工业控制计算机(简称工控机)在计算机控制领域占据越来越重要的地位，在基于工控机的控制系统中，基本上都采用组态软件实现系统的开发和监控。目前，较为流行的工控组态软件有Heuristics公司的ONSPEC、Intellution公司的Fix、Wonderware公司的InTouch、昆仑通态公司的MCGS以及亚控公司的组态王等。工控组态软件具有丰富的图形功能、强大的与硬件通信的能力、灵活的可组态性和良好的可开发性，但它计算能力较弱，难以实现复杂的控制算法。随着工业现场生产规模的扩大和过程复杂程度的提高，简单的用组态控制系统由于其控制算法的局限性已经不能满足工业生产的需求，因此出现了将先进控制算法嵌入到组态软件中扩展其控制功能的方法,目的是使组态软件的控制功能更强大以更好的适应工业控制系统的需求。
本次设计选用的组态软件是InTouch。 InTouch是美国Wonderware公司出品的专业组态软件。它具有可视化编程、使用简单、组态灵活、组网方便、与流行的数据库有良好的接口、可以和许多应用程序很好的协同工作等优点。但是由于其在控制算法上的局限性，需要引入先进控制算法以扩展其控制功能。
先进控制是对那些不同于常规的回路控制，并且具有比常规控制更好控制效果的控制策略的统称。它的任务是解决用传统的控制方法无法解决的问题.本次设计选用的先进策略是模糊控制，在MATLAB 6.5的环境下实现。
MATLAB和InTouch通过动态数据交换协议DDE来进行二者之间的数据交换。InTouch实现现场数据的采集并通过DDE传送到MATLAB中进行计算后再将计算结果传回到InTouch中，以实现两者之间的数据交换。
本文以组态软件InTouch 9.5和MATLAB 6.5为平台，主要涉及的内容有:组态画面的总体结构设计，模糊控制算法及其在MATLAB下仿真，组态软件和MATLAB之间的DDE通信等等。具体安排如下：第一章 绪论，主要介绍了课题的意义及研究背景。第二章组态软件的扩展方法，简单介绍了几种常见的扩展组态软件的方法。第三章： InTouch中模糊控制功能的扩展，主要介绍了模糊控制理论的发展，原理以及如何在组态软件中实现模糊控制算法。第四章： InTouch模糊控制功能扩展的具体实施，主要介绍了针对一个确定的对象的具体方案的实施。第五章：仿真结果分析，通过仿真分析结果是否与预期结果符合，是否达到控制效果。第辣章：结论，总结设计过程中出现的问题并得出结论。
1.1 课题的意义与研究的背景
现代工业的飞速发展，促进了工业控制的专业化，系统化，现代的生产方式对工业控制系统提出了很高的要求，不仅仅是需要高度的智能化、还有很强的综合性、稳定性。自进入20世纪90年代以来，自动化技术发展很快，作为自动化技术重要组成部分的过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济社会效益等方面起着巨大的作用。
工业现场的智能控制系统的一项主要任务就是实时的监控工业现场的每个状态，并通过判断其状态变化趋势来下达控制指令，达到稳定生产、保证产品质量、节能增效的目的.对于大型的智能控制系统还有总体调度优化控制的任务，因此智能过程控制系统在工业生产中起着至关重要的作用，对智能过程系统的开发与研究具有重大的实用价值。
组态软件是近几年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具。它是一类关于数据采集和过程控制的专用软件，是自动化控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多变的组态方式提供良好的用户开发界面和间接的使用方法，它将硬件系统上的工程化特点引入到软件设计中来，使软件设计呈现出工程化特点。开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态(硬件配置)、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作。然而由于生产规模的扩大和过程复杂程度的提高，工业控制软件面临着巨大的挑战，那就是要集成数量和种类不断增多的现场信息。组态软件其控制算法功能比较缺乏，往往只能实现独立的单回路PID调节和开关量的时序控制，对整个系统多参数综合优化控制问题二次开发困难。因此组态最大缺陷在于它算法处理上功能不强，难于二次开发，很多工业现场不能直接简单的用组态系统满足要求，无法满足目前工业实时现场控制的要求。如何利用更好的算法开发工具，与工业软件结合起来以实现更加复杂的过程控制，把现有的成熟控制算法很快的应用到现场，是一个需要急切解决的问题。因此，使先进控制算法在工业监控中实现有十分重要的意义。
如果要在工业控制中应用高级算法的话，会涉及到矩阵处理、数学运算和一些图形操作，这时开发人员只能将许多精力放在基础的数据的读取和计算上。由于没有标准的计算子程序库和函数库的支持，这种开发工作是冗长而易于出错的，更不用说复杂的数学运算了。MATLAB是MathWorks公司开发的一款致力于为开发人员提供可靠的矩阵运算函数库，简化算法处理中的矩阵运算和数学计算的软件。它的首创者Moler博士把它命名为MATrixLABoratory(矩阵实验室)。由于采用了开放式的开发思想MATALB不断吸收了各学科领域权威人士编写的应用程序。目前，MATLAB是信号处理和图形图像处理首选的软件之一，集数值分析、矩阵运算、信号处理、系统仿真和图形处理于一体，拥有大量稳定可靠的函数库，及规模庞大、覆盖面极广的三十多个工具箱，其内容包括最基本的初等函数，大量复杂的高级函数和算法，如贝赛尔(Bessel)函数、快速傅立叶变换、矩阵逆运算等;还有通讯(Communications)、控制系统(Control System)、曲面拟合(Curve Fiting)、信号处理(Signal Processing)、图像处理(Image Processing)、小波分析(Wavelet).鲁棒控制(Robust Control)、系统辨识(System Identification)、非线性控制(Non-linear Control)、模糊逻辑(FuzzyLogic)、神经网络(Neural Network)、优化理论(Optimization)、统计分析(Statistics).虚拟现实(Virtual Reality)等大量现代工程技术学科内容。正因为MATLAB是一套如此优秀的数值计算、算法开发、系统仿真软件，并且同时兼具简洁、便捷、功能强大和可靠性等优点，使得工程人员对MATLAB提出了更高的期望，希望程序运行更快、适应范围更广，希望在自己开发的应用程序中调用MATLAB的功能以简化程序的开发等等。但是MATLAB语言本身是一种解释性执行语言，运算速度较慢，而且对运行环境的要求非常高，占用了庞大的系统资源，生成实用的人机对话界面的能力不强。
MATLAB下的先进算法在工业过程中的应用就是在这种背景下被提出来的。如果能够解决算法复杂，尤其是矩阵运算的难题，把一些较为成熟的算法，如模糊控制算法、神经网络控制算法等，有效地应用到现场。把组态软件优秀的可视化画面制作技术与MATLAB丰富的算法相结合，二者相互补充缺点、最大限度发挥各自的优点，既可以实现实用的人机对话界面、应用多种高级算法，又可以使系统开发效率大大加快，开发的程序更加稳定可靠，也可以按照要求变化更新算法。二者结合从理论上说是十分有利于系统控制的。
1.2 本文的主要工作
本文选用的组态软件是InTouch9.5，选用的先进控制策略是模糊控制，组态软件实现生产现场信息采集和显示功能, MATLAB算法程序根据系统的实时信息计算并决定控制输出，并通过DDE协议在InTouch和MATLAB之间进行通信,达到现场信息和控制信息实时交换的目的.以便对工业生产过程进行更好的控制。
本文以组态软件InTouch 9.5和MATLAB 6.5为平台，主要涉及的内容有:组态画面的总体结构设计，模糊控制算法及其在MATLAB下仿真，组态软件和MATLAB之间的DDE通信等等。其中核心部分是组态软件和MATLAB之间的动态数据交换。
1.3 本章小结
本章主要介绍了目前组态软件在工业生产过程中的应用，并分析了它们的优缺点。由此引出课题的意义，由于组态软件控制算法的局限性，将先进控制算法嵌入到组态软件中以实现其功能扩展是十分有必要的。另外还简要的介绍了课题的背景及发展现状以及本次设计所要做的主要工作。
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