高级多功能过程控制实训系统的Profibus从站通讯及综合控制

摘要

高级多功能过程控制实训系统SMPT-1000是一款适用于控制理论与控制技术研究的半实物仿真装置，该装置能够满足复杂的流程级被控对象的控制策略和方法的设计实施要求。但是在实际工程应用中由于PLC、DCS等控制器所配备的I/O模块通道数量较少，直接影响了组织复杂控制实验的可行性。
　　 针对这一问题，本文提出了一种基于Profibus--RS485通讯协议的连接方式，完成了硬件选型和测试工作。并基于VS2005平台开发了自动化通讯软件。编程语言选用面向对象的C++语言，软件开发流程严格依照UML建模方式进行。
　　 随后在使用该通讯方式的基础上，以SMPT-1000中包含的加热炉工艺单元为被控对象，对热物料的出口温度进行控制。设计了整体的控制和安全解决方案，采用单神经元PID控制器作为加热炉出口温度串级控制系统的主回路控制器，应用CFC、SFC和SCL语言编程实现。并利用WINCC组态软件进行监控画面组态。
　　 通过实验证明，该通讯连接方式解决了SMPT-1000与所有支持Profibus主从站通讯的PLC/DCS之间的通讯连接问题。利用新设计的通讯方式可以达到最大AI点数64个，AO点数64个。完全可以满足高复杂度的过程仿真实验的设计要求。同时，针对加热炉对象设计的整体控制方案表现良好，基础控制系统中采用的单神经元PID控制器控制效果出色，能够对加热炉出口温度进行快速响应和控制。安全相关系统运转正常，能够对故障进行正确响应，提高了安全生产水平。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2高级多功能过程控制实训系统简述

1.2.1设备盘台

1.2.2工业对象说明及教学内容设计

1.3原有半实物仿真装置与PLC／DCS通讯方式简述

1.4本课题的主要内容

第二章 基于Profibus—RS485的通讯方式设计

2.1总体设计

2.2硬件支持

2.2.1 Profibus通讯简述

2.2.2 RS485串口通讯

2.2.3 Profibus-RS485转换器

2.3软件设计与实现

2.3.1软件定义

2.3.2功能描述

2.3.3设计目标

2.3.4技术路线

2.3.5 UML建模

2.3.6人机界面

2.3.7代码实现

第三章 通讯连接

3.1 SMPT-1000通讯准备

3.2与西门子PCS7 BOX通讯测试

3.3与西门子S7-300PLC通讯测试

3.4常见故障及解决方案

第四章 综合控制方案设计

4.1加热炉对象描述

4.1.1加热炉对象工艺流程描述

4.1.2加热炉对象工艺过程简介

4.2基础过程控制系统(BPCS)

4.2.1燃料量、空气量比值控制

4.2.2物料A出口温度控制

4.2.3单神经元PID控制器改进和实现

4.2.4物料A进料流量单回路控制

4.2.5烟气含氧量闭环控制

4.2.6炉膛负压前馈——反馈控制

4.2.7加热炉燃烧系统综合控制方案

4.2.8开车顺序控制

4.2.9停车顺序控制

4.3安全相关系统

4.3.1安全相关系统设计步骤

4.3.2加热炉装置安全分析与防护层设计

4.3.3安全相关系统设计

4.4控制方案实施

4.4.1控制器选型

4.4.2输入输出配置

4.4.3控制功能实施

4.4.4监控功能实施

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致 谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介