基于S7-200 PLC的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)

摘要：隨著智能信息技術(shù)的發(fā)展，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制。但該算法尚未應(yīng)用于PLC。針對(duì)這種現(xiàn)狀，給出基于S7-200PLC的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)。利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的理論知識(shí)，在S7-200的平臺(tái)上采用梯形圖和指令表兩種模式編程設(shè)置。并利用PLC仿真軟件對(duì)其仿真，仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：PLC；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模糊控制

1 引言
模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩者結(jié)合的產(chǎn)物。這兩者單獨(dú)使用時(shí)存在一定缺陷。模糊邏輯在一定的論域上具有很好的收斂性，并具有模糊量運(yùn)算優(yōu)勢(shì)；而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、并行運(yùn)算和精確計(jì)算的能力。因此，這兩者相結(jié)合可大大提高綜合能力。
PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛，因此，功能強(qiáng)大，使用方便。因此，將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用于PLC中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，使PLC在機(jī)械、民用等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。這里提出一種基于PLC的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)方法。

2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很多種結(jié)構(gòu)和算法，對(duì)于不同控制對(duì)象，綜合考慮運(yùn)算速度和精度，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也有所不同。由于該實(shí)現(xiàn)方法沒(méi)有實(shí)際控制對(duì)象，為了說(shuō)明在PLC上能實(shí)現(xiàn)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，故選擇模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。假設(shè)其中輸入兩個(gè)變量X1、X2，輸出變量為Y。將每個(gè)輸入因子分為：NM，NS，ZO，PS，PM等5個(gè)模糊狀態(tài)。

3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)步驟
選擇在線學(xué)習(xí)，在線學(xué)習(xí)期間學(xué)習(xí)速度不變。在線學(xué)習(xí)終止條件是性能指標(biāo)E小于等于某一數(shù)值。這個(gè)指標(biāo)值隨控制對(duì)象的改變而改變的。當(dāng)確定控制對(duì)象時(shí)，該指標(biāo)值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。但是為了便于說(shuō)明問(wèn)題這里設(shè)置該指標(biāo)值為0．002。具體學(xué)習(xí)步驟是：①θji、σji、ωi及η的初始值在[0，1]之間隨機(jī)選取，η的值為恒定值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定。②根據(jù)模糊神經(jīng)算法計(jì)算出比較理想的θji(k+1)、σji(k+1)、ωi(k+1)值。③根據(jù)模糊神經(jīng)算法計(jì)算E，若E≤0．002，迭代結(jié)束。否則，令θji(k+1)、σji(k+1)、ωi(k+1)為初始值并返回②。

4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在PLC的應(yīng)用
4．1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)階段的實(shí)現(xiàn)
在學(xué)習(xí)階段實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，利用上位機(jī)向下位機(jī)傳輸樣本數(shù)據(jù)，具體運(yùn)算過(guò)程是由下位機(jī)實(shí)現(xiàn)。
4．1．1 學(xué)習(xí)階段上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)
根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)可知，樣本值是根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要而定的。為了說(shuō)明問(wèn)題，采用含有兩個(gè)輸入值和一個(gè)輸出期望值的較為簡(jiǎn)單的樣本值。學(xué)習(xí)過(guò)程中上位機(jī)程序設(shè)計(jì)流程如圖2所示，具體過(guò)程如下：
(1)初始化初始化樣本值和為后續(xù)傳輸樣本值做準(zhǔn)備，通過(guò)PLC指令把樣本值寫入PLC的儲(chǔ)存地址，再次賦值給發(fā)送區(qū)的數(shù)據(jù)區(qū)，并把存儲(chǔ)第一個(gè)樣本值地址分別賦給VD712，VD716，VD720地址指針，這樣可為再次發(fā)送樣本值做準(zhǔn)備。因?yàn)橐l(fā)送的樣本值是不斷變化的，但是發(fā)送區(qū)不能變化，故使用地址指針達(dá)到兩者同步。
(2)接受請(qǐng)求接收下位機(jī)向上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是告之上位機(jī)是否向下位機(jī)傳送樣本值。
(3)判斷VB703數(shù)據(jù)請(qǐng)求標(biāo)志位VB703，對(duì)所接收的數(shù)據(jù)，判斷其值是否等于16#FF。而16#FF是通信協(xié)議中規(guī)定上位機(jī)給下位機(jī)傳送數(shù)據(jù)的標(biāo)志。如果等于16#FF，則向下位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)；否則就再次返回上一步。
(4)發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)通信程序向下位機(jī)發(fā)送樣本值，發(fā)送完后就結(jié)束第一次傳送樣本值，啟動(dòng)新接收，等待下位機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳送信號(hào)。

4．1．2下位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)
圖3為下位機(jī)程序流程，從中可以看到學(xué)習(xí)階段下位機(jī)程序的基本構(gòu)想。