基于EtherNet/IP的网络控制系统实验平台设计

论文摘要

针对网络控制系统的特点和现状,本文设计了基于EtherNet/IP的网络控制系统,将目前最流行的工业以太网EtherNet/IP应用于过程控制中进行流量控制,并将具有单神经元PID控制器应用于此控制系统中。本文的主要思路为通过工业以太网协议(EtherNet/IP),对工业现场中的工业控制设备PLC和变频器等节点进行通信,实时传递数据,进行数据处理。具体实施为将水泵的流量采集到MicroLogix1500PLC中的模拟量模块中,然后进行参数整定,将其整定在个可以控制的整数范围内,将该数据进行处理,然后进行网络传输,传到ControlLogix5550PLC中。这个过程是通过罗可韦尔有名的EtherNet/IP协议进行通信,最后将该数据传到PowerFlex40变频器中,通过调节频率进行数据的二次控制,最后将数据反馈到模拟量模块中,进行闭环控制。结果表现为控制速度快,而且准确率高。能很快达到控制要求,随意加入扰动后,也能快速恢复到初始状态。最后用Matlab语言中的Simulink工具箱对控制器进行了加入神经元PID算法改进的仿真。得到了明显的控制效果。论文的主要技术体现在数据的神经元PID控制上和工业以太网的数据传输上。加入了带神经元的PID算法后,控制结果明显改善,同时,由于采用了罗可韦尔EtherNet/IP协议进行数据传输,使得数据传输过程中出现的传输错误、时延、数据包大小等问题都得到了明显的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 网络控制系统概述
• 1.2.1 网络控制系统的特点
• 1.2.2 网络控制系统的拓扑结构
• 1.2.3 网络控制系统的研究内容
• 1.2.4 网络控制系统的研究方法
• 1.3 网络控制系统的研究现状和发展前景
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 EtherNet/IP协议
• 2.1 EtherNet/IP概述
• 2.2 EtherNet/IP原理
• 2.2.1 TCP/IP协议
• 2.2.2 通用工业协议CIP
• 2.3 EtherNet/IP优点
• 第3章 EtherNet/IP网络控制系统实验平台设计
• 3.1 EtherNet/IP网络系统实验平台设计
• 3.1.1 基于EtherNet/IP网络系统设计方案
• 3.1.2 实验平台
• 3.1.2.1 现场试验平台
• 3.1.2.2 系统试验平台
• 3.2 ControlLogix 5550和MicroLogix1500介绍
• 3.2.1 ControlLogix5550特性简介
• 3.2.1.1 ControlLogix 5550特点
• 3.2.1.2 ControlLogix5550性能
• 3.2.2 MicroLogix1500特性简介
• 3.3 PowerFlex40变频器的EtherNet/IP网络控制
• 3.3.1 PowerFlex40变频器特性简介
• 3.3.2 PowerFlex40变频器的EtherNet/IP参数设置
• 3.4 流量控制系统
• 3.4.1 水循环系统
• 3.4.2 流量闭环控制系统
• 3.5 系统实验组态和编程与通信
• 3.5.1 系统实验组态
• 3.5.2 系统实验的编程与通信
• 第4章 基于单神经元PID控制器的设计
• 4.1 PID控制的特点及其与神经元网络的结合
• 4.1.1 传统PID控制的特点
• 4.1.2 神经元网络和PID控制相结合的研究现状
• 4.2 单神经元PID的结构和算法
• 4.2.1 单神经元PID结构
• 4.2.2 单神经元PID算法
• 第5章 控制系统仿真
• 5.1 MATLAB/Simulink简介
• 5.1.1 模型定义
• 5.1.2 神经元PID仿真效果
• 5.1.3 传统PID控制效果
• 5.2 仿真结果比较与分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢