1 引言
食用糖醇晶体的生产方式是首先经过葡萄糖的发酵形成高浓度糖醇溶液，再根据温度跟溶解度的关系通过精确控制高浓度溶液的温度变化析出晶体产品。在高浓度溶液的结晶过程中，析出的晶体的纯洁度，颗粒大小与温度控制效果有直接的关系，产品质量要求实现温度精确控制。由于析出晶体的整个周期比较长并且要求温度的实时调控要符合一定的经验，采用人工控制的方式尽管可以达到这一要求，但是冗长的时间检测，精确的控制是人工所不能达到的，并且因人工方式调节往往带有很大的误差，调节控制时难以很好的符合降温的标准。专家系统(Expert System)是人工智能应用最广泛应用的领域之一，是人工智能的研究从面向基本技术和基本方法的理论研究走向解决实际问题的具体研究的重要途径，它能够自适应的管理各受控对象的全面行为，使其满足预期要求并且可很好的利用该领域专家已有的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决需要人类专家处理的复杂问题。采用plc为主体的专家控制系统将繁琐的各个控制过程组合起来，并且将该结晶的经验很好的利用在温度控制过程中，形成一个智能的工业网络控制系统，实现r晶体生产的实时监控和精确控制。
2结晶系统和温度控制硬件设计
结晶系统是由结晶罐，供水系统以及气压系统构成，根据溶液所处的温度阶段需进行的不同处理，利用气压系统将溶液压入不同的罐中进行溶液处理，并且结晶罐外壁和内部都有进行降温处理的冷却水螺旋管道。罐中有搅拌器将溶液不停搅拌以防止晶体析出在冷却水管道外壁上，阻碍结晶过程继续进行，但同时要根据溶液所处阶段合理的设定搅拌的速率，防止晶体的质量受到搅拌影响。结晶罐降温管道以设定的速率输送冷却水对溶液进行降温，员工用电泵控制冷却水的流量并根据罐内溶液和冷却水温度的差值变化不停的调整电泵通断，控制温度的变化速度。操作人员需要根据经验不断的调整冷却水的变化完成温度控制，并且因整个结晶周期比较长，过程繁琐，操作人员的劳动强度比较大，但效率比较低。因此采用plc专家控制系统根据生产人员的经验进行控制，使其达到结晶系统的生产标准。
PLC专家控制系统由pie、变频器、温度传感器和触摸屏组成。其控制核心为西门子公司的s7—200，硬件主要由电源、CPU226、em231四路模拟单输入模块、通信模块等构成。控制系统主要完成模拟信号的采集，触摸屏通信，专家系统控制逻辑分析，数字信号输出，变频器通信控制等各部分。变频器接收从PLC发送通信寿命令完成对电机的转速调节。控制系统将罐内温度和冷却水进出口温度实时采集到PLC中，通过专家系统处理生成控制数据对变频器进行控制，同时将实时温度数据和控制数据等各数据存触摸屏上进行显示。控制系统设置人工模式和专家系统控制模式，并允许通过触摸屏对系统的一些系数进行记录和修改保证系统的多用性。
3控制系统软件设计
PLC软件设计将系统各个功能模块化，由于结晶系统所涉及的参数较多，把程序分割成数据采集子程序，系统启发式规则推理子程序，PLC与变频器通信子程序，电机控制子程序自动手动模式切换和安全保护子程序等各部分方便处理。因为结晶系统有高温、中温、低温析出控制罐用来分别处理各阶段的溶液用以保证晶体的质量，并且系统设备比较分散，主控制器是采用西门子公司的s7—200cn CPU226处理，因此通过将PLC、触摸屏、各单独的变频器组成工业网络的方式统一进行控制。部分程序设计结构如图2所示，控制系统的核心功能是获得各控制参数对电机进行控制。
图1程序结构图
4控制流程介绍
西门子s7—200en CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I／O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I／0点或35路模拟量I／0点。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入／输出点，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。能很好的处理一些复杂的中小型控制系统，性价比高。PLC与变频器和触摸屏通信子程序是软件设计的重要部分，对多个变频器功能号和频率值的控制、故障问题检测都采用通信的方式，一根通信电缆一次性的读取、传输变频器的多组数据，减少电气连线和信号间的干扰问题，保证系统的控制稳定性。CPU226利用2个RS485通信／编程口提供的串行自由口通信解决方案进行plc与触摸屏和多个变频器，PLC相互之间的通信。自由口通信是根据智能设备的通信协议通过用户自写程序控制通信口的操作模式，利用自由口模式可以实现多设备的通信连接。该系统通信自由口通信是半双工串行通讯方式，不能用硬件握手信号作为检测手段，因此在PLC与变频器的通信中发生误码或者发生冲突等通信错误将导致PLC控制程序不能正常工作，所以必须对通信进行软件握手，保证发送方和接收方的传输稳定。
CPU226可用数据发送命令xmt和数据接收命令rcv进行数据的交换。PLC与多个变频器的半双工通信方式要求通信子程序为①cpu226的一条通信线同时对多个变频器进行控制，在约定时刻只能有一个变频器处于命令接收或发送状态，PLC发出通信控制命令之后必须保证变频器设备有足够的时间接收，为此设定相应的发送和接收缓冲区，PLC采用定时器脉冲发送频率命令，利用端口发送字符完成中断程序进行变频器实时参数的接收读取，保证每次接收新数据之前，接收缓冲区的数据被读取且应该被清零，发送数据也正常。②根据变频器设备的命令字格式进行正确的数据传输格式设定，保证处于同一条通信线控制的多个变频器能正常运行，同时设置相应的通信状态标识字，若出现错误立即复位标识字进行报错警告，这样便于通信故障的修改。③发送和接收的数据进行奇偶校验，确保数据发送接收正确，避免系统误动作。④通信数据进行归并，方便系统启发式规则推理子程序对数据的处理。
PLC与触摸屏的通信采用同样波特率的串行通信。PLC与各设备的通信主程序处理流程如图2所示。由于采用定时器脉冲发送方式发送数据，发送完之后触发接收中断子程序接收和处理采集的数据，有效的避免了时间溢出等通信错误。
控制数据处理基于模型的专家系统理论，构建结晶控制因果模型，根据有结晶经验的专家的经验建立启发式知识库，将启发式规则和因果模型结合，通过规则推理，决定何时利用那些元规则进行决策控制。基于模型的专家系统是关于人工智能的一个观点，综合各种模型的专家系统比基于逻辑心理模型的系统具有更强的功能，有可能显著改进专家系统的设计，采用基于模型的推理方法是根据事物内部规律的客观世界的模型进行推理，运用已知可利用的模型，可以表示系统部件／整体的关系的结构，表示各部件的因果关系等。基于模型的专家系统的特点是，利用启发式规则和因果模型，用规则形式表示启发性知识，用元规则表示控制知识，决定何时利用哪些规则进行规则推理。运用启发式规则推理为浅层推理，基于模型的推理为深层推理，浅层推理运用专家的经验，推理效率高，但解决问题的能力较低；深层推理由于接触了事物的本质内容，解决问题的能力强，但推理效率较低，把浅层推理和深层推理结合起来的系统，可以很好的取各自的长处，使专家系统更加合理。
图2通信流程图
(审核编辑: 智汇李)
