印铁烘房生产线自动化系统的控制技术研究

摘要

印铁烘房生产线是一类复杂的轻工机械装备产品，其落后的技术现状难以满足国际市场竞争的需要。论文以印铁烘房生产线为研究对象，以构建印铁烘房生产线自动化监控系统为目标，对相关控制技术进行了研究，并设计和开发了相应的控制系统、算法与软件，实现了对印铁烘房生产线的监测与控制功能。 首先，研究了基于现场总线构建印铁烘房生产线自动化监控系统的总体技术，包括现场总线控制系统技术和监控系统软件技术。对现场总线控制系统技术的研究包括功能特点、网络模型、总线协议以及智能仪表技术四个方面，而从软件功能模型和工业监控组态软件关键技术两方面研究了监控系统软件技术。在技术研究基础上，设计了印铁烘房生产线自动化监控系统网络，并对监控系统软件功能进行了总体设计。 其次，为了改变机械轴传动的同步运行控制落后方式，设计了电气传动的同步运行控制系统。根据烘房传动系统的要求，设计了三种同步运行控制系统硬件方案，并选择了以PLC作为算法控制器，采用变频器驱动交流异步电机的低硬件成本方案。基于该硬件方案，建立了烘房位置同步运行控制系统的仿真模型，对PID、模糊控制、模糊-PID以及滑模变结构控制算法进行了仿真研究，仿真研究的结果为控制算法的设计提供了参考。而后，设计了在实际约束条件下的基于运动分解的同步运行控制算法，实现了烘房与印铁机的位置同步运行控制，该算法在同步带和普通V带两种传动条件下都取得了较好的应用效果，其中普通V带传动条件下在算法中增加了对带弹性滑动系数的在线辨识环节。 再次，为了提高烘房温度控制精度和抗干扰性能，设计了温度控制系统和算法。在对烘房温度控制系统固有特性分析的基础上，围绕烘房温度大时滞特性这个控制难点，研究了用于大时滞特性对象控制的Smith纯滞后补偿控制算法、Dahlin控制算法以及基于规则的仿人智能控制算法，并设计了仿人智能PI控制算法，实现了对烘房温度的满意控制。 最后，设计实现了印铁烘房生产线监控系统网络，开发了监控系统软件，实现了印铁烘房生产线设备与工艺过程参数的集中监控。印铁烘房生产线自动化监控系统的长期稳定运行实践表明，监控系统各项功能和性能指标达到了设计要求，提高了装备产品的技术水平和市场竞争力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文研究背景和意义

1.2印铁烘房生产线自动化系统技术需求概述

1.2.1工程应用背景介绍

1.2.2印铁烘房生产线自动化系统技术需求

1.3论文主要研究内容

1.3.1论文主要研究内容

1.3.2主要技术指标要求

1.4相关技术发展研究状况

1.4.1现场总线控制系统发展状况

1.4.2工业监控软件技术发展状况

1.4.3交流伺服运动控制系统发展状况

1.4.4大时滞系统控制技术研究状况

1.5论文结构安排

2印铁烘房生产线自动化监控系统的总体技术研究

2.1 FCS技术研究

2.1.1 FCS功能特点概述

2.1.2 FCS网络模型研究

2.1.3 FCS总线协议研究

2.1.4智能仪表技术研究

2.2工业自动化监控系统软件技术研究

2.2.1工业自动化监控系统软件功能模型

2.2.2工业监控组态软件的关键技术研究

2.3印铁烘房生产线监控系统网络结构及软件功能总体设计

2.3.1监控系统网络结构设计

2.3.2监控系统软件功能总体设计

2.4小结

3印铁烘房生产线位置同步运行控制技术研究

3.1印铁烘房生产线位置同步运行控制系统设计

3.1.1印铁烘房生产线运动控制特性分析

3.1.2烘房生产线运动控制系统硬件构成方案设计

3.2同步运行控制系统建模与控制算法研究

3.2.1利用Simulink建立烘房同步运行控制系统仿真模型

3.2.2 PID算法控制仿真研究

3.2.3模糊及模糊-PID控制算法控制仿真研究

3.2.4滑模变结构控制算法控制仿真研究

3.3实际约束条件下基于运动分解的控制算法设计

3.3.1实际约束条件及控制算法设计思路分析

3.3.2同步带传动条件下位置同步控制系统及算法设计

3.3.3同步带传动条件下系统试验结果

3.3.4普通V带传动条件下控制算法的改进设计

3.3.5普通V带传动条件下系统试验结果

3.4小结

4大时滞特性烘房温度控制技术研究

4.1烘房温度控制系统概述

4.2大时滞系统控制算法研究

4.2.1大时滞特性对象概述

4.2.2 Smith纯滞后补偿控制算法

4.2.3 Dahlin控制算法

4.2.4基于规则的仿人智能控制算法

4.3仿人智能PI算法在烘房温度控制系统中的设计实现

4.4温度控制系统试验结果

4.5小结

5印铁烘房生产线自动化监控系统实现技术研究

5.1印铁烘房生产线监控系统网络设计实现

5.1.1 Profibus-DP现场总线网段的设计实现

5.1.2 Modbus现场总线协议驱动构件的开发

5.2印铁烘房生产线监控系统软件功能详细设计与开发

5.2.1监控系统功能详细需求分析

5.2.2过程控制层功能设计与开发

5.2.3监控操作站软件功能设计与丌发

5.2.4印铁烘房生产线监控系统运行测试结果

5.3小结

6总结与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文