كاربرد منطق فازي در اتوماسيون صنعتي(قسمت اول)

برنـامه‌هاي موفـق منطق فـازي در اتومـاسيون صنعتي: اين مقاله در پنجمين كنفرانس بين‌الملي مجمع بين الملي مهندسي صنايع دربارة منطق فازي (Fuzzy logic)نيواورلئان 1996، ارائه شده.
در اين مقاله‌ ما 8 برنامه اخير منطق فازي در اتوماسيون صنعتي را بررسي مي‌كنيم. تمام برنامه‌ها به نام Fuzzy PLC كه يك بستر سخت‌افزاري براي برقراري منطق فازي و تكنيك‌هاي صنعتي منطق فازي است ناميده مي‌شود. با يك بررسي سريع بر روي دستگاه‌هاي Fuzzy ، دربارة 8 برنامه (Application) كاربردي بحث مي‌كنيم و مي‌بينيم چگونه منطق فازي راه حل بهتري را نسبت به راه‌حلهاي معمولي پياده سازي مي‌كند و در حد ممكن به بررسي صرفه‌جويي در هزينه (Cost Saving ) و بهبود كيفيت مي‌پردازيم. براي بررسي بيشتر، شما مي‌توانيد به مطالب منابع ذكر شده مراجعه كنيد.

1- منطق فازي در اتوماسيون صنعتي
در سالهاي اخير، منطق فازي پتاسيل كاربرد خود را در اتوماسيون صنعتي به خوبي به اثبات رسانده است. در اين بحث كاربردي مهندسان اغلب از مفاهيم به اثبات رسيده استفاده مي‌كنند. براي كنترل رخداد‌هاي پراكنده، آنها اغلب از منطق نردباني (Ladder logic) استفاده مي‌كنند.براي كنترل پيوسته اغلب يا نوع bang-bang استفاده مي‌شود و يا نوع PID .
اگر چه كنترل PID در هنگامي كه پروسه مورد مطالعه در حالت ثابت و ايستايي باشد خوب كار مي‌كند ولي در حالتهاي ديگر زياد موفق نيست:
• در حالت پراكندگي زياد ( غير خطي)
• پروسه‌هاي وابسته به زمان ( غير خطي)
• حالت‌هاي زمانهاي مرده و از دست رفته.
به اين دليل است كه كنترل PID پروسه را كاملاً در حالت بررسي مي‌كند. اگر چه اين ساده‌سازي ممكن است در حالت عادي به خوبي عمل كند ولي در پراكندگي بسيار مي‌تواند نقطة عملياتي پروسه را بسيار دورتر از نقطة set شده قرار دهد. در اين حالت فرضية خطي (linear)اغلب كنار گذاشته مي‌شود.
همين حالت وقتي اتفاق مي‌افتد كه پارامتر‌هاي پروسه نسبت به زمان تغيير كند. در اين حالات به كارگيري كنترل Fuzzy به جاي كنترل PLD نشان مي‌دهد كه بسيار بهتر از روشهاي معمول اما پيشرفته فعلي عمل مي‌كند اگر چه اين تنها موردي نيست كه حل آن بر مبناي منطق فازي است .
كنترل چند متغيره:
قدرت واقعي منطق فازي در اتوماسيون اداري بر مبناي راهي است كه منطق فازي در طراحي كنترل‌هاي چند متغيره نمايان مي‌كند. در بسياري از برنامه‌هاي كاربردي كنترل يك پروسه تك متغيره ثابت به راحتي با كنترل PID يا bang-bang امكان پذير است. اگر چه تنظيم مقادير براي نماي حلقه‌هاي كنترل اغلب به صورت دستي توسط اپراتور انجام مي‌شود. اپراتور با آناليز موقعيت پروسه و تنظيم مقادير متغيرهاي PID به بهينه سازي پروسه كمك مي‌كند. به اين روش كنترل (supervisory control ) مي‌گويند و اغلب متغيرهاي چند كار درگيرند.


PID و bang –bang هر دو انديس فقط يك متغير بر مي‌آيند و اين اغلب باعث به وجود آمدن تعداد بسياري حلقة كنترل مستقل از هم مي‌شود. اين حلقه‌ها توانايي صحبت با يكديگر را ندارند (talk to each othor) در جاهاي كه مورد دلخواه و يا ضروري است كه رابطه‌اي بين اين استقلالهاي متغير‌هاي فيزيكي صورت گيرد، يكي از آنها مجبور به برپايي يك مدل رياضي از پروسه مي‌شود و از معادله ديفرانسيال يك مشتق مي‌گيرد كه براي برپايي راه حل مورد نياز است. در اتوماسيون صنعتي كمتر پيش مي‌آيدزيرا:
• بوجود آوردن يك مدل رياضي از دنياي واقعي ممكن است سالها وقت بگيرد.
• اغلب مدلهاي رياضي به ساده سازي‌هاي گسترده و خطي سازي‌ها نياز دارند كه براي بهينه سازي نتايج كنترلر در آينده نياز به فاكتورهايي دارد.
تنظيم متغير‌هاي اضافي يك كنترلر كه از مدل رياضي مشتق مي‌شود، مانند ماهيگري در تاريكي است (Fishing in the dark) به دليل آنكه بهينه‌سازي در يك نقطه با استفاده از متغير‌هاي عمومي (Global) اغلب باعث كاهش كارآيي در نقطه ديگري از عمليات مي‌شود.
در ضمن بسياري از محققان داراي پس زمينه كافي در زمينه مدل سازي رياضي نيستند. همچنين در نگاه اول، در صنعت، فرآيندهاي تك متغيره با يك كنترل ساده مانند PID يا bang – bang به همراه يك supervisor كه توسط انسان هدايت مي شود كنترل مي‌شود.
در اينجاست كه منطق فازي يك راه حل عالي و پر بهره را براي مشكلات پياده سازي مي‌كند. منطق فازي به مهندسان اين امكان را مي‌دهد كه بدون نياز به مدل سازي رياضي و با استفاده از نتايج تجربي و تجربه اپراتور يك كنترلر چند متغيره طراحي مي‌كند.
هر متغير پردازنده به تنهايي توسط يك كنترلر PID ثابت نگه داشته شده است به طوري كه مقدارگيري آنها از منطق فازي سرچشمه مي‌گيرد و اين طرز قرار‌گيري در اغلب سيستمها مانند تعيين درجه حرارت كوره‌ها و يا ميزان درصد اكسيژن در حوضچه‌هاي فاضلاب يكسان است در سيستم‌هاي ديگر اين امكان وجود دارد كه يك راه حل گردشي كامل بر مبناي منطق فازي توسعه داد.
به همين دليل است كه ارتقا بر اساس سيستم‌هاي مرسوم مانند ladder logic يا instruction list و كنترل PID به همراه منطق فازي بسيار دلپذير است.