开放式控制系统的研究——基于CC-Link的感应热处理生产线的控制系统设计与实现

摘要

随着工业自动化技术的发展，传统的控制系统结构已不能满足现代工业生产要求，因此，越来越多的业内人士和用户开始逐渐关注开放式控制系统的研究，从而增强控制系统的可重构性和可扩展性。感应热处理生产线的自动化属于典型的工业过程控制，目前所采用的传统方法不仅控制结构落后，而且控制算法的精度不高，温度变化过程中经常出现时滞和超调现象。针对这些问题，本文研究并设计了基于CC-Link开放式现场总线的控制网络结构，配合现代控制理论，将其应用到感应热处理生产线上。
　　 本文在介绍了感应热处理生产工艺流程的基础上，对系统的自动控制要求进行了分析，确定控制网络结构，提出本系统分为两个层次，一是上位机监控系统，二是基于CC-Link开放式现场总线的下位机PLC控制系统。文中分别对这两部分系统的功能进行了深入分析并分工，给出总体设计方案及硬件配置。
　　 针对感应加热电炉反应滞后的问题，运用现代控制理论，建立中频感应加热电源的数学模型，提出变结构控制策略：当感应加热处于初始阶段或偏离误差精度范围较大时，采用最小时间控制，保证系统的动态品质；当感应加热处于较为稳定状态或处于误差精度范围之内时，采用PID控制，保证系统的稳态精度。采用Matlab仿真验证了该控制算法的有效性和可行性。
　　 最后，完成基于CC-Link的现场级PLC系统和上位工控机监控系统的软件设计。系统调试结果证明整个控制系统工作稳定，抗干扰能力强，安全性、可靠性高，满足用户要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1开放式控制系统概况

1.1.1开放式系统的由来

1.1.2开放式控制系统的概念与特点

1.1.3开放式控制系统的发展状况

1.2 CC-Link总线技术

1.3本课题的研究目的和意义

1.4本课题的研究内容

第二章感应热处理生产线的控制系统设计

2.1开放式控制系统结构

2.2感应热处理生产线系统要求

2.2.1感应热处理生产线简介

2.2.2系统要求分析

2.3感应热处理控制系统的结构设计

2.3.1控制系统的功能分析

2.3.2感应热处理生产线控制系统的总体设计方案

2.4控制系统的硬件配置

2.4.1上位机设备的硬件配置

2.4.2基于CC-Link的下位机PLC控制系统的硬件配置

2.4.3执行端的硬件配置

2.5系统的组装

2.6本章小结

第三章系统温度控制策略的研究

3.1控制策略的选择

3.2变结构控制

3.2.1变结构控制的定义

3.2.2变结构的基本控制方法

3.3 PID控制

3.4最小时间控制

3.4.1最优控制介绍

3.4.2最小时间控制的设计

3.5系统控制器设计与仿真验证

3.5.1系统控制器的设计

3.5.2仿真验证

3.6本章小结

第四章下位机系统软件设计

4.1开放式CC-Link总线通信原理

4.2开放式CC-Link系统参数设计

4.3下位机PLC程序设计

4.3.1主站PLC程序设计

4.3.2远程设备站PLC程序设计

4.4本章小结

第五章上位机系统的控制软件设计

5.1软件开发环境介绍

5.2上位机监控系统总体设计

5.3系统监控软件的实现

5.3.1系统人机交互界面设计

5.3.2与下位机通信功能的实现

5.3.3控制功能的实现

5.3.4温度曲线绘制及打印功能的实现

5.4本章小结

第六章系统的抗干扰措施与调试

6.1系统的抗干扰措施

6.2系统调试

6.2.1调试内容

6.2.2调试结果

6.3本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2 工作展望

参考文献

致 谢

读研期间发表的论文