基于OPC技术的液位系统网络模糊控制平台研究

论文摘要

随着现代工业日趋大型化和复杂化,对控制系统的要求也越来越高。一方面由于现代工业系统硬件设备越来越多要求系统具有信息开放性和可继承开发性;另一方面由于现代工业过程的复杂性要求控制算法易于实现且不依赖系统的精确模型。针对这一问题,本文提出并设计了一种基于OPC技术的液位系统网络模糊控制平台。本文首先介绍了OPC技术和模糊控制技术的发展和应用现状,阐述了采用OPC技术和模糊控制技术的实际意义。详细说明了模糊控制器和模糊自整定PID控制器的原理和设计过程。在此基础上以固高公司三容水箱系统为控制对象,比较了PID控制、模糊控制和模糊自整定PID三种控制算法的控制效果。由于固高公司的三容水箱系统是一种典型的多变量、非线性系统,利用它可以模拟许多工业过程模型,因此这三种算法在该对象上的控制结果分析可以为我们将算法应用于工业现场提供可靠的经验。接着重点介绍了OPC技术的内核和OPC技术规范,详细说明了基于OPC技术的液位系统多级网络控制平台架构方法。本文采用了现场操作级、工程师站和专家站三级控制网络。不同的操作级别具有不同的操作权限和任务。在现场操作级通过VB程序实现液位数据的采集及控制信号输出,并作为一个OPC数据服务器。在工程师站和专家站都装有罗克韦尔公司的RSView32组态软件,模糊控制算法在工程师站实现,其控制结果通过网络传递给现场操作级以控制被控对象。借助OPC技术液位系统信息在三级网络之间实时共享。VB程序与组态软件之间以及组态软件之间的OPC通信编程方法在论文中都作了详细的说明。最后通过本平台在固高三容水箱液位系统中的应用结果,充分验证了基于OPC技术的网络控制的可实现性,验证了已经开发的模糊控制及模糊自整定PID控制算法的有效性和优异性,为将它们应用于实际工业现场提供了宝贵的调试经验。由于采用了OPC技术,本平台具有较高的开放性和可继承开发性。任何其他研究人员开发不同的控制系统时只需提供相应的软件OPC接口即可,无需再进行繁琐的底层数据通信编程工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 先进控制系统概述
• 1.2 OPC技术简介
• 1.2.1 OPC技术产生的背景
• 1.2.2 OPC技术国内外研究现状
• 1.3 模糊控制技术简介
• 1.3.1 模糊控制技术的产生与意义
• 1.3.2 模糊控制技术研究发展现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 模糊控制算法原理与实现
• 2.1 模糊控制基本工作原理
• 2.1.1 模糊控制器基本结构
• 2.1.2 模糊控制器基本原理与设计步骤
• 2.2 模糊控制系统设计方法
• 2.2.1 模糊控制器结构选取
• 2.2.2 模糊控制器的设计
• 2.3 模糊控制算法在液位控制系统中的应用
• 2.3.1 控制器的论域选择与尺度变换
• 2.3.2 输入输出变量隶属度函数确定
• 2.3.3 液位模糊控制规则建立与查询表计算
• 第三章 模糊自整定PID算法原理与实现
• 3.1 模糊自整定PID控制算法原理与设计
• 3.1.1 引入模糊自整定PID算法的原因
• 3.1.2 模糊PID算法原理与设计步骤
• 3.1.3 模糊PID参数整定原则
• 3.2 模糊自整定PID在液位控制系统中的应用
• 3.2.1 输入输出论域与隶属度的选择
• 3.2.2 自整定规则表的确定与计算
• 第四章 OPC技术基础
• 4.1 COM组件—OPC技术的核心
• 4.1.1 COM的特点
• 4.1.2 COM进行数据交换的方式
• 4.2 OPC技术规范
• 4.3 OPC的对象与接口
• 4.4 OPC数据存取（Data Access）规范
• 4.5 采用OPC技术的必然性
• 第五章 基于OPC技术的液位网络控制系统架构
• 5.1 液位系统介绍
• 5.2 液位系统网络控制总体设计方案
• 5.3 液位系统网络控制软件实现方法
• 5.3.1 液位控制系统数据采集实现
• 5.3.2 组态软件之间的OPC通信方法
• 5.3.3 在RSView32中嵌入复杂控制算法
• 5.3.4 组态软件与数据采集软件OPC通信的方法
• 5.4 液位系统网络模糊控制结果与分析
• 5.4.1 液位系统模糊控制结果与性能分析
• 5.4.2 模糊自整定PID控制结果与性能分析
• 总结与展望
• 1.本文的工作与成果
• 2.今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果