基于NetLinx的过程控制实验平台的研究

摘要

现场总线是一种目前在自动化领域应用非常广泛的网络技术，具有开放性、分散性、现场环境高度适应性等优点。NetLinx网络架构作为新兴技术，实现了网络之间信息路由无缝连接，已经广泛应用于工业控制领域。
　　论文针对自动化及相关专业的实践教学需求特点，模拟工业生产过程现场实际应用的控制系统的结构形式，搭建了基于EtherNet/IP(以太网)和DeviceNet(设备网)现场总线的过程控制实验平台。过程控制实验平台采用CompactLogix系统，以实验用水箱和电阻炉为控制对象，完成了整体布局设计、硬件接线、下位机程序编写、监控系统的设计、NetLinx工业通讯网络的规划和实验调试等工作。针对网络过程控制实验装置的特点，论文以过程控制实验平台中双容水箱为主要研究对象，设计了串级控制系统。通过RSLinx和RSNetWorx建立控制系统设备间的通讯，实现了现场情况的实时监控、报警。
　　过程控制实验平台采用增量式PID控制算法控制水箱液位。针对增量式PID控制算法超调大、调节时间长等缺点，本文采用模糊PID控制算法及基于遗传算法的模糊PID控制算法，并通过MATLAB进行仿真，结果表明基于遗传算法的模糊PID控制算法能很好地能改善控制系统的稳定性，弥补模糊PID控制算法和增量式PID控制算法的不足。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 现场总线控制系统

1．3．1 现场总线控制系统的发展概况

1．3．2 现场总线控制系统的特点

1．3．3 现场总线系统的组成

1．4 工业以太网技术概况

1．4．1 目前流行的几种工业以太网协议

1．4．2 工业以太网的技术优势

1．4．3 工业以太网应用工业控制的关键技术

1．4．4 EtherNet／IP优点

1．5 本文研究的主要内容及论文结构

第2章 NetLinx网络架构

2．1 NetLinx网络架构概述

2．2 CIP

2．2．1 CIP协议概述

2．2．2 CIP网络结构

2．2．3 CIP对象模型和设备描述

2．2．4 CIP通讯机制

2．3 DeviceNet

2．3．1 DeviceNet概述

2．3．2 DeviceNet网络模型

2．3．3 DeviceNet组网

2．4 ControlNet

2．4．1 ControlNet概述

2．4．2 ControlNet技术特点

2．4．3 ControlNet组网

2．5 EtherNet／IP

2．5．1 EtherNet／IP网络概述

2．5．2 EtherNet／IP网络模型

2．5．3 EtherNet／IP组网

2．6 过程控制实验平台改造方案

2．7 本章小结

第3章 过程控制实验平台控制算法

3．1 PID控制算法

3．1．1 模拟PID控制器

3．1．2 数字PID控制原理

3．2 模糊控制的基本原理

3．2．1 模糊控制概述

3．2．2 模糊控制器的结构

3．2．3 模糊PID控制器的结构

3．2．4 模糊PID控制器的原理

3．3 遗传算法的基本原理

3．3．1 遗传算法概述

3．3．2 遗传算法的基本操作

3．3．3 遗传算法的应用步骤

3．4 本章小结

第4章 过程控制实验平台设计

4．1 过程控制平台介绍及改造方案

4．2 双容水箱液位的串级控制

4．2．1 工艺流程

4．2．2 串级控制系统结构图

4．3 系统硬件设计

4．3．1 实验控制系统接线

4．3．2 系统硬件组态及网络组态

4．4 试验平台软件

4．4．1 过程控制系统下位机软件

4．4．2 过程控制系统上位机软件

4．5 本章小结

第5章 改进的模糊PID控制算法在实验平台中的应用

5．1 引言

5．2 液位控制系统建模

5．3 PID控制算法

5．4 模糊PID控制器设计

5．5 基于遗传算法的模糊PID控制算法的研究及应用

5．5．1 改进的模糊PID算法的基本思想

5．5．2 改进的模糊PID控制算法流程

5．5．3 改进的模糊PID控制参数寻优过程

5．5．4 仿真结果分析

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢