基于OPC技术的远程监控系统应用研究

摘要

随着网络技术的快速发展，远程监控技术与网络技术紧密结合起来，结合远程监控对通信的实时性要求，在分析OPC规范和OPC数据访问机制的基础上，本文研究了基于WEB的网络远程实时监控系统。 本文采用两层网络拓扑结构，设计了基于以太网和现场总线的过程控制系统实验装置。该实验装置是根据过程控制系统发展趋势，集PLC技术、网络技术和计算机监控技术为一体，采用工业现场常用的过程控制仪表，以液位、压力、温度等为主要被控变量构成的先进实验装置。系统上层采用以太网，底层采用现场总线Profibus-DP，以SIEMENS公司的S7-300/400PLC为控制器，运用OPC、SIMATIC NET、MCGS6.2、STEP7 V5.1等软件技术设计了用于实验状态监视、数据采集和通讯、数据记录及处理、智能控制算法实现的控制系统实验装置。 结合遗传算法和常规PID控制理论，本文完成了以下工作：通过开环阶跃响应辨识方法建立了液位控制系统的数学模型，分别设计出一阶和二阶液位控制系统；针对二阶液位控制系统，选取合适的遗传因子，根据不同的目标函数设计PID控制器，并分析不同目标函数实现遗传控制对系统性能的影响。根据对系统性能的分析结果比较，选取合适的目标函数为标准，实现遗传PID算法；用MATLAB/Simulink建立液位控制系统，分别采用PID控制，遗传PID控制，通过仿真来比较PID控制、遗传PID控制对液位系统的控制效果，并结合MCGS组态软件和MAT[,AB实现了在线遗传PID控制。 以过程控制系统实验装置为背景，设计一个基于OPC技术和工业以太网架构的过程控制远程监控系统。该系统利用数据采集技术、计算机网络技术、通信技术及面向对象的编程技术，运用Browser/Server模式和Client/Server模式各自的优点，采用了层次化、模块化的设计手段。利用OPC技术实现了信息网络与控制网络的实时数据交互。设计B/S结构与C/S结构集成的方式实现远程监控。在C/S监控子系统中，利用VC++创建OPC客户端程序并实现对设备数据的实时监控和存储。在B/S监控子系统中，采用动态网页.ASP.NET技术和网络数据库ADO.NET技术实现与实时数据库的数据互访。 经实验表明，B/S与C/S集成系统运行稳定，用户在WEB端能够对远程设备进行实时监测并能对设备进行实时控制，具有可靠的实时性，用户可根据需求对历史数据查询，该监控系统为过程控制远程监控系统提供了一种新的思路，为远程监控技术应用于工业乃至民用监控领域提供了一种新的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2远程监控技术概述

1.2.1远程监控产生背景

1.2.2远程监控系统的分类

1.3远程监控系统国内外发展现状

1.4本课题的研究意义和内容

第2章OPC技术

2.1 OPC的核心技术

2.2 OPC规范

2.2.1 OPC数据存取规范

2.2.2 OPC历史数据存取规范

2.2.3 OPC-XML规范

2.3 OPC数据访问机制

2.3.1同步数据访问方法

2.3.2异步数据访问方法

2.3.3数据订阅方法

2.4 OPC在远程监控中的优势

2.5小结

第3章控制系统实验装置组成

3.1控制系统实验装置组成

3.1.1过程控制系统实验装置组成

3.1.2液位控制系统实验装置组成

3.2控制系统硬件组成

3.2.1 PROFIBUS-DP

3.2.2以太网

3.2.3 PLC系统硬件

3.2.4 PLC硬件组态

3.2.5 PLC通讯组态

3.2.6 MCGS与PLC通讯组态

3.3控制系统软件组成

3.3.1 STEP7 V5.1

3.3.2 SIMATIC NET

3.3.3 MCGS 6.2

3.3.4监控画面组态

3.3.5 PLC液位控制梯形图

3.3.6实验数据的采集和输出

3.4 小结

第4章液位控制系统的系统辨识与控制

4.1液位控制系统的系统辨识

4.1.1单容水箱被控对象的动态数学模型研究

4.1.2双容水箱被控对象的动态数学模型研究

4.1.3液位控制系统的系统辨识实现

4.2 PID液位控制系统实现

4.2.1 PID控制原理

4.2.2基于PID的MATLAB仿真

4.2.3遗传算法的PID整定原理

4.2.4基于遗传算法PID的MATLAB仿真

4.2.5遗传PID控制算法在MCGS中的实现

4.3小结

第5章远程监控系统集成应用研究

5.1远程监控系统体系结构介绍

5.1.1控制网络与信息网络的集成技术

5.2远程监控系统结构设计

5.2.1远程监控系统设计方案

5.2.2远程监控系统实施方案

5.3上位机监控系统

5.4 B/S和C/S系统集成设计与实现

5.4.1数据库实现

5.4.2基于C/S结构监控子系统设计与实现

5.4.3基于B/S结构监控子系统设计与实现

5.5小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2本课研究的局限性和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文