基于以太网的智能工厂柔性制造生产线控制系统设计与实现

摘要

随着社会的进步和科学技术的发展，用户对产品方方面面的要求与日俱增。多品种小批量产品的市场需求越来越大，产品更新换代的周期越来越短。在这种情况下，柔性制造系统(FMS)便应运而生。FMS已成为现代制造业的重要组成部分，控制系统作为柔性制造生产线的核心部分，得到了快速发展，同时也朝着自动化、智能化、柔性化、精密化、高可靠性的方向迅速发展。
　　本文主要针对智能工厂柔性制造生产线控制系统中现场设备空间分布范围广且要求数据传输高效、快速的特点，提出了用工业以太网PROFINET代替PROFIBUS总线系统与现场设备通信的解决方案。分布式现场设备通过现场控制器PLC200和CP243-1集成到工业以太网PROFINET上，把该系统中立体仓库出库单元、变频主轴成型加工单元、工件尺寸检测单元、装配搬运单元、成品库单元，通过以太网连接传输，协调各站工作，系统可以各站单独工作，互相不受影响。各站均采用独立的PLC200控制，确保设备的稳定和可靠运行。主控制器采用PLC300，通过集成的PROFINET接口，实现上位机与现场设备的直接数据传输与读取。针对柔性制造生产线中的传动系统控制，本文研究设计了一种无模型自适应控制器取代传统的PID控制器，用来控制电机的转速，保证以低超调量和快速的反应来控制电机速度，从而保证电机传动系统的运行性能。上位机采用力控组态软件设计监控系统，实现现场设备运行情况的动态监控和显示。
　　该方案的实施使整个控制系统的快速性和控制性能得到提高，具有高的可靠性，以太网PROFINET的应用使系统的加工单元和传动系统联成一个有机整体;模块化和标准化的硬件设计和软件编程使设计难度明显降低。该系统的总体结构具有模块性、开放性和扩展性，具有一定的实际应用意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和来源

1．2 课题研究目的及意义

1．3 柔性制造生产线概述

1．3．1 柔性制造生产线的发展概况

1．3．2 柔性制造生产线控制技术特点

1．4 无模型自适应控制技术发展概况

1．5 可编程控制器发展概况

1．6 组态软件发展概况

1．7 本文主要研究内容

1．8 本章小结

第2章 以太网控制系统的设计与组建

2．1 以太网技术

2．1．1 以太网技术PROFINET

2．1．2 PROFINET在工业控制网络中的应用

2．2 柔性制造生产线控制网络的组建

2．3 基于PLC的以太网接入方式

2．3．1 STEP7软件

2．3．2 以太网组态

2．4 本章小结

第3章 无模型自适应控制器设计及实现

3．1 无模型自适应控制技术简介

3．2 泛模型及其表达式

3．3 MFAC控制律与特征参量导出

3．3．1 伪偏导数估计过程

3．3．2 控制律设计

3．3．3 控制方案

3．4 仿真研究

3．4．1 外转子PMSM数学模型的建立

3．4．2 仿真比较

3．5 本章小结

第4章 智能工厂柔性制造生产线控制设计

4．1 智能工厂柔性制造生产线系统介绍

4．2 系统结构设计

4．3 软件部分设计

4．3．1 系统硬件组态

4．3．2 控制器程序的设计

4．3．3 无模型自适应控制算法在PLC中的实现

4．4 本章小结

第5章 智能工厂柔性制造生产线上位机监控系统设计

5．1 I／O设备通信设置

5．2 数据库组态设置

5．3 监控系统设计

5．3．1 画面组态

5．3．2 力控脚本系统

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果