基于现场总线的水库闸门控制系统的研究

论文摘要

某水库闸门控制系统改造项目是该水库2007年的重大技术改造项目,作为该项目的子课题闸门控制系统的研究是该项目的重要组成部分。本论文以远程监控系统的开发和电液比例系统应用为研究背景而展开工作的,具有一定的实用价值。论文对现场总线技术做了全面、系统的介绍,着重分析了PROFIBUS现场总线的技术特点和优势；并对应用PROFIBUS,总线枝术构建控制网络所要注意的问题以及几种典型的PROFIBUS控制网络结构类型进行了探讨。使用PROFIBUS通信协议完成工控机与PLC之间的通信,并研究其配套软件WinCC应用和系统配置等问题。该系统的执行机构为电液比例系统,采用位移反馈,设计符合要求的闭环电液比例系统。用传递函数的方法建立动态系统的数学模型,对模型进行分析,对建立的数学模型进行PID神经网络控制,最后再用MATLAB软件对结果加以仿真。最后通过仿真结果和实验表明建立的数学模型和控制系统的设计是正确的,PID控制策略是很有效的控制方法,且系统通信正常。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与目的
• 1.2 现场总线综述
• 1.2.1 现场总线的特点和优点
• 1.2.2 现场总线国内外发展现状
• 1.2.3 现场总线的展望
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 PROFIBUS现场总线技术的研究
• 2.1 现场总线技术概貌
• 2.1.1 现场总线的概念
• 2.1.2 现场总线技术产生的意义
• 2.2 PROFIBUS现场总线简介
• 2.2.1 PROFIBUS的基本型式
• 2.2.2 PROFIBUS系统的组成
• 2.3 PROFIBUS各层协议分析
• 2.3.1 PROFIBUS的协议结构
• 2.3.2 物理层
• 2.3.3 数据链路层
• 2.3.4 应用层
• 2.4 PROFIBUS的传输技术
• 2.5 PROFIBUS总线的拓扑结构
• 2.5.1 PROFIBUS电气接口网络
• 2.5.2 PROFIBUS光纤接口网络
• 2.6 PROFIBUS-DP技术简介
• 2.6.1 PROFIBUS-DP的概念
• 2.6.2 PROFIBUS-DP的基本功能
• 2.6.3 PROFIBUS-DP的组成
• 3.7 PROFIBUS-DP在水库闸门控制系统的应用
• 第3章 水库闸门远程监控系统的设计
• 3.1 远程监控的技术基础
• 3.1.1 远程监控的方式
• 3.1.2 远程监控的设备接入技术
• 3.1.3 WinCC组态软件介绍
• 3.2 利用WinCC实现监控自动化
• 3.2.1 WinCC与PLC数据通信
• 3.2.2 监控界面的设计
• 3.3 WinCC组态步骤
• 3.3.1 建立项目
• 3.3.2 组态变量
• 第4章 基于电液比例技术的系统建模
• 4.1 电液比例技术简介
• 4.1.1 电液比例技术基本概念
• 4.1.2 电液比例技术发展概况
• 4.1.3 电液比例控制系统的组成
• 4.1.4 电液比例控制系统的分类
• 4.2 水库闸门液压系统的设计与建模
• 4.2.1 水库闸门液压系统设计
• 4.2.2 液压系统的建模
• 4.3 阀控非对称液压缸其他环节模型的建立
• 4.3.1 阀控非对称液压缸系统方框图
• 4.3.2 比例放大器和零阶保持器传递函数
• 4.3.3 比例阀传递函数的确定
• 第5章 控制系统的仿真与分析
• 5.1 液压系统的仿真概述
• 5.1.1 液压系统仿真的意义和目的
• 5.1.2 仿真环境简介
• 5.2 水库闸门系统模型仿真参数确定
• 5.2.1 比例放大器的增益
• 5.2.2 液压油液参数的确定
• 5.2.3 比例阀传递函数的确定
• 5.2.4 液压缸传递函数的确定
• 5.3 比例系统的特性分析
• 5.3.1 比例系统的开环传递函数
• 5.3.2 系统开环伯德图
• 5.3.3 系统的瞬态响应
• 5.4 PID控制器
• 5.4.1 PID简介
• 5.4.2 PID控制器原理
• 5.5 神经网络控制与仿真
• 5.5.1 概述
• 5.5.2 基于BP神经网络的PID整定
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录