DIN EN 61131-7-2001 Programmable controllers - Part 7 Fuzzy control programming (IEC 61131-7 2000) German version EN 61131-7 2000《可编程控制器 第7部分 模糊控制程序》.pdf

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1、DEUTSCHE NORM November 2001Speicherprogrammierbare SteuerungenTeil 7: Fuzzy-Control-Programmierung(IEC 61131-7:2000) Deutsche Fassung EN 61131-7:2000 EN 61131-7ICS 25.040.40; 35.060; 35.240.50Programmable controllers Part 7: Fuzzy control programming(IEC 61131-7:2000); German version EN 61131-7:2000

2、Automates programmables Partie 7: Programmation en logique floue(CEI 61131-7:2000); Version allemande EN 61131-7:2000Die Europische Norm EN 61131-7:2000 hat den Status einer Deutschen Norm.Beginn der GltigkeitDie EN 61131-7 wurde am 2000-11-01 angenommen.Nationales VorwortFr die vorliegende Norm ist

3、 das nationale Arbeitsgremium K 962 SPS der DKE DeutscheKommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE zustndig.Der Norm-Inhalt war verffentlicht als E DIN EN 61131-7:1999-04.Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 65B Devices erarbeitet.Dieses IEC-Komitee hat entschiede

4、n, dass der Inhalt dieser Publikation bis zum Jahr 2005 unverndertbleiben soll. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert.Fortsetzung Seite 2und 58 Seiten ENDKE Deutsche Kommission Elektrot

5、echnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinRef. Nr. DIN E

6、N 61131-7:2001-11Preisgr. 25 Vertr.-Nr. 2525Seite 2DIN EN 61131-7:2001-11Nationaler Anhang NA(informativ)Zusammenhang mit Europischen und Internationalen NormenFr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe desAusgabedatums und ohne Hinweis auf eine

7、 Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich dieVerweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm.Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die inBezug genommene Ausgabe der Norm.Der Zusammenhang der z

8、itierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ist nachstehendwiedergegeben. Zum Zeitpunkt der Verffentlichung dieser Norm waren die angegebenen Ausgaben gltig.IEC hat 1997 die Benummerung der IEC-Publikationen gendert. Zu den bisher verwendeten Normnummernwird jeweils 60000 addiert. So ist

9、 zum Beispiel aus IEC 68 nun IEC 60068 geworden.Tabelle NA.1Europische Norm Internationale Norm Deutsche Norm IEC 60050-351:1998 IEV Kapitel 351:1999EN 61131-3:1993 IEC 61131-3:1993 DIN EN 61131-3:1994-08Nationaler Anhang NB(informativ)LiteraturhinweiseIEV Kapitel 351, Internationales Elektrotechnis

10、ches Wrterbuch Teil 351: Automatisierungstechnik;Identisch mit IEC 60050-351:1998-09.DIN EN 61131-3, Speicherprogrammierbare Steuerungen Teil 3: Programmiersprachen(IEC 61131-3:1993); Deutsche Fassung EN 61131-3:1993.EUROPISCHE NORMEUROPEAN STANDARDNORME EUROPENNEEN 61131-7Dezember 2000ICS 35.240.50

11、; 25.040.40 Deutsche FassungSpeicherprogrammierbare SteuerungenTeil 7: Fuzzy-Control-Programmierung(IEC 61131-7:2000)Programmable controllers Part 7: Fuzzy control programming(IEC 61131-7:2000)Automates programmables Partie 7: Programmation en logique floue(CEI 61131-7:2000)Diese Europische Norm wur

12、de von CENELEC am 2000-11-01 angenommen. DieCENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zuerfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser EuropischenNorm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist.Auf dem letzten Stand befindliche Listen

13、 dieser nationalen Normen mit ihren biblio-graphischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mit-glied auf Anfrage erhltlich.Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch,Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-

14、Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache ge-macht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wiedie offiziellen Fassungen.CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien,Dnemark, Deutschland, Finnland, Fra

15、nkreich, Griechenland, Irland, Island, Italien,Luxemburg, Niederlande, Norwegen, sterreich, Portugal, Schweden, Schweiz,Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Knigreich.CENELECEuropisches Komitee fr Elektrotechnische NormungEuropean Committee for Electrotechnical StandardizationComi

16、t Europen de Normalisation ElectrotechniqueZentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2000 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren,sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten.Ref. Nr. EN 61131-7:2000 DSeite 2EN 61131-7:2000VorwortDer T

17、ext des Schriftstcks 65B/406/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61131-7, ausgearbeitet von demSC 65B Devices des IEC TC 65 Industrial-process measurement and control, wurde der IEC-CENELECParallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2000-11-01 als EN 61131-7 angenommen.Nachstehende Daten wur

18、den festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationalerEbene durch Verffentlichung einer identischennationalen Norm oder durch Anerkennungbernommen werden muss (dop) 2001-08-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, dieder EN entgegenstehen, zurckgezogen werdenmssen (dow) 2003-11-01Anhnge, di

19、e als normativ bezeichnet sind, gehren zum Norminhalt.Anhnge, die als informativ bezeichnet sind, enthalten nur Informationen.In dieser Norm ist Anhang ZA normativ und sind die Anhnge A, B, C, D und E informativ.Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt._AnerkennungsnotizDer Text der Internationale

20、n Norm IEC 61131-7:2000 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung alsEuropische Norm angenommen.Seite 3EN 61131-7:2000InhaltSeiteEinleitung 61 Anwendungsbereich und Ziel .82 Normative Verweisungen 83 Begriffe84 Integration in die Speicherprogrammierbare Steuerung .105 Fuzzy-Control-Sprache FCL115.

21、1 Austausch von Fuzzy-Control-Programmen 115.2 Elemente der Fuzzy-Control-Sprache125.3 FCL-Beispiel.205.4 Erzeugungsregeln und Schlsselwrter der Fuzzy-Control-Sprache (FCL)216 Normerfllung.256.1 Erfllungsklassen der Fuzzy-Control-Sprache FCL.256.2 Datenprfliste .27Anhang A (informativ) Theorie.29A.1

22、 Fuzzy-Logik29A.2 Fuzzy-Control.32A.3 Verhalten von Fuzzy-Control39Anhang B (informativ) Beispiele 42B.1 Vorsteuerung42B.2 Parameter-Adaption von herkmmlichen PID-Reglern42B.3 Direkte Fuzzy-Regelung.42Anhang C (informativ) Industriebeispiel Containerkran.44Anhang D (informativ) Beispiel fr die Verwe

23、ndung von Variablen im Regelblock55Anhang E (informativ) Symbole, Abkrzungen und Synonyme .57Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihrenentsprechenden europischen Publikationen 58Bild 1 Beispiel eines Fuzzy-Control-Funktionsbausteins in Funktionsbaustein-Sp

24、rachendarstellung(FBS) .11Bild 2 Datenaustausch von Programmen in Fuzzy-Control-Sprache (FCL) .12Bild 3 Beispiel einer Schnittstellendeklaration in Strukturiertem Text undFunktionsbausteinsprache .13Bild 4 Beispiel fr Rampen-Terme 14Bild 5 Beispiel einer Verwendung von Variablen fr Zugehrigkeitsfunk

25、tionen15Bild 6 Beispiel von Singletons-Termen15Bild 7 Beispiel fr einen Fuzzy-Funktionsbaustein21Bild 8 Ebenen der Normerfllung 25Bild A.1 Zugehrigkeitsfunktionen der Terme volljhrig und erwachsen .29Bild A.2 Beschreibung der linguistischen Variablen Alter durch linguistische Terme und ihreAnordnung

26、 auf der Zeitskala (Alter in Jahren) .30Seite 4EN 61131-7:2000Bild A.3 Allgemein verwendete Formen von Zugehrigkeitsfunktionen 30Bild A.4 Algorithmen zur Implementierung von Operationen zwischen zweiZugehrigkeitsfunktionen .32Bild A.5 Struktur und funktionale Elemente von Fuzzy-Control.33Bild A.6 Da

27、s Prinzip der Fuzzifizierung (am Beispiel) .33Bild A.7 Darstellung der Wissensbasis in Form von linguistischen Regeln.34Bild A.8 Matrix-Darstellung von zwei Variablen.34Bild A.9 Elemente der Inferenz35Bild A.10a Ein Beispiel, das die Prinzipien der Aggregation zeigt.36Bild A.10b - Prinzipien der Akt

28、ivierung (als ein Beispiel)37Bild A.10c Prinzipien der Akkumulation (als ein Beispiel) .37Bild A.11a Methoden der Defuzzifizierung 38Bild A.11b Unterschied zwischen linkem Maximum und rechtem Maximum 38Bild A.11c Unterschied zwischen Flchenschwerpunkt und Schwerpunkt .39Bild A.11d Methoden der Defuz

29、zifizierung 39Bild A.12 Beispiele von Kennfeldern von Fuzzy-Control .40Bild A.13a Grundstruktur der Fuzzy-basierten Regelung40Bild A.13b Beispiel der Fuzzy-basierten Regelung .41Bild B.1 Beispiel fr eine Vorsteuerung .42Bild B.2 Beispiel fr eine Parameter-Anpassung.42Bild B.3 Beispiel fr eine direkt

30、e Fuzzy-Regelung.43Bild C.1 Industriebeispiel Containerkran 44Bild C.2 Linguistische Variable Abstand zwischen Krankopf und Zielposition45Bild C.3 Linguistische Variable Winkel des Containers zum Krankopf .45Bild C.4 Linguistische Variable Leistung .46Bild C.5 Regelwerk 46Bild C.6 Fuzzifizierung der

31、 linguistischen Variable Abstand .47Bild C.7 Fuzzifizierung der linguistischen Variable Winkel .47Bild C.8 Untermenge der drei Regeln48Bild C.9 Elemente der Aggregation .48Bild C.10 Prinzipien der Aggregation.49Bild C.11 Elemente der Aktivierung.49Bild C.12 Prinzipien der Aktivierung 50Bild C.13 Ele

32、mente der Akkumulation .50Bild C.14 Prinzipien der Akkumulation.51Bild C.15 Defuzzifizierung52Bild C.16 Beispiel in FCL .53Bild D.1 Prinzip des geregelten Systems 55Bild D.2 Prinzip der Fuzzy-basierten Ofenregelung 55Bild D.3 Regelblock .55Bild D.4 Beispiel in FCL .56Tabelle 1 Defuzzifizierungsmetho

33、den16Tabelle 2 Gleichungen fr Defuzzifizierungsmethoden.16Tabelle 3 Paarweise Algorithmen17Tabelle 4 Aktivierungsmethoden .18Tabelle 5 Akkumulationsmethoden18Tabelle 6 Prioritt der Operatoren .18Seite 5EN 61131-7:2000Tabelle 7 Reservierte Schlsselwrter in FCL 24Tabelle 8 (vorgeschriebene) FCL Sprach

34、elemente der Basis-Ebene.26Tabelle 9 (optionale) FCL Sprachelemente der Erweiterungsebene 27Tabelle 10 Beispiele fr eine Liste mit Sprachelementen der offenen Ebene 27Tabelle 11 Datenprfliste.28Tabelle A.1 Inferenz-Schritte und allgemein verwendete Algorithmen .36Tabelle C.1 Inferenzschritte und zug

35、eordnete Operatoren .46Tabelle E.1 Symbole und Abkrzungen 57Tabelle E.2 Synonyme (Englisch) .57Seite 6EN 61131-7:2000EinleitungDie Anwendung der Theorie der Fuzzy-Logik auf dem Gebiet der Leittechnik wird als Fuzzy-Control be-zeichnet. Fuzzy-Control verbreitet sich als eine Technologie, die die Mgli

36、chkeiten der Industrieautomati-sierung verbessern kann, und die fr Aufgaben aus der Steuerungsebene geeignet ist, die im Allgemeinenvon Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ausgefhrt werden.Fuzzy-Control basiert meist auf praktischem Anwendungswissen, das durch die so genannten linguistischenR

37、egelwerke dargestellt wird, und nicht auf analytischen (empirischen oder theoretischen) Modellen.Fuzzy-Control kann angewendet werden, wenn ein regelbasiertes Fachwissen vorhanden ist, das sich in einefr Fuzzy-Logik geeignete Form berfhren lsst.Dadurch wird es mglich, durch vorhandenes Wissen Prozes

38、se zu verbessern und eine Vielzahl vonAufgaben durchzufhren, wie zum Beispiel Regelungen und Steuerungen, Einzel- oder Mehrgrenregelungen, fr lineare oder nichtlineareSysteme, Online- oder Offline-Vorgabe der Regelungsparameter, Klassifizierungsaufgaben und Mustererkennung, Entscheidungsfindung zur

39、Echtzeit (Sende dieses Produkt zur Maschine A oder B?), Hilfe fr den Bediener beim Treffen von Entscheidungen oder beim Einstellen von Parametern, Erkennen und Diagnose von Fehlern in Systemen.Der breite Anwendungsbereich und das natrliche, auf menschlicher Erfahrung basierende Verfahrenmachen Fuzzy

40、-Control zu einem Grundwerkzeug, das fr den Anwender von SPS als Norm verfgbargemacht werden sollte.Fuzzy-Control kann auch direkt mit den klassischen Methoden der Steuerung und Regelung kombiniertwerden.Die Anwendung von Fuzzy-Control kann in solchen Fllen vorteilhaft sein, bei denen kein explizite

41、s Prozess-modell verfgbar ist, oder bei denen das analytische Model zu schwierig auszuwerten ist, oder wenn dasModel zu kompliziert ist, um in Echtzeit damit Auswertungen auszufhren.Ein weiterer Vorteil von Fuzzy-Control ist, dass menschliche Erfahrung in direkter Weise eingebracht werdenkann. Es is

42、t dabei nicht erforderlich, die gesamte Regelung mit Fuzzy-Control zu modellieren: Manchmalinterpoliert Fuzzy-Control nur zwischen einer Reihe von lokalen linearen Modellen oder passt dynamisch dieParameter eines linearen Reglers an, wodurch der resultierende Regler nichtlinear wird, oder aber siesc

43、haltet sich einfach auf eine bestimmte Eigenschaft eines vorhandenen Reglers, die zu verbessern ist.Fuzzy-Control ist eine mehrwertige Regelung, welche die Werte eines Regelungsentwurfs nicht mehr auf dieWerte wahr oder falsch einschrnkt. Dies macht Fuzzy-Control besonders ntzlich, um empirisches Fa

44、ch-wissen zu modellieren, indem man festlegt, welche Steuer/Regel-Aktionen bei einer gegebenen Menge vonEingaben unternommen werden.Die vorhandene Theorie und die Systeme, die auf dem Gebiet von Fuzzy-Control bereits realisiert sind,unterscheiden sich sehr bezglich Terminologie (Definitionen), Eigen

45、schaften (Funktionalitten) undRealisierungen (Werkzeuge).Fuzzy-Control wird von kleinen und einfachen Anwendungen bis hinauf zu sehr anspruchsvollen undkomplexen Projekten verwendet. Um alle diese Anwendungsarten durch diesen Teil der IEC 61131abzudecken, sind die Eigenschaften eines normgerechten F

46、uzzy-Control-Systems auf definierte Norm-erfllungsklassen abgebildet.Die Basisklasse definiert eine Mindestmenge von Eigenschaften, die von allen normgerechten Systemenerreicht werden mssen. Dies ermglicht den Austausch von Fuzzy-Control-Programmen.Seite 7EN 61131-7:2000Zustzlich mgliche Normeigensc

47、haften sind in der Erweiterungsklasse definiert. Fuzzy-Control-Programme,die diese Eigenschaften anwenden, knnen nur zwischen Systemen vollstndig portiert werden, die dieselbeMenge von Eigenschaften verwenden, sonst kann nur ein Teilaustausch mglich sein. Diese Norm zwingtnicht alle normgerechten Sy

48、steme, alle Eigenschaften in der Erweiterungsklasse zu realisieren, aber sieuntersttzt die Mglichkeit der (teilweisen) Portierbarkeit und bewahrt vor der Anwendung vonnichtgenormten Eigenschaften. Deswegen sollte ein normgerechtes System keine nichtgenormtenEigenschaften anbieten, die sinnvoll durch Verwendung von Normeigenschaften der Grundklasse und derErweiterungsklasse realisiert werden knnen.Um Systeme, die ihre eigenen, besonders anspruchsvollen Eigenschaften anbieten, nicht vom Erfllendieses Teils der IEC 61131 auszuschlieen, und um den Fort