125MN挤压机操纵控制系统设计与研究

论文摘要

125MN挤压机是目前我国最大的卧式挤压机之一,是国防工业和基础建设的重要设备。挤压机现有的操纵控制方式已明显老化、落后,挤压机运行的可靠性得不到保证。现对其操纵系统进行现代化配套改造,将分配器驱动方式由“电控水”改为“油控水”方式,并将整个操纵系统改造为数字式电液伺服控制,实现挤压机自动、智能控制,以提高它的生产效率和加工精度。根据改造的思路和原则,构建了分布式网络控制系统。分析比较了当今几种典型现场总线的优缺点和适用范围,选用了能满足高速和实时性要求的PROFIBUS-DP网络,并合理规划配置了硬件。阐明了操纵控制系统内各部分数据通讯的机理和实现,实现了网络数据通讯的诊断和故障报警;针对常规WinCC数据采集的局限性,采用原始数据归档的方式实现了挤压机工作过程中重要参数的高速数据采集;在满足原有性能指标的前提下,根据系统改造方案以及7个分配器的特点,并考虑到加工制造的方便和互换性,设计了3套接力器,并完成了相应液压驱动系统的设计;分析了分配器的控制机理,针对分配器各自的特点以及不同的控制精度要求,采取了不同的控制策略,得到了满意的控制效果;在系统PLC程序的编制过程中,运用结构化编程的思想和方法,依照模块独立性的准则,编制了高内聚、低耦合的程序模块,并按策略与实现的层次来组织各块的结构,大大增强了软件代码的可重用性,为软件程序的修改和调试带来了便利;建立了分配器液压驱动系统的仿真模型,并利用TrueTime工具箱,在MATLAB/Simulink下仿真实验分析了网络时延的引入对闭环系统控制性能的影响。经现场调试运行表明,该操纵控制系统能满足功能和精度要求,系统运行情况良好。本系统的设计思想和控制方法将为开发其他大型液压设备的控制系统提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 挤压机的技术现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外大型铝挤压机的技术现状
• 1.2.2 挤压机的发展趋势
• 1.3 PLC与现场总线
• 1.3.1 PLC
• 1.3.2 典型现场总线
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 挤压机操纵系统改造方案研究与确定
• 2.1 操纵系统改造内容
• 2.2 原有操纵系统分析
• 2.2.1 操纵系统
• 2.2.2 电控系统
• 2.3 改造原则与总体方案
• 2.3.1 改造原则
• 2.3.2 改造的总体方案
• 2.4 分配器液压驱动系统的设计
• 2.4.1 接力器的设计
• 2.4.2 分配器液压驱动系统的设计
• 2.5 检测系统的设计
• 2.6 控制系统的设计
• 2.6.1 挤压机控制系统的特点及要求
• 2.6.2 控制网络的比较与选择
• 2.6.3 PROFIBUS网络的硬件配置
• 2.7 本章小结
• 第三章 操纵控制系统数据通讯的研究与实现
• 3.1 STEP 7与硬件组态
• 3.1.1 STEP 7
• 3.1.2 硬件组态
• 3.2 网络通讯的研究与实现
• 3.2.1 PLC主站与S7-200从站之间的通讯
• 3.2.2 PLC主站与编码器之间的通讯
• 3.2.3 PLC主站与位移传感器之间的通讯
• 3.3 网络通信诊断
• 3.4 WinCC高速数据采集的实现
• 3.4.1 WinCC高速数据采集的原理
• 3.4.2 WinCC高速数据采集的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 分配器凸轮轴转角控制的分析与研究
• 4.1 编程语言的分析与选择
• 4.2 分配器控制机理
• 4.3 分配器凸轮轴转角控制策略
• 4.3.1 PID控制
• 4.3.2 PID软件控制功能块
• 4.3.3 控制效果分析
• 4.4 S7-400 CPU中的程序结构与结构化的程序编制
• 4.4.1 S7-400 CPU中的程序结构
• 4.4.2 结构化的程序编制
• 4.5 本章小结
• 第五章 PROFIBUS-DP网络控制系统仿真实验
• 5.1 PROFIBUS的通信协议
• 5.1.1 总线存取方式
• 5.1.2 MAC层控制方式
• 5.2 分配器液压驱动系统的建模
• 5.2.1 比例流量阀建模
• 5.2.2 接力器建模
• 5.3 基于TrueTime的网络控制系统仿真实验
• 5.3.1 TrueTime简介
• 5.3.2 TrueTime的功能模块
• 5.3.3 网络控制系统模型的建立
• 5.3.4 仿真实验
• 5.3.5 仿真实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果