绞吸式挖泥船监控系统的研究

发布时间：2017-10-13 17:40

  本文关键词：绞吸式挖泥船监控系统的研究

  更多相关文章： 监控系统 plc profibus总线 模糊pid控制 labview

【摘要】：绞吸式挖泥船的监控系统是挖泥船正常工作中必备的系统，它的作用主要是监视挖泥船的施工过程，并通过控制各子系统使它们相互协调的完成作业。目前，对于挖泥船的要求不断提高，不仅要求它的疏浚速度更快，更安全，更经济，而且要求挖切精度更高。近年来，各种新技术、新方法如雨后春笋般大量涌现，被广泛应用于各个领域。挖泥船作为一种常用的工程船舶，正朝着高智能化方向发展，大量新技术被应用，使挖泥船的监控系统发生了巨大的变化。高智能化使挖泥船实现了自动化控制，节省了人力成本，而且减少了出现故障的次数和故障维修时间。 本文根据要求设计了基于PLC为核心，通过工业以太网技术实现上位机与PLC通信的绞吸式挖泥船监控系统。上位机与下位机通信采用了OPC接口技术，并使用工业以太环网作为通信介质，增加了通信速率，减少了外界干扰。这种结构设计还为新增设备预留了通信通道，将新设备的通信接口连接到以太网接口就能够直接与上位机进行通信。 本文首先介绍了挖泥船监控系统的硬件结构。系统控制器之间采用主从通信方式，PLC和变频器之间采用Profibus-DP现场总线连接，其中S7-300PLC作为主站，S7-200PLC和MM440变频器作为从站分布于现场，它们负责对现场设备进行控制并采集相关运行数据。对PLC程序的编程设计采用Step7编程软件，通过网络组态，通信设置可以有效减少编写程序的工作量。 其次对监控系统中绞刀电机转速的控制，设计了模糊PID控制器，通过模糊推理得到PID参数ΔK p，ΔK i与ΔK d的模糊控制查询表，利用PLC给定速度与采集的实际速度，进行模糊PID控制，在Matlab仿真软件中对挖泥船驱动系统速度响应曲线进行仿真，并在Simulink中建立速度响应曲线控制系统模型，将传统PID控制与模糊自整定PID控制系统建模仿真得到的速度曲线结果比较，，从结果中看出模糊PID控制性能更加优越，更为可靠，达到了较好的效果。 最后是挖泥船监控系统的软件设计，上位机程序采用LabVIEW进行编写，程序的前面板主要设计了分布于挖泥船上设备运行状况的参数画面，程序框图将下位机传送数据进行编程实现前面板画面的显示。在该程序设计中主要用到了LabVIEW的DSC模块，通过与OPC服务器的协同作用，系统的编程简单快捷。 该系统通过仿真、编程和调试，能够实现正常通信运行，达到了预期效果。
【关键词】：监控系统 plc profibus总线 模糊pid控制 labview
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.31;TP277
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-5
• 目录5-7
• Contents7-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究的目的和意义9
• 1.2 挖泥船的研究现状9-11
• 1.3 挖泥船发展趋势11
• 1.4 论文研究内容及思路11-12
• 1.5 本章小结12-13
• 第2章 绞吸式挖泥船的组成与工作原理13-20
• 2.1 绞吸式挖泥船的结构13-16
• 2.1.1 绞刀切削系统13-14
• 2.1.2 泥浆输送系统14
• 2.1.3 定位桩系统14-15
• 2.1.4 驱动控制系统15-16
• 2.2 绞吸式挖泥船工作原理16-18
• 2.2.1 工作准备16
• 2.2.2 挖掘流程16-17
• 2.2.3 推进流程17
• 2.2.4 移锚流程17-18
• 2.3 绞吸式挖泥船监控系统的监控需求18-19
• 2.3.1 监测参数18-19
• 2.3.2 控制对象19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 绞吸式挖泥船控制系统的设计20-37
• 3.1 挖泥船网络控制系统结构20-21
• 3.2 上位机监控系统设计21-22
• 3.2.1 上位机的组成21
• 3.2.2 网络通信设置21-22
• 3.3 下位机控制系统设计22-27
• 3.3.1 S7-300 PLC组成及工作原理22-24
• 3.3.2 系统硬件组态24-26
• 3.3.3 下位机程序设计26-27
• 3.4 现场从站控制系统设计27-36
• 3.4.1 定位桩控制系统27-29
• 3.4.2 横移桥架控制系统29-31
• 3.4.3 绞刀和泥泵控制系统31-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 模糊 PID 在挖泥船监控系统中的应用37-66
• 4.1 模糊控制系统37-39
• 4.1.1 模糊控制原理37
• 4.1.2 模糊控制的实现37-39
• 4.2 模糊 PID 控制系统39-40
• 4.3 绞刀系统模糊 PID 控制器设计与仿真40-65
• 4.3.1 模糊 PID 控制器输入与输出变量确定40-48
• 4.3.2 模糊控制规则及模糊控制查询表建立48-54
• 4.3.3 模糊 PID 控制算法的 PLC 实现54-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 绞吸式挖泥船监控系统的软件设计66-80
• 5.1 系统软件介绍66-68
• 5.1.1 LabVIEW 概述66
• 5.1.2 LabVIEW DSC 模块简介66-67
• 5.1.3 LabVIEW 与 OPC Server 的连接67-68
• 5.2 系统软件设计68-75
• 5.2.1 系统登录界面69-70
• 5.2.2 监控系统主界面70-71
• 5.2.3 绞刀系统界面71-73
• 5.2.4 横移桥架系统界面73-74
• 5.2.5 定位桩系统界面74-75
• 5.3 网络连接设计75-79
• 5.3.1 共享变量75-76
• 5.3.2 OPC Server 的配置76-77
• 5.3.3 在 LabVIEW 中创建工程77-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 总结和展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-84
• 致谢84-86
• 附录 1 模糊 PID 控制系统控制程序86-89
• 附录 2 模糊 PID 控制系统查询表生成程序89-91
• 详细摘要91-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈国平,王庆丰,陶国良;挖泥船作业综合监控系统的研究与开发[J];船舶工程;2004年03期

2 郭晓浩,陈源华,刘厚恕;从更新进口1500m~3耙吸船的技术形态看国产挖泥船的技术进步[J];船舶;2003年02期

3 刘厚恕;;国外挖泥船发展新态势[J];船舶;2009年06期

4 石灵丹;华斌;朱歆州;吴明;;基于OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯[J];船电技术;2011年01期

5 王志凯,郭宗仁,李琰;用PLC实现模糊控制的两种程序设计方法[J];工业控制计算机;2002年02期

6 杨明;柯常国;陶勇;;绞吸式挖泥船控制系统设计[J];船电技术;2013年01期

7 林忠成;张道清;陶常明;;9029型绞吸式挖泥船开挖软岩探究[J];产业与科技论坛;2013年05期

8 周翔,汪小澄;PLC在绞吸式挖泥船监控系统改造中的应用[J];工业控制计算机;2003年12期

9 陈健,王莹,周琦;基于LabVIEW的实时数据远程监控系统研究[J];机电设备;2005年03期

10 王永富;柴天佑;;自适应模糊控制理论的研究综述[J];控制工程;2006年03期

本文编号：1026256