基于PCS7的模糊-PID控制在水泥过程控制系统中的应用研究

论文摘要

随着水泥企业向大型化、集团化方向发展,控制系统应随之改变,为自动化系统提供统一的技术环境,实现统一的组态、统一的数据管理和统一的数据通信。西门子SMATIC PCS7是新一代基于现场总线的模块化的过程控制系统,它结合了传统PLC控制系统和DCS两者的优点,将两者的功能有机地结合在一起。PCS7系统的所有硬件都基于统一的硬件平台,所有软件也都全部集成在SMATIC程序管理器下,有同样统一的软件平台。PCS7的控制性能高,稳定性好,在大型水泥生产线控制系统中得到了广泛应用。实际的复杂工业过程往往具有高度非线性、强耦合、时变不确定等特点,传统的控制策略和控制方法难以获得满意的控制品质,如PID控制,同一组参数很难满足现场控制的需求,给实际工程带来诸多不便。而目前一些先进的控制理论正逐步引进过程控制中,模糊控制就是其中之一。模糊控制的鲁棒性好,对纯滞后及被控对象参数的变化不敏感,但因其控制规则粗糙容易产生稳态误差。而模糊-PID复合控制既保持了PID控制的稳态误差小、稳定性好的优点,又具有模糊控制自适应和调节速度快的特点,其在具有非线性、大滞后特性的复杂过程控制系统中的应用,能取得良好的控制效果。目前,模糊-PID复合控制得到了学者的广泛研究,并在实际工业控制中取得了较好的控制效果。本文首先分析了新型干法水泥生产工艺和现代水泥生产线控制系统的特点,结合水泥生产线控制系统的设计要求,基于西门子PCS7,从控制系统的硬件组态、网络配置、自动化程序设计以及监控界面组态等方面进行了研究,并以包装子站系统为例,以仓筒料位控制为研究对象,提出了模糊-PID复合控制策略,在Matlab上进行了仿真,仿真结果表明,模糊-PID复合控制的控制效果要明显优于常规PID控制和单纯的模糊控制。与此同时,本文基于PCS7软件平台,采用CFC和模块化编程相结合的编程方式,成功设计了模糊-PID控制模块,并在PCS7的仿真系统PLCSIM中进行了仿真研究。从仿真结果我们可以看出,在PCS7平台下实现Fuzzy-PID复合控制是可行的,对模糊-PID复合控制在其它复杂过程控制系统中的应用,有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的提出
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 水泥生产线控制系统的发展现状与水平
• 1.4 研究的主要内容和主要工作
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 研究方法和技术路线
• 第2章 水泥生产线控制系统的设计要求
• 2.1 水泥工业概况
• 2.2 新型干法水泥生产工艺
• 2.3 现代水泥生产线控制系统的特点
• 2.4 水泥生产线控制系统的设计要求
• 2.5 水泥厂过程控制系统
• 2.5.1 系统概述
• 2.5.2 系统网络结构
• 2.6 本章小结
• 第3章 西门子PCS7过程控制系统
• 3.1 西门子PCS7过程控制系统
• 3.1.1 PCS7简介
• 3.1.2 PCS7的主要特点
• 3.1.3 PCS7应用程序
• 3.1.4 PCS7编程语言
• 3.1.5 CEMAT系统
• 3.2 SIMATIC PCS7控制系统组态
• 3.2.1 硬件组态
• 3.2.2 网络组态
• 3.3 控制系统自动化程序设计
• 3.4 监控界面的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 包装子站系统设计
• 4.1 包装车间概况及功能分析
• 4.2 包装子站系统设计
• 4.2.1 硬件组态
• 4.2.2 网络组态
• 4.2.3 自动化程序设计
• 4.2.4 界面组态
• 4.3 PID控制
• 4.4 模糊—PID复合控制系统
• 4.4.1 模糊控制系统概述
• 4.4.2 模糊控制系统的设计方法
• 4.4.3 模糊控制器的设计
• 4.4.4 模糊-PID复合控制概述
• 4.4.5 模糊-PID复合控制的matlab仿真
• 4.4.6 模糊-PID复合控制的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目情况
• 附录A