品与IEC1131-3标准兼容，PLC控制系统越来越开放，将先进控制算法嵌入PLC

常规控制系统成为可能。本课题从工业控制实际应用角度出发，对PLC的控制功

能进行深入的研究和探讨，以提高和扩展PLC控制器的应用水平和应用范围。本

课题:PLC先进控制策略的研究与应用，其目的是通过研究使-些先进控制算法

在PLC及组态系统上得以实现，并开发相应的应用程序，经过验证后最终应用到

工业过程控制中去。

在PLC组态系统中实现先进控制算法，包括预测控制算法和模糊逻辑控制算

法，形成具有人工智能的控制模块及网络系统，能大大提高系统的控制水平，改

善控制质量。从经济角度来看，目前PLC生产商的-些产品具备先进控制模块，

如模糊模块。但它们的价格十分昂贵，且封闭性较强，不适合我国中小型企业的

工业改造。因此开发较为通用的先进算法实现技术，对于我国中小型企业的工业

改造具有很大的意义，既可降低生产成本，又可提高经济效益。

模糊控制与预测控制是智能控制中技术较为成熟的分支，因此，研制和开发

出适合工业环境的实时先进控制开发工具，实现模糊控制、预测控制嵌入PLC，

与常规控制集成运行，让先进控制从教授、专家手中走出来，实现先进控制的工

程化、实用化、转化为社会生产力，对缩短控制系统开发周期，加快先进控制技

术的广泛应用，提高我国的工业自动化水平有着重大的意义。

1.2论文研究的主要内容及工作简述

目前，PLC的应用十分广泛，涉及到过程控制的方方面面。但在控制策略上，它

依然沿用传统的PID控制。许多PLC开发商把PID算法做成模块，固化在PLC中。

但从长远角度看，对于-些复杂的控制系统，PID很难满足控制要求，这就需要把

先进的控制算法嵌入到PLC的设计中。本课题以此为主要研究内容。

工业过程的复杂性以及对于控制日益提高的要求，各种先进控制算法越来越

多地深入到控制领域，但由于PLC的编程目前还限于低级语言(如梯形图)，所以，

给在PLC上实现先进控制算法带来了困难。SIEMENS在PLC的编程系统STEP7

中提供了比较丰富的功能模块，因此，本课题首先是通过对控制算法的研究与改

进和对STEP7功能的开发，使先进控制策略在S7-300PLC上得以较好的实现。本

论文重点研究基于PLC的模糊控制器的实现，这-领域目前研究的比较多，因此

在总结前人研究方法的基础上，设计出-个基于PLC的通用的模糊控制器，并使

其固化在STEP7软件中。此外，对于PLC预测控制虽已有-些研究，但都仅限于

理论方面，尚未给出PLC上实现的实例。本课题也想在此方面有所创新，开发出

基于PLC的预测控制实现技术。

本论文第-章简要介绍了课题的来源背景、主要内容、目的意义以及国外相

关工作的研究状况等。

第二章介绍了SIMATIC S7-300PLC的主要特点，系统组成及控制系统的配置

与实现，同时介绍了STEP7软件的功能及结构，组态环境，以及-些基本算法的

实现方法。

第三章重点阐述了模糊控制的基本理论、模糊控制算法、模糊控制器的结构

及设计方法。提出了基于PLC的模糊控制器的实现方法，即采用MATLAB离线

设计，PLC在线查询的方式。给出了STEP7实现模糊算法的流程图及部分程序。

最后建立-个过程仿真系统，对PLC模糊控制器进行仿真验证。

第四章介绍了预测控制的基本理论，重点阐述了广义预测控制算法，并结合

PLC的特点，提出了基于PLC的单值广义预测控制器的设计方法，给出了STEP7

实现单值广义预测算法的步骤与流程图。最后建立-个二阶大滞后的对象模型，

构成仿真控制系统，与PID控制进行比较分析，验证PLC预测控制器的有效性。

第五章是作者在研究生期间参加的某空调性能检测实验室基于PLC实现的计

算机控制系统，从系统控制方案的设计、系统配置和硬件构成、监控系统的设计

等几个方面分别进行了详细的论述。

第六章结论与体会，总结自己在课题研究和项目研究的过程中的-些体会和

心得，分析了工作中的不足，提出了以后工作的注意事项，改进方法。

1.3国内外文献综述

.

1.3.1先进控制的发展及现状

在过程工业界，从40年代开始，采用PID控制规律的单输入单输出简单反馈控

制回路己成为过程控制的核心系统。目前，PID控制仍广泛应用，即便是在大量

采用DCS控制的最现代的工业生产过程中，这类回路仍占总回路80%-90%。这是

因为PID控制算法是对人的简单而有效操作的总结和模仿，足以维护-般过程的平

稳操作与运行，而且这类算法简单且应用历史悠久，工业界比较熟悉且容易接受。

然而，单回路PID控制并不能适用于所有的过程和不同的要求[4]。

50年代开始，逐渐发展了串级、比值、前馈、均匀和Smith预估控制等复杂控制系统，即当时的先进控制系统，在很大程度上满足了单变量控制系统的-些特殊的控制要求。

在工业生产过程中，仍有10%-20%的控制问题采用上述控制策略无法奏效，

所涉及的被控过程往往具有强藕合性、不确定性、非线性、信息不完全性和大纯

滞后等特性，并存在着苛刻的约束条件，更重要的是它们大多数是生产过程的核

心部分，直接关系到产品的质量、生产率和成本等有关指标。随着过程工业日益

走向大型化、连续化，对工业生产过程控制的品质提出了更高的要求，控制与经

济效益的矛盾日趋尖锐，迫切需要-类合适的先进控制策略。

自50年代末发展起来的以状态空间方法为主体的现代控制理论，为过程控制

带来了状态反馈、输出反馈、解疆控制、自适应控制等-系列多变量控制系统设

计方法[51。上述多变量控制策略有其自身的不足之处，工业过程的复杂性使得建立

其正确的数学模型比较困难。同时，计算机技术的持续发展使得计算机控制在工

业生产过程中得到了广泛的应用，强大的计算能力可以用来求解过去认为是无法

求解的问题，这-切都孕育着过程控制领域的新突破。

整个80年代，出现了许多约束模型预测控制的工程化软件包。通过在模型识

别、优化算法、控制结构分析、参数整定和有关稳定性和鲁棒性研究等-系列工

作，基于模型控制的理论体系已基本形成，并成为目前过程控制应用最成功，也

最有前途的先进控制策略[61I7]。近年来，人工智能技术有了长足的长进并在许多科

学与工程领域中取得了较广泛的应用。就过程控制而言，专家系统、神经网络、

模糊系统是最有潜力的三种工具。专家系统可望在过程故障诊断、监督控制、检

测仪表和控制回路有效性检验中获得成功应用。神经网络则可以为复杂的非线性

过程的建模提供有效的方法，进而可用于过程软测量和控制系统的设计上。模糊

系统不仅是行之有效的模糊控制理论基础，而且有望成为表达确定性和不确定性

两类混合并提炼这些经验使之成为知识进而改进以后的控制，也将是先进控制的

重要内容。

由于先进控制受控制算法的复杂性和计算机硬件两方面因素的影响，早期的

先进控制算法通常是在Pc机和UNIx机上实施的[81。随着Dcs功能的不断增强，

更多的先进控制策略可以与基本控制回路-起在DCS控制站上实现。国外发达国

家几乎所有企业都采用了DCS系统或其它智能化设备来实现对生产过程的控制，

并在此基础上通过实施先进控制与优化较大的提升了系统的性能。可以说，高性

能控制系统，尤其是DCS系统的普及为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软

件平台。国外从70年代末就开始了先进控制技术商品化软件的开发及应用，并在

DCS的基础上实现先进控制和优化。如爱默生公司的DeltaV和Honeywell公司的

TDC3000，其先进控制软件RMPCT和RPID等在现场的实际应用都集中在自己的

Dcs系统上I9]。传统的PLC由于不支持浮点运算以及先进控制所必须的精确的时

间，因此，除了模糊逻辑控制外，其他的先进控制并没有在PLC平台上实现。然

而，在过程工业中大多系统使用先进灵活的PLC控制系统，因此1996年Bames

提出了-种基于Pc-PLC通讯的混合方式，通过控制网络实现计算机与PLC的

通讯，从而实现先进控制。

1.3.2在工业控制领域的应用

可编程逻辑控制器(PLC)是-种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下

应用而设计。它采用可编程序的存储器，用夹在其内部存储执行逻辑运算、顺序

控制、定时、记数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，

控制各种类型的机械或生产过程。自从1969年第-台PLC在美国问世以来，各

工业发达国家相继推出自己的PLC产品，发展十分迅猛，其应用几乎遍及工业自

动化的各个领域。PLC在工业控制领域的应用可分为以下几种类型I川:

1. 开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统。实现逻

辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制。

2. 位置控制

大多数PLC制造商，目前都提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控

制模块。这-功能广泛用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机床、装配机

械、机器人和电梯等。如PLC和计算机数控(CNC)装置组合-体，可以实现离散、

分级的数值控制，组成数控机床控制系统。

3.闭环过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。现代大

型PLC都配有PID子程序或PID模块，可实现单回路、多回路的自动调节控制。

4.用于组成多级控制系统，实现工厂自动化网络

5.计算机的下位前端级控制

高功能PLC用作程序控制的同时，还能够进行数值运算和简单的数据处理，

具有传感器和驱动器的接口。

在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势，如表1-1，

还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占有-定的百分比。

表1-1

市场占有率

PLC

DCS

IPC

1993年

39亿美元(46%)

26. 4亿美元(31%)

10.2亿美元(12%)

2000年

{76亿美元(50%)

41亿美元(27%)

21. 3亿美元(14%)

在八十年代至九十年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率-直保持为

30-40%。由于PLC人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了-部分

DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)

的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了-部分PLC市

场，所以近年来PLC增长速度总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300

多品种PLC产品，主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、

金属/矿山(11，5%)、纸浆碴纸(n.3%)等行业。在PLC应用方面，我国是很

活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用

的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要

加大投入。我国市场上流行的有如下几家PLC产品:施耐德公司，包括早期天津

仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有Quantum、Prelnium、Momentum等产品;

罗克韦尔公司(包括AB公司)PLC产品，目前有SLC、MicroLogix、ControlLogix

等产品;西门子公司的产品，目前有SIMATIC57-400/300/200系列产品;GE公司

的产品;日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。

随着技术的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能不断改进，生产厂家不

断推出功能更强的新产品。现代PLC的发展的主要趋势是向大型网络化、高可靠性、

好的兼容性、多功能方面发展。-个或若干PLC与Pc机联出系统，Pc机起到原

编程器及人机界面操作站的作用，这20世纪90年代的新潮流，这样为系统集成带

来了商机，同时编程软件和人机界面软件(监控软件或称组态软件)及软件接口

(或称驱动软件)也得到了发展。近年来，PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层

RS232/422/485接口的基础，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。

由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以

太网技术也同步发展，所以PLC构成的PCS系统比DCS的开放性所处的现状更好-

些。目前罗克韦尔AB公司已形成了多层结构体系，即Ethe:Net、ColltrolNet、Deviee

Net及Asi等现场总线。西门子公司在Profibus-DP通讯网络及Profibus-FMS网络以

外，提出了S7Routing网络，即Profibus-DP和Industrial--Entemet两层结构。网络向

上连是互联网问题，向下连是现场总线问题，另外现有网络能否用以太网”e网到底”

方式、网络采用客户器/服务器方式、浏览器/服务器方式、生产者/消费者方式、接

口软件采用OPC方式等问题都有待进-步落实。PLC与智能MCC马达控制中心、

与数控机床配套的NO/CNC数控设备，以及与其它运行控制系统、电控设备、变频

器和软起动器等连成系统;PLC要与DCS分工合作，充当DCS的远程I/O站等;PLC

要与IPC分工合作，除用IPC作人机界面外，作软件PLC的I/O部件也是可行的;此

外还有PLC与紧急停车安全系统(ESD，Emergeney Shut Down Systems)的关系、

与立体仓库、机器人、CAD/CAM等等都要处理好关系。总之，PLC要兼容各种新

技术，使PLC成为真正意义上的“电脑”。

PLC的应用领域是宽阔的，还有许多领域急待开拓，如用于海关过境车辆认证、

自动售药(若干中药店)在我国已有实例。另外，在离散事件系统中，如公路网

交通流(车辆计数、乘客计数及停留时间计量)、物流系统、柔行制造系统(敏捷

制造系统)及-切非标准服务系统中，均可以采用PLC，进而建模和采取对策并优

化。

1.3.3 PLC基本控制方法

PLC从其出现到现在己有30年的历史，以微处理器为基础，综合了计算机技

术，自动控制技术和通信技术发展起来的-种通用的工业自动控制装置。PLC最

初只用于开关量的简单控制，发展到后来的连续系统的PID反馈控制。由于PLC

的强大的功能，它被广泛的应用于工业控制系统中。随着工业技术的不断发展，

工业控制系统也呈现出大规模更复杂特点和功能，基于PLC的控制方案必须依据

系统的规模和特点不断的完善与更新，才能适应工业的发展，满足用户的需求。

基于PLC的控制系统大致可以分为以下几种:

1.PLC单机/扩展控制系统

对于小规模控制系统，被控对象少，输入输出点数较少，控制要求也比较简

单，如数据采集，简单的顺序控制，闭环回路的PID控制等，-个独立的PLC便

能满足要求;若FO点数较多，-个机架的所有插槽都被占用，可以使用扩展机架

进行系统的扩展。

2·PLC分布式控制系统

实际应用中许多控制系统被控对象数量多，分散分布且分布距离甚远，此时

若采用-台PLC控制，全部的J/O设备都集中在中央控制室，则从控制室FI/O设

备到现场生产设备的控制电缆冗长繁杂，安装困难且易受各种电磁干扰。对于此

类被控对象应采用分布式控制系统。PLC可用远程I/O站和PLC网络两种形式组

成分布式控制系统。

(l)远程I/O站组成的分布式控制系统

支持远程I/O站的PLC系统-般由-个本地站和多个远程I/O站组成，本地

站和各远程I/O站均由配置在本地站上的控制器控制。本地站配置有控制器、远程

I/O处理器、I/O模块及其他设备。远程站配置有远程I/O适配器、I/O模块及其他

设备。本地站中远程I/O处理器和各远程站中远程I/O适配器之间用-根同轴电缆

以总线、环形等拓扑结构连接起来，构成PLC远程通讯系统。

(2)PLC网络组成的分布式控制系统

采用PLC网络技术，每个被控子系统配置-套带网络适配器的PLC系统就近

控制，各PLC的网络适配器之间用-根通讯电缆连接起来，构成PLC网络。各

PLC控制器对不依赖于其他生产子系统的内部逻辑进行独立解算和FO控制。可见

采用PLC网络能进-步提高控制系统得可靠性和灵活性。

3.IPC-PLC分布式测控系统[15]

工控机(IPC)和PLC作为工业自动化领域两支重要的支柱，在现代化工业生

产中得到了极为广泛的应用，采用PLC和工控机进行分布式测控可以使两者互补

功能上的不足，前者用于控制方面方便又可靠，而后者在图形显示、数据处理、

打印报表以及文字显示等方面有很强的功能。通常，这类系统采用RS485总线型

主从分布式工业通讯网络进行测控，由-台工控机作为上位机，通过Rs485总

线管理着若干台PLC，并完成图形显示、曲线绘制、数据建档、打印报表等。而

PLC作为下位机完成执行机构的控制、传感器信号的数据采集等。

4.基于PLC的现场总线系统日61

随着企业综合自动化系统的推进，需要把企业经营决策、生产调度、过程优

化和设备管理等与过程控制系统紧密地结合在-起进行数据综合处理，这就需要

系统具有网络化开放式的结构。因此基于PLC的现场总线系统应运而生。

(l)系统网络结构

系统通常由2级网络结构组成:底层是基于PROFIBUS-DP、PA的现场级设

备层控制系统;上层是基于PROFIBUS-FMS或工业以太网及TCP/IP的车间级监

控系统。

(2)控制器或主站

控制器基于通用工业PC机、Windows加T软硬件平台。

(3)具有现场总线接口的底层现场设备

-般包括分散式I/O从站、智能分散式I/O-PLC从站、智能交直流驱动器、智能

执行机构、人机接口HMI、传感器与变送器等。

1.3.4PLC模糊控制器

1965年，Zadeh教授最早提出模糊集合的概念，从而突破了经典集合论中属

于或不属于的绝对关系，标志着模糊数学的诞生。1974年，Mamdani及其同事首

次将模糊推理成功地应用于蒸汽机控制。此后，有关模糊控制及应用的报道日渐

增多。1980年，Holmblad和ostergaard将模糊控制器成功地安装在水泥窑炉上，

并开发出第-个商品化的模糊控制器。1985年，AT&T贝尔实验室的Togai和

Watanabe设计出第-块模糊逻辑芯片。1987年，基于Yamakawa的模糊计算机雏

形，Omron公司研制出第-代模糊微处理机。在模糊控制器开发中，Yamakawa

设计了首台采用模糊推理的高速模糊控制器硬件系统，并成功地应用于两个具有

不同参数的倒立摆的控制。值得注意的是，不少仪表商己将模糊控制作为其Dcs

系统的-个功能模块，或提供硬件支持，或采用软件实现。如Foxboro公司在其

I/A系列产品中使用了inform公司的软件工具FuzzyTECH; Simens公司为其DCS

系统Teleoerm-M的现场控制站AS230/AS235(H)开发了模糊化、规则确定和模糊

判决软件模块;日本横河公司在CENTUMXL和uXL中实现了模糊控制功能。

目前，随着PLC的广泛应用以及其功能的不断提高，基于PLC模糊控制器的

研究成为-个焦点，并取得了-定的成果。模糊控制集成到可编程控制器(PLC)中，

实现方法主要有三种，即查表法、PLC硬件专用模糊控制器和软件模糊推理。其

主要区别在于模糊推理的实现方法不同。

1

.

1. PLC硬件模糊控制器

模糊控制器用硬件实现就是用模糊专用芯片构成模糊控制器，它推理速度

快，控制精度高，处理速度至少比软件提高-个数量级，适用于对时间要求较高，

实时工作的应用场合。到目前为止许多PLC制造商己经开发出了模糊专用模块。如:

omron公司PLC产品中的特殊单元FZ001就是-个模糊控制单元1201，它能够安装在

PLC的CPU机架，也能够安装在扩展I/O机架或从站机架上。PLC的CPU单元本身不

具备模糊控制功能，CPU单元从A/D单元中输入偏差值，并求取偏差的变化，然后

将偏差及偏差变化值传送到模糊控制单元，模糊控制单元根据输入值进行输入的

模糊化、模糊推理，最后将解模糊后的精确值输出传送回CPU单元。应用FZO01时，

必须利用它的支持软件FSS在微机上建立各个模糊量的隶属函数和控制规则，推理

方法等控制所需的知识库内容。FSS还提供了仿真功能，能检验所建立的模糊控制

器能否实行。模糊单元FZ001建立的模糊控制器最多可以包括8个输入，4个输出，

128条控制规则。对应输入量的隶属函数可以有四种形式:S型、Z型、x型和二型。

输出量的隶属函数为单线形式。与之类似的模糊控制硬件模块还有德国AEG公司

的ModieonA120型和A250型PLC。Simens公司的S5-135U和5S5-155U型PLC，并带

有标准模糊控制软件包。采用PLC硬件模糊控制器的模糊控制系统的设计和调试-

般都有专用的开发支持软件，它支持进行模糊控制规则的制作、隶属函数的制作、

控制系统的仿真等。

2.基于PLC查表法实现模糊控制[22]

查询表是输入论域上的点到输出论域的对应关系，它已经是经过了模糊化、

模糊推理和去模糊化的过程，它可以离线计算得到，模糊控制器在线运行时，进

行查表就可以了，因而可以大大加快在线运行的速度。

-种基于PLC的模糊控制器，采用OMRON的CZO0a系列的PLC，A/D模

块为AD003，8路模拟量输入，D/A模块为DA003，8路模拟量输出，CPU模块

为CPU-42，负责精确量的模糊化、模糊量的精确化和模糊控制算法的运算。其

中参数模糊化采用分段比较的方法，控制规则的实现采用条件判断方法，数据输

出采用增量方式，控制量采用最大隶属度函数。模糊控制程序作为整个PLC控制

程序的-个子程序，包括数据的读取、控制量表的查询和控制信号输出。文

中提出了-种基于PLC的多级模糊控制器，是将e和∆e的变动范围分为嵌套的多

个层次，各层具有不同论域。当系统轨迹进入某-层时，控制器就采用所在层的

范围作为新的论域，并修改参数Ke、Kec和Ku。即参数因子自修正的模糊控制。

算法采用变比例因子与量化因子的多级模糊控制。同时，根据前馈控制原理引入

了函数Ug，ug=r/k，r为给定值。函数Ug在线可以修改，用它对输出结果进行

修正，即对多级模糊控制算法进行优化处理，提高了控制效果。此控制算法由PLC

程序来实现。应用系统的软件由主程序和子程序构成。控制程序包括主程序、初

始化子程序、10ms中断子程序、200ms中断子程序、报警跳闸子程序。模糊算法

采用查表法实现，由200ms中断子程序完成。

查表法结构简单，实施方便，资源开销少，在线运行速度快，大多数基于PLC

的模糊控制器多采用这-方法实现。但查表法-般只适用于离散有限论域的情况，

精度不高。

3.软件模糊推理法

软件模糊推理法指用软件实现输入模糊化、模糊推理算法以及输出去模糊化

等模糊控制的主要过程，尤其是模糊推理过程。它不同于查表法把模糊推理过程

离线完成，而是在线运行时，每-个采样周期都要进行模糊推理，即将传感器敏

感信号经A/D转换后送入计算机，用软件构成的模糊控制器进行模糊化、模糊推

理和去模糊化，由程序“在线”计算出控制量的大小，再经PLC去控制被控过程。

目前-些专门的应用软件的发展备受瞩目。这些软件提供-种类C的高级计算机

语言，用来编程实现模糊控制算法，通过PLC与计算机的通讯把结果传递给PLC，

实现其控制功能。IEC61131-3是国际电工委员会IEC于1999年推出的用于工业

控制领域的标准化编程语言，适用于PLC编程。其突出的优点:(l)开放性和可

移植性，(2)高水平的软件重复使用性和允许柔性地选择编程语言。(3)支持结

构化程序开发。(4)PLC组态具有运行时行为特性。西门子公司推出的功能强大

的Wincc工业控制软件，-些研究人员已经利用它的全局脚本编辑器，将用户自

行开发的模糊算法程序嵌入到Wincc中，通过Wincc与PLC之间的通讯，实现工

业控制功能。

由于采用软件实现模糊推理，因此这-方法灵活性高、适应性强、应用范围

广，它可用于输入输出论域为离散有限论域的情形，也可以用于连续无限论域的

情形，它比查表法有更高的精度，因为推理要花费-定的时间，因而要求计算机

有较高的运行速度。

1.3.SPLC预测控制算法

预测控制是直接从工业过程控制中产生的-类基于模型的新型控制算法，最

初由Richalet和Cutier等人提出。预测控制发展至今，己形成了公认的三大方法

机理，即预测模型、滚动优化和反馈校正。-个控制算法，只有具备这三项基

本原理，才能称之为预测控制。预测控制的机理表明预测控制是-种开放式的控

制策略。它体现了人们在处理带有不确定性问题时的-种通用思想方法。基于PLC

的预测控制算法，目前仍处于研究阶段，大多数采用Bames提出的PC-PLC混合

方式。国外研究者采用PC-PLC方式，实现了基于PLC的模型预测(MPC)控制

在食品生产过程中的设计与仿真。即采用了PC-PLC混合控制方式，MPC算法在

上位计算机上实现，通过与PLC的通讯把结果传递给PLC执行。国内研究者针对

先进控制的特点和应用现状，根据先进控制以及组态软件RSView32的特点和功

能，提出并实现二次开发工控组态软件RSView32，以VBA形式嵌入广义预测控

制算法[25]。通过上位工控机与PLC控制器的通信，实现了GPC控制，成功应用于

北京某稳定剂温度控制系统。由此看来，这些基于PLC预测算法的实现，其实质

都是预测控制在上位机上实现的。对于预测算法由下位机PLC来实现的情况，目

前尚未见有文献报道。

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