基于现场总线的翻车机控制系统的研究及应用

论文摘要

现场总线技术具有数字化、全分散性、开放性和互操作性等特点,代表了今后工业控制网络发展的方向,是当前自动控制领域中倍受关注的技术之一。本课题致力于研制具有较高可靠性的翻车机卸煤控制系统,在认真分析系统对于输入、输出及控制功能需求的基础上,选用了施耐德的Quantum PLC和PROFIBUS-DP、AS-i总线作为系统的基本硬件平台,以满足翻车机系统对稳定性、可靠性、易用性、扩展性等的要求。本文首先分析比较了几种现场总线的特点;接着着重研究了PROFIBUS-DP和AS-i总线的网络体系结构和通信协议;然后基于实际的调研和用户要求,本课题提出了基于PROFIBUS-DP和AS-i总线技术翻车机控制系统的控制方案,并完成了翻车机系统中PLC控制部分和上位机组态,尤其着重介绍了给料器部分PLC的控制。另外,课题中还将模糊PID控制应用于翻车机控制系统中的双电机同步控制,通过和传统PID控制相比较,模糊PID控制在许多性能指标上都超过了传统的PID控制,在被控对象的数学模型很难确定的情况下,模糊PID控制尤为合适,并通过MATLAB仿真验证了模糊PID控制系统对解决该问题的可行性。通过构建现场总线控制系统方案,充分显示了采用现场总线技术具有信息一体化和控制经济化的优势,无论总体设计、硬件配置、软件设计,具备双向串行多节点数字通讯的现场总线控制系统,相对传统的中央控制系统和集散控制系统,甚至原始的手动操作,都显示出良好的性能和高度的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1、前言
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的意义
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 2、PROFIBUS-DP 及 AS-i 现场总线技术
• 2.1 现场总线技术概述
• 2.1.1 现场总线的优点
• 2.1.2 几种主要的现场总线简介
• 2.1.3 本课题现场总线的选取
• 2.2 PROFIBUS 现场总线技术
• 2.3 PROFIBUS-DP
• 2.3.1 PROFIBUS-DP 的基本功能
• 2.3.2 PROFTBUS-DP的扩展功能
• 2.4 AS-i 总线技术
• 2.4.1 AS-i 总线系统
• 2.4.2 AS-i 系统的基本组成
• 2.4.3 AS-i 总线访问方式和传输报文
• 2.4.4 AS-i 总线主站请求和从站应答
• 3、控制系统总体方案设计
• 3.1 综述
• 3.2 翻车机系统概述
• 3.2.1 翻车机系统的组成及种类
• 3.2.2 翻车机系统的工作过程
• 3.3 电控系统总体方案设计原则
• 3.4 选用现场总线技术的原因
• 3.5 翻车机电气系统总体方案设计
• 4、系统软件设计及实现
• 4.1 下位机设计
• 4.1.1 给料器、挡板控制部分
• 4.1.2 翻车机、推车机、拨车机控制部分
• 4.2 上位机监控软件的设计
• 4.2.1 IFIX介绍
• 4.2.2 IFIX的主要功能
• 4.2.3 上位机系统实现
• 5、翻车机电机模糊控制策略的研究及仿真
• 5.1 模糊控制的产生和发展
• 5.1.1 模糊控制产生的背景
• 5.1.2 模糊控制理论的发展
• 5.2 模糊控制的基本原理
• 5.2.1 模糊控制系统组成
• 5.2.2 模糊控制的基本原理
• 5.3 带自调整因子的模糊控制器设计
• 5.4 基于自调整因子模糊控制的翻车机电机同步控制
• 5.4.1 翻车机控制系统的结构
• 5.4.2 带有自调整因子的模糊控制器的设计
• 5.4.3 系统仿真研究与实验结果
• 6、总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 本系统的特点与不足
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 硕士期间发表的学术论文