开放式控制系统的研究——基于CC-Link的感应热处理生产线的控制系统设计与实现

作     者：冯培培 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：殷苏民;王勇

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：开放式控制 CC-Link 感应热处理 变结构控制 

摘      要：随着工业自动化技术的发展,传统的控制系统结构已不能满足现代工业生产要求,因此,越来越多的业内人士和用户开始逐渐关注开放式控制系统的研究,从而增强控制系统的可重构性和可扩展性。感应热处理生产线的自动化属于典型的工业过程控制,目前所采用的传统方法不仅控制结构落后,而且控制算法的精度不高,温度变化过程中经常出现时滞和超调现象。针对这些问题,本文研究并设计了基于CC-Link开放式现场总线的控制网络结构,配合现代控制理论,将其应用到感应热处理生产线上。 本文在介绍了感应热处理生产工艺流程的基础上,对系统的自动控制要求进行了分析,确定控制网络结构,提出本系统分为两个层次,一是上位机监控系统,二是基于CC-Link开放式现场总线的下位机PLC控制系统。文中分别对这两部分系统的功能进行了深入分析并分工,给出总体设计方案及硬件配置。 针对感应加热电炉反应滞后的问题,运用现代控制理论,建立中频感应加热电源的数学模型,提出变结构控制策略:当感应加热处于初始阶段或偏离误差精度范围较大时,采用最小时间控制,保证系统的动态品质;当感应加热处于较为稳定状态或处于误差精度范围之内时,采用PID控制,保证系统的稳态精度。采用Matlab仿真验证了该控制算法的有效性和可行性。 最后,完成基于CC-Link的现场级PLC系统和上位工控机监控系统的软件设计。系统调试结果证明整个控制系统工作稳定,抗干扰能力强,安全性、可靠性高,满足用户要求。