基于现场总线的多电机同步控制的研究

论文摘要

课题背景是江苏某铝箔生产厂的生产线改造工程项目。在对铝箔生产工艺流程全面了解的基础上,本文着重分析了其中精轧工段的技术特点和用户需求,提出了多电机同步的解决方案。设计开发了基于PROFIBUS现场总线技术的铝箔生产监控系统。根据电机的类型和工艺需求,将电机分为直流电机组和交流电机组。并针对多电机同步调速控制的要求,将多电机同步控制分为组内和组间控制。在此基础上,分别引入模糊控制、神经网路控制等高级算法进行组内和组间控制,很好的解决了传统方法中遇到的非线性问题和网络时延问题,取得较好的控制精度。本文阐述了多电机同步监控系统的设计和实现过程,着重分析了系统网络构建,以及如何将高级算法引入到多电机控制系统中,并对其进行仿真分析,说明了系统优良的同步控制效果。本文首先是描述了铝箔的国内外生产情况,介绍了生产工艺要求,分析了技术难点和用户需求。针对这些问题,提出了整个多电机同步控制的网络结构和设计方案。其次,本文提出并分析了整个系统的网络构成。按照网络层次,分别讨论了现场总线（Profibus-DP）,USS和PPI数据通讯协议的通讯原理,利用三种通讯方式,将整个多电机同步控制系统有效的整合起来。再次,按照系统的网络结构,逐层分析各个环节。下层是多电机同步控制,按照电机特性和工艺要求把它们分为直流电机和交流电机两组,分别进行组内同步和组间同步控制;中间层为下位机控制层,主要研究了PLC组态以及如何引入高级算法对组内电机进行同步控制;上层是上位机监控层,着重分析讨论了工控机的组态和高级算法的引入,以更好的对组间电机进行同步控制。最后,将前面几个环节贯穿起来,构架出整个多电机同步控制系统。并且,使用Matlab/Simulink对整个系统进行仿真,说明系统设计是成功的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 工艺及控制要求
• 1.3 多电机同步监控系统的系统结构
• 1.4 本文所做的主要工作
• 第二章 现场总线及相关网络的构建
• 2.1 现场总线技术综述
• 2.1.1 现场总线的基本概念
• 2.1.2 现场总线技术产生的意义
• 2.1.3 现场总线的分类
• 2.1.4 PROFIBUS 现场总线技术
• 2.2 其它相关网络
• 2.2.1 USS 协议
• 2.2.2 PPI 协议
• 2.3 多电机同步监控系统网络的设计与实现
• 2.3.1 监控系统的通讯要求
• 2.3.2 监控系统的网络设计
• 2.3.3 网络的组态
• 第三章 单电机调速及多电机同步
• 3.1 单电机调速
• 3.1.1 直流电机工作原理
• 3.1.2 直流电机机械特性
• 3.1.3 交流电机工作原理
• 3.1.4 交流电机的机械特性
• 3.1.5 交流电机与直流电机调速的实现方式
• 3.2 多电机同步
• 第四章 下位机系统设计
• 4.1 西门子S7-200 综述
• 4.2 在PLC 中引入模糊控制算法
• 4.2.1 单电机调速
• 4.2.2 模糊PID 控制算法在PLC 中的实现
• 第五章 上位机系统设计
• 5.1 触摸屏的配置
• 5.2 工控机的配置
• 5.2.1 监控软件WinCC
• 5.2.2 在WinCC 中引入高级算法
• 第六章 多电机调速系统构建及其仿真
• 6.1 系统构建
• 6.1.1 组内电机控制
• 6.1.2 组间电机控制
• 6.2 系统仿真
• 6.2.1 电机组内部的模糊控制仿真
• 6.2.2 电机组间的神经网络算法控制
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文