Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在s7-300系列plc中的實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在S7-300系列PLC中的實(shí)現(xiàn)方法,在S7-300系列PLC系統(tǒng)中定義12個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB1~DB12),使其和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代算式中的輸入變量、隱含節(jié)點(diǎn)輸入、隱含節(jié)點(diǎn)輸出、輸出節(jié)點(diǎn)輸入、輸出變量、權(quán)值wij、權(quán)值wjk、閾值aj、閾值bk、誤差ek、學(xué)習(xí)效率η、期望輸出等若干變量一一對應(yīng),將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代算式中若干變量的存取操作轉(zhuǎn)化為PLC系統(tǒng)對應(yīng)數(shù)據(jù)塊中變量的存取操作。使用PLC系統(tǒng)的指令系統(tǒng),直接實(shí)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的迭代運(yùn)算,通過提供單次迭代、誤差限結(jié)束、限次結(jié)束三種運(yùn)行模式,以適應(yīng)PLC系統(tǒng)的多種應(yīng)用場合,避免BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間過長而影響PLC系統(tǒng)的正常掃描功能。
【專利說明】BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在S7-300系列PLC中的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動化【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在S7-300系列PLC中的實(shí)現(xiàn)方法。【背景技術(shù)】
[0002]可編程序控制器(PLC),工業(yè)控制微機(jī)(主要是IPC)、集散控制系統(tǒng)(DCS) /現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)和智能控制儀表,是工業(yè)自動化領(lǐng)域常用的四大類控制裝置。其中,PLC憑借其高可靠性和易用性,在工業(yè)自動化工程中的應(yīng)用最為廣泛。大中型PLC主要用于復(fù)雜生產(chǎn)線控制、順序控制、批量控制和流程工業(yè)控制。在眾多的大中型PLC系統(tǒng)中,西門子的S7-300或S7-400系列PLC憑借其良好的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能、集成技術(shù)和技術(shù)支持,已成為我國廣泛應(yīng)用的大中型PLC系統(tǒng)之一。
[0003]BP網(wǎng)絡(luò)是1986年由Rumelhart和McCelland為首的科學(xué)家小組提出,該網(wǎng)絡(luò)是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò),是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用最速下降法學(xué)習(xí)規(guī)則,能學(xué)習(xí)和存貯大量的輸入/輸出模式映射關(guān)系,通過反向傳播來不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值,使網(wǎng)絡(luò)的誤差平方和最小。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸入層(Input Layer)、隱含層(Hide Layer)和輸出層(Output Layer)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程建模、軟測量、優(yōu)化控制、變量預(yù)測等場合。
[0004]當(dāng)前廣泛使用的PLC系統(tǒng)按照IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)提供編程語言和指令系統(tǒng),各PLC系統(tǒng)廠家尚未提供BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊或指令庫。鑒于此,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究或應(yīng)用多采用基于PC的Matlab平臺或C語言平臺?,F(xiàn)有技術(shù)必須首先從PLC系統(tǒng)等控制設(shè)備中獲取過程數(shù)據(jù),接著通過PC機(jī)的Matlab平臺,完成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練,建立模型,根據(jù)模型進(jìn)行預(yù)報(bào),最后根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果修改控制參數(shù)或控制量,將結(jié)果再回傳到PLC,由PLC系統(tǒng)優(yōu)化控制等任務(wù)。因此,現(xiàn)有技術(shù)存在明顯不足:其一,需要周而復(fù)始地從PLC系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)和傳輸結(jié)果信息到PLC系統(tǒng),需要借助于通信網(wǎng)絡(luò)和PC平臺,網(wǎng)絡(luò)故障,尤其是固有存在的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延都將影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)際效果。其二,過于復(fù)雜,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)間的不確定性和工業(yè)過程控制追求的實(shí)時(shí)性、確定性存在沖突,過度延長PLC系統(tǒng)的掃描周期還會降低PLC系統(tǒng)的可靠性。其三,工業(yè)環(huán)境的高要求也對PC平臺的運(yùn)行環(huán)境提出了挑戰(zhàn),增加的PC平臺還會導(dǎo)致系統(tǒng)的成本的增加。因此,如何直接在PLC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是自動化工程界一直追求的目標(biāo)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在S7-300系列PLC中的實(shí)現(xiàn)方法,解決了目前BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在PLC中過于復(fù)雜,成本高的問題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]第一步,在S7-300系列PLC中定義12個(gè)數(shù)據(jù)塊:
[0008]數(shù)據(jù)塊DBl?DB12分別存放BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代算式中的輸入變量、隱含節(jié)點(diǎn)輸入、隱含節(jié)點(diǎn)輸出、輸出層輸入、輸出變量、權(quán)值Wij、權(quán)值wjk、閾值a」、閾值bk、誤差ek、學(xué)習(xí)效率η和期望輸出;
[0009]第二步,初始化數(shù)據(jù)塊:
[0010]BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本中的輸入變量傳送到DB1,樣本中的輸出變量傳送到DB12,數(shù)據(jù)塊DB6和DB7中的各變量初值設(shè)為零,數(shù)據(jù)塊DB8和DB9中的各變量初值設(shè)為0.05,DBll中的學(xué)習(xí)效率初值設(shè)為0.5;
[0011]第三步,計(jì)算隱含層輸入:
[0012]分別從數(shù)據(jù)塊DBl和DB6中取出Xi和Wij,按下式計(jì)算隱含層的輸入Hlj:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在S7-300系列PLC中的實(shí)現(xiàn)方法,其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: 第一步,在S7-300系列PLC中定義12個(gè)數(shù)據(jù)塊: 數(shù)據(jù)塊DBl~DB12分別存放BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代算式中的輸入變量、隱含節(jié)點(diǎn)輸入、隱含節(jié)點(diǎn)輸出、輸出層輸入、輸出變量、權(quán)值wu、權(quán)值wjk、閾值a」、閾值bk、誤差ek、學(xué)習(xí)效率η和期望輸出; 第二步,初始化數(shù)據(jù)塊: BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本中的輸入變量傳送到DBl,樣本中的輸出變量傳送到DB12,數(shù)據(jù)塊DB6和DB7中的各變量初值設(shè)為零,數(shù)據(jù)塊DB8和DB9中的各變量初值設(shè)為0.05,DBll中的學(xué)習(xí)效率初值設(shè)為0.5 ; 第三步,計(jì)算隱含層輸入: 分別從數(shù)據(jù)塊DBl和DB6中取出Xi和Wij,按下式計(jì)算隱含層的輸入Hij:
2.按照權(quán)利要求1所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在S7-300系列PLC中的實(shí)現(xiàn)方法,其特征在于:將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代算式中若干變量的存取操作轉(zhuǎn)化為PLC系統(tǒng)對應(yīng)數(shù)據(jù)塊中變量的存取操作,提供單次迭代、誤差限結(jié)束、限次結(jié)束三種運(yùn)行模式,以適應(yīng)PLC系統(tǒng)的多種應(yīng)用場合,有效避免BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間過長而影響PLC系統(tǒng)的正常掃描功能。
【文檔編號】G05B13/04GK104007659SQ201410230726
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】胡文金, 蘇盈盈, 湯毅, 劉顯榮, 李太福, 范偉 申請人:重慶科技學(xué)院