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随着计算机和网络技术的迅速发展,过程控制领域正在经历从传统的控制系统到以网络化为特征的控制系统的转变,出现了新的控制系统—网络化控制系统。本文通过设计一个基于基金会现场总线技术和以太网技术的网络化过程控制系统,一方面可以为我校师生提供学习网络控制技术的实验平台,帮助我校师生学习和实践当前先进的控制技术;另一方面也为我们在网络环境下控制系统的设计、控制算法的改进与创新的研究提供了软硬件支持。
本文首先阐述了网络化控制技术的基础理论,说明集散控制系统、现场总线控制系统以及以太网控制技术都属于网络控制系统的范畴。重点对现场总线技术和以太网技术加以分析,分别从两者的产生、发展、特点以及比较这几个方面进行了概述,并且针对技术特点和通信系统两个方面深入介绍了基金会现场总线。同时说明了以太网应用于工业控制的可行性。
然后,本文对工业控制中广泛运用的PID控制算法进行了剖析,考虑到PID参数优化整定中遇到的难题,我们引入了遗传算法对PID参数进行整定。
最后根据实际需要,我们进行了基于基金会现场总线技术与以太网技术的网络化控制技术实验系统的软硬件平台的设计。硬件平台重点阐述了系统的整体硬件设计、现场模型装置的硬件选用和网络控制系统的硬件安装,软件方面首先介绍了虚拟仪器技术和LabVIEW语言,然后分别从软件组态和上位机编程两个方面进行了设计,完成了信号采集和设定子程序、上位箱液位控制子程序和上位机监控界面的设计。最后以上位箱液位控制实验为例,采用了常规PID控制算法和基于遗传算法的PID控制算法进行了液位控制实验,对两种算法的控制效果进行了分析比较。