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SIMULATION PLATFORM DESIGN OF PROCESS CONTROL SYSTEM A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Wang Lihan Supervisor: Professor Tao Anli College of Information and Electrical Engineering May 2009 声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date: 山东科技大学硕士学位论文摘要 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘 要 本文以过程控制系统为对象，选用 C8051F020 单片机设计了用于实现虚拟样机 和通用控制器的硬件平台，并开发相应的仿真程序和控制程序，开展了过程控制系 统仿真平台的设计与开发。 论文首先对过程控制系统进行了介绍，对过程控制系统仿真平台的设计需求进 行了分析，在此基础上对过程控制系统仿真平台进行了系统功能设计。 然后，论文分析了过程控制系统仿真平台的硬件组成和设计预期目标，对虚拟样机 和通用控制器的硬件平台进行了设计。详细介绍了存储器扩展与时钟电路模块设计、 模拟量输入通道模块设计、模拟量输出通道模块设计以及电源模块设计，并给出了 部分电路原理图。 在完成过程控制系统仿真平台硬件设计的基础上，分别对于两种典型的过程控 制系统，即双螺杆挤出机控制系统及化工反应釜温度控制系统进行了软件设计。文 中分别详细介绍了这两种系统的虚拟样机所需实现的功能和采用的仿真算法，以及 控制系统所分别采用的控制算法。同时给出了上位机对于控制效果的监控画面：包 括实时温度曲线、实时电机转速曲线、参数设计定与显示画面等。 实验结果表明，本文设计的虚拟双螺杆挤出机和虚拟反应釜具有反应灵敏、控 制方便、可扩展能力强等优点。所给虚拟样机一个既可用于实验教学又可用于高级 算法研究的过程控制系统仿真平台。 关键词：过程控制、虚拟样机、通用控制器、C8051F020 单片机、仿真算法 ABSTRACT The process control system is selected as the research object of this paper. And C8051F020 single-chip is used for the hardware platform design of the virtual prototype and the general controller. With the hardware platform and the exploitation of the corresponding simulation program and control program, the simulation platform of process control system is designed and exploited. First, the process control system is introduced and the design requirement of the simulation platform is analyzed in the paper. And then the system function design of the simulation platform is implemented. Basing on the analysis of the main