基于以太网及现场总线的过程控制系统实验装置研究

摘要

为使工科学生在校期间受到良好的工程实践锻炼，建设具有实际工程环境的实验室一直是自动化实验室建设的重要目标。由此根据自动化专业及相关专业的教学特点，采用两层网络拓扑结构，开发了基于以太网及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、温度及流量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，以西门子公司的中高档型S7 300／400 PLC为控制器，运用STEP7 V5.1、WinCCV5.1、SIMATIC NET V5.3等软件技术设计了用于实验状态监视、数据采集及通讯、数据记录及处理、数字PID控制及智能控制算法实现的网络控制系统实验教学软件。 针对网络控制系统被控实验装置的特点，本文以液位控制系统实验装置为被控对象，建立了其数学模型并通过参数辨识确定了数学模型传递函数的未知参数；阐述了带死区的积分分离PID控制算法在液位控制系统中的应用，在此基础上提出了BP神经网络PID控制算法，开发了神经网络实验平台，并利用该神经网络训练PID的控制参数。 实验装置集教、学、研于一体，通过这套实验装置，除能够进行经典的以及现代的自动控制理论及工程方面的实验外，还可以实现多种先进控制算法仿真实验。另外，通过这一整套教学实验，学生还可以充分得到生产过程控制系统组成、设计调试和运行等全方位的训练。该套实验装置也为教师和在校研究生提供了一个过程控制系统的研发、实验仿真平台。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章网络控制系统实验装置的组成

第三章网络控制系统的软件功能实现

第四章液位控制系统实验装置数学模型的研究

第五章神经网络PID控制算法实现

第六章结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果