电力电容器真空浸渍监控系统的设计与实现

摘要

智能控制是在人工智能、认识科学、自动控制和现代控制理论等多学科基础上发展起来的新兴交叉学科，它是自动控制技术的最新发展阶段。现场总线控制系统（FCS）是随着微电子技术、计算机技术、网络技术的发展，并结合先进的控制理论，顺应现代工业控制的要求而发展的产物。它是一种基于现场总线的计算机控制技术，是一种全分散、全数字、全开放的控制系统，特别适用于工业过程控制，制造业及楼宇自动化等领域。是21世纪计算机控制系统的主流。 本文概述了现场总线的概念、体系结构以及特点，分析了几种主要的现场总线。并根据合作单位（桂林市电力电容器有限责任公司）的真空浸渍车间的实际情况，与国外几种常用FCS进行分析比较后，采用基于FCS的智能仪表，设计了基于AIFCS的电力电容器真空浸渍监控系统。该系统既能现场监控，也能远程操作，具有安全可靠，成本低、功能强等特点。 基于AIFCS的真空浸渍监控系统由现场监控层、操作站和远程监控层构成。现场监控层包括有现场智能仪表及总线模块，主要完成现场数据的采集和简单的控制，并通过总线与操作站进行通讯。操作站主要是工业计算机，能实现对各个真空罐的状态进行监控，并执行复杂的数据分析和控制策略。远程控制则是利用基于ARM的技术，在远程利用网络对现场设备进行监控。 现场仪表设计主要包括以AT89S52为CPU的核心模块、显示电路模块、系统存储模块、系统输入输出模块、通讯模块等，本文对主要的功能电路进行详细的分析设计。 系统软件则是以VC＋＋6.0为平台，根据AIBUS协议，自主开发上位机的全部监控系统，其中包括有实时通信系统、仪表设置系统、智能算法系统、数据记录系统、报警系统、历史数据描绘系统以及真空罐工作流程图等。各系统模块独立设计，协调工作。 本文提出一种改进PSO（粒子群优化算法）整定PID的方法，并通过理论分析及仿真，证明方法的有效性。 同时，利用人工智能方法，设计开发了一种结合模糊控制技术的PID控制——模糊自适应PID控制（FAPID）。该控制技术既具有模糊控制自适应能力强，动态特性好的优点，又具备PID控制简单、灵活、静态稳定性好的优点。通过理论分析、仿真以及实际测试，证明该算法不仅控制精度高，过渡时间短，超调量小，而且还具有自适应和自学习功能，具有良好的动态和稳态性能。 通过对仿真和实验测试结果的分析，本系统的各项性能指标均符合电力电容器真空罐浸渍的设计要求，并且具有很好的稳定性和较高的精确度。