抄纸过程智能监控系统的开发研究

论文摘要

本文以造纸过程中的抄纸工艺流程为对象,设计了基于IPC-PLC的抄纸过程智能监控系统,包括现场PLC程序控制系统、上位计算机监控系统、高级智能控制系统以及它们之间的通讯系统。文中分别介绍了各个系统的硬件配置及其功能的软件实现。该项目现场控制系统采用的是德国SIEMENS公司的S7-300系列PLC做下位控制器,完成数据采集和对生产工艺的控制。运用与之相配的STEP?编程软件,通过STL和LAD编程语言编制了现场PLC的控制程序,从而使纸浆流送、纸机传动、蒸汽供汽、水分定量四个子系统可以按照生产工艺的要求实现自动控制生产流程。运用性能稳定、抗干扰性能好的研华工控机作为监控系统上位机。采用同是SIEMENS公司的WinCC工控组态软件对上位机监控功能进行组态和人机界面的设计,实现现场数据实时记录、显示和监控,设计了工艺流程画面、记录查询画面、报警画面、报表打印画面、参数设定画面、实时曲线显示画面等操作显示画面。针对生产过程中被控对象——水分、定量具有非线性,大滞后、强耦合等特点,采用模糊控制策略并结合专家控制算法对其进行控制,并利用WinCC的全局脚本编程实现此控制算法。并通过MATLAB进行仿真与传统PID控制的仿真结果进行了比较,表明了此控制策略提高了控制精度,满足了生产工艺要求。系统控制室中的上位工控机通过基于TCP/IP协议的工业以太网与下位PLC进行通讯,而下位PLC之间通过MPI进行通信,此控制系统不但发挥了不同设备各自的优势,缩短了工程时间、降低了人力物力消耗,而且可方便与管理控制中心进行联系,实现了管控一体化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 国内外制桨造纸业综合自动化发展概况与趋势
• 1.2 国内外造纸自动化的现状
• 1.3 课题理论和应用方面的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 抄纸过程智能监控系统方案综述
• 2.1 自动控制的系统的技术背景
• 2.2 工业控制网络
• 2.2.1 以太网进入工业控制网络的原因
• 2.2.2 工业以太网的CSMA/CD介质访问控制技术
• 2.3 抄纸过程工艺流程简介
• 2.4 抄纸过程自动控制系统的特点
• 2.4.1 纸张水分定量控制特点分析
• 2.4.2 纸机同步控制特点分析
• 2.5 控制系统方案的选择
• 3 现场级控制系统的开发
• 3.1 系统软硬件选型
• 3.1.1 主要硬件设备选型
• 3.1.2 系统软件配置
• 3.1.3 系统通信
• 3.2 基于STEP-7的PLC程序开发
• 3.2.1 软件模块STEP-7软件简介
• 3.2.2 PLC控制系统硬件组态
• 3.2.3 PLC编辑符号表
• 3.2.4 软件模块
• 4 上位监控软件开发
• 4.1 概述
• 4.2 WinCC简介
• 4.3 WinCC在抄纸过程控制系统中的应用
• 4.3.1 建立抄纸过程控制系统
• 4.3.2 建立WinCC与SIMATIC S7 PLC的通讯
• 4.3.3 建立标签
• 4.3.4 编辑工艺流程画面
• 4.3.5 数据查询
• 4.3.6 报警
• 4.3.7 参数设置
• 4.3.8 设置用户权限
• 4.3.9 设置运行环境
• 5 控制策略的设计与实现
• 5.1 PID控制模块FB41
• 5.1.1 PID控制原理
• 5.1.2 PID控制模块FB41的应用
• 5.2 基于模糊控制和专家系统的智能控制算法开发
• 5.2.1 模糊控制器的基本原理
• 5.2.2 专家控制器的基本原理
• 5.2.3 智能控制器的设计
• 5.3 智能控制算法的实现
• 6 模糊控制系统仿真
• 6.1 建立仿真对象
• 6.2 使用M文件编写模糊PID控制算法和仿真
• 6.3 利用SIMULINK工具箱进行仿真
• 6.3.1 构造FIS编辑器
• 6.3.2 创建模糊PID控制器
• 6.4 利用SIMULINK工具箱和M文件结合进行仿真
• 6.5 仿真与分析
• 6.6 仿真结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢