| 【中文题名】 | 基于PROFIBUS现场总线的聚合温度控制系统研究与开发 |
| 【英文题名】 | Research and Development of Polymerization Temperature Control System Based on PROFIBUS |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-4-29 |
| 【中关键词】 | 聚合反应,PROFIBUS,温度控制,模糊自适应PID,iFIX,PLC |
| 【英关键词】 | Polymerization,PROFIBUS,Temperature control,Fuzzy adaptive PID,iFIX,PLC, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>自动控制、自动控制系统>计算机控制、计算机控制系统 |
| 【论文摘要】 | 目前聚合物生产中的聚合反应主要是在间歇式反应釜中进行的。聚合反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂，系统具有较大的时变性、非线性和时滞性，难以建立精确的数学模型。而反应温度是影响聚合反应最重要的参数之一，研究聚合反应温度的相关控制方法，以提高产品的产量和质量，对化工生产具有十分重要的意义。
本文以国家“863”计划的某化工生产项目为背景，设计了一套基于PROFIBUS-DP现场总线的聚合温度控制系统。系统采用了IPC-PLC模式的分布式结构，由上位机操作站，下位机控制站和现场仪表三部分组成。上位机由工控机、iFIX组态软件和后台数据库构成，负责对整个生产过程的监控。下位机采用了西门子S7-300 PLC，它和现场仪表共同完成对现场的控制和数据采集。该控制系统具有良好的人机界面，易于操作和使用，能够形象、直观地反映现场的实际工况。
在控制算法方面，通过对聚合反应釜传热特性的分析，总结出被控对象的特性，提出了一种按温度分档的智能复合控制方案。讨论了控制策略的可行性，给出了详细的分析步骤和控制算法，同时对常规PID和模糊自适应PID控制策略进行了比较论证和仿真分析。研... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
5-6 |
|
Abstract |
6-9 |
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第一章 绪论 |
9-18 |
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1.1 引言 |
9 |
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1.2 聚合工艺介绍 |
9-13 |
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1.2.1 反应釜的结构和工作原理 |
10-11 |
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1.2.2 温度对反应速率的影响 |
11-12 |
|
1.2.3 聚合反应过程分析 |
12-13 |
|
1.3 化工自动化发展现状 |
13-16 |
|
1.3.1 化工过程控制系统的发展 |
13-15 |
|
1.3.2 过程控制策略与算法的发展 |
15-16 |
|
1.4 本论文的主要工作及结构安排 |
16-18 |
|
1.4.1 本论文的主要工作 |
16 |
|
1.4.2 本论文结构安排 |
16-18 |
|
第二章 系统总体方案 |
18-31 |
|
2.1 PLC概述 |
18-19 |
|
2.1.1 PLC工作原理 |
18-19 |
|
2.1.2 PLC的优点和性能指标 |
19 |
|
2.2 系统总体结构 |
19-22 |
|
2.2.1 系统软硬件选型 |
19-21 |
|
2.2.2 系统结构图 |
21-22 |
|
2.3 监控系统的功能与要求 |
22-23 |
|
2.4 控制方案选择 |
23-30 |
|
2.4.1 常规PID控制 |
24-26 |
|
2.4.2 模糊控制 |
26-29 |
|
2.4.3 聚合釜温度控制方案 |
29-30 |
|
2.5 本章小结 |
30-31 |
|
第三章 PROFIBUS现场总线设计 |
31-44 |
|
3.1 现场总线概述 |
31-34 |
|
3.1.1 现场总线的技术特点 |
31-32 |
|
3.1.2 现场总线的分类 |
32-34 |
|
3.2 PROFIBUS现场总线介绍 |
34-41 |
|
3.2.1 PROFIBUS协议结构 |
34-35 |
|
3.2.2 PROFIBUS总线存取协议 |
35-37 |
|
3.2.3 PROFIBUS传输技术 |
37-38 |
|
3.2.4 PROFIBUS-DP |
38-41 |
|
3.3 PROFIBUS现场总线设计 |
41-43 |
|
3.3.1 软件和硬件组成 |
41 |
|
3.3.2 PROFIBUS-DP网络连接 |
41-42 |
|
3.3.3 PROFIBUS-DP网络组态设置 |
42-43 |
|
3.4 本章小结 |
43-44 |
|
第四章 模糊自适应PID控制器设计与仿真 |
44-61 |
|
4.1 模糊自适应PID控制器的设计 |
44-51 |
|
4.1.1 模糊自适应PID控制器的结构 |
44 |
|
4.1.2 模糊自适应PID控制器的设计步骤 |
44-45 |
|
4.1.3 模糊自适应PID控制器的整定原则 |
45 |
|
4.1.4 模糊控制规则设计 |
45-49 |
|
4.1.5 模糊合成推理算法 |
49-50 |
|
4.1.6 模糊自适应PID控制器初始参数的整定 |
50 |
|
4.1.7 模糊自适应PID控制算法 |
50-51 |
|
4.2 系统对象模型的描述和分析 |
51-55 |
|
4.2.1 聚合反应釜对象模型的推导 |
51-54 |
|
4.2.2 副回路的等效模型 |
54 |
|
4.2.3 系统模型参数的确定 |
54-55 |
|
4.3 仿真实验与分析 |
55-60 |
|
4.3.1 MATLAB仿真实验 |
55-59 |
|
4.3.2 分析与结论 |
59-60 |
|
4.4 本章小结 |
60-61 |
|
第五章 系统软硬件实现 |
61-84 |
|
5.1 上位机监控系统设计 |
61-71 |
|
5.1.1 iFIX组态软件介绍 |
61-62 |
|
5.1.2 iFIX监控功能的实现 |
62-71 |
|
5.2 PLC程序的设计 |
71-80 |
|
5.2.1 STEP7概述 |
71-73 |
|
5.2.2 系统硬件组态 |
73-74 |
|
5.2.3 系统程序设计 |
74-80 |
|
5.3 基于OPC的iFIX与S7-300的通信 |
80-83 |
|
5.3.1 OPC技术介绍 |
80-81 |
|
5.3.2 iFIX与S7-300通信的实现 |
81-83 |
|
5.4 本章小结 |
83-84 |
|
第六章 总结与展望 |
84-86 |
|
6.1 全文总结 |
84-85 |
|
6.2 展望 |
85-86 |
|
参考文献 |
86-89 |
|
致谢 |
89 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.382655 |
