基于嵌入式软PLC的掘进机控制平台关键技术研究
发布时间：2022-07-14 16:04
目前煤矿用掘进机广泛采用地面通用型可编程控制器（PLC）和工程专用控制器作为控制平台,通用型PLC并未考虑煤矿行业的特殊应用场景,存在维护不便、成本高和跨平台移植难等问题,工程专用控制器防护性能较好,但大多依靠外购进口品牌。为解决控制平台的上述问题,针对四回路悬臂式掘进机,依据其控制需求,开发了掘进机专用嵌入式软PLC作为系统控制平台,设计了嵌入式软硬件平台,开发了控制平台硬件电路,移植了Linux操作系统并做实时化改造,针对硬件电路开发Linux底层驱动。在此嵌入式平台上移植软PLC的运行时系统,通过开发软PLC的设备描述文件和I/O驱动,开发层操作的变量逐层映射到底层硬件,实现开发层对控制平台的可操作,把嵌入式平台转化为标准化的PLC设备。在嵌入式软PLC控制平台上,开发了掘进机电磁比例多路换向阀控制应用程序,引入斜坡控制、PID控制和数字滤波功能。分别采用控制平台与液压试验台的PWM接口驱动电磁比例多路换向阀,通过对比稳态比例特性曲线形态,验证了控制平台的比例控制功能稳定且响应速度满足要求,并通过其余接口功能测试,验证其实现了掘进机控制需求的所有接口功能。开发的嵌入式软PLC实现...
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 可编程控制器发展历史
1.2.2 掘进机控制研究现状
1.2.3 电磁比例多路换向阀控制研究现状
1.3 研究内容
1.4 论文组织结构
2 控制平台总体方案设计
2.1 掘进机控制系统分析
2.1.1 控制系统组成分解
2.1.2 控制回路分析
2.1.3 掘进机功能分析
2.2 控制系统整体架构设计
2.3 控制平台软硬件架构设计
2.3.1 软件平台分层设计
2.3.2 硬件平台架构设计
2.4 小结
3 控制平台硬件和系统层设计
3.1 控制平台硬件设计
3.1.1 关键硬件电路设计
3.1.2 比例多路换向阀驱动电路
3.2 实时操作系统移植
3.2.1 系统开发环境搭建
3.2.2 操作系统移植
3.2.3 实时化升级改造
3.3 嵌入式软PLC运行时系统
3.3.1 运行时系统分析
3.3.2 运行时系统构建
3.4 小结
4 控制平台驱动开发
4.1 设备配置描述
4.1.1 设备配置描述原理
4.1.2 设备描述文件修改
4.2 COSESYS驱动组件开发
4.2.1 I/O驱动开发
4.2.2 使用外部函数开发库
4.3 Linux基于硬件的驱动开发
4.3.1 串口设备驱动
4.3.2 GPIO驱动
4.3.3 PWM驱动
4.4 小结
5 控制平台应用研究和验证
5.1 PWM控制比例多路换向阀数学模型
5.1.1 PWM驱动信号原理研究
5.1.2 驱动比例电磁铁模型研究
5.1.3 比例多路换向阀模型研究
5.2 PWM驱动比例多路换向阀实现
5.2.1 AMESim仿真确定PWM驱动频率值
5.2.2 PID电流反馈
5.2.3 PWM程序实现
5.3 控制性能实验
5.3.1 实验对象选择
5.3.2 实验系统组成及布置
5.3.3 实验
5.4 小结
6 总结和展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能化开采研究进展与发展趋势[J]. 李首滨. 煤炭科学技术. 2019(10)
[2]我国煤巷掘进技术与装备发展现状[J]. 闫魏锋,石亮. 煤矿机械. 2018(12)
[3]面向掘进机的超宽带位姿协同检测方法[J]. 符世琛,成龙,陈慎金,王鹏江,宗凯,吴淼. 煤炭学报. 2018(10)
[4]叠加颤振信号的比例电磁阀驱动控制方法研究[J]. 王叶,李志伟,徐飞,刘振杰. 车辆与动力技术. 2018(03)
[5]煤巷智能快速掘进技术发展现状与关键技术[J]. 张东宝. 煤炭工程. 2018(05)
[6]标准化的掘进机电气控制保护单元的设计[J]. 康永玲. 煤矿机械. 2018(02)
[7]基于PWM技术的电液比例控制系统的研究及应用[J]. 康永玲. 煤矿机电. 2017(02)
[8]掘进机PLC控制系统的设计与维护[J]. 刘美俊,林明星,钮恒,何川. 煤炭工程. 2016(11)
[9]基于PCC的纵轴式掘进机自主截割控制系统研究[J]. 王苏彧,吴淼. 煤炭工程. 2016(06)
[10]基于遗传算法的电液伺服加载系统控制器优化[J]. 张浩宇,赵东标,朱莹,肖息. 机械工程与自动化. 2016(04)
硕士论文
[1]嵌入式软PLC设计与应用[D]. 张扬扬.浙江工业大学 2017
[2]基于ARM+FPGA的嵌入式安全PLC设计与实现[D]. 李明时.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2017
[3]工业以太网EtherCAT的嵌入式主从站设计与实现[D]. 徐林涛.浙江工业大学 2015
[4]车载多媒体ECU软件系统的设计与实现[D]. 沈晶晶.南京理工大学 2013
[5]基于电液比例技术的液压挖掘机控制系统研究[D]. 冯雨萌.中南大学 2010
[6]基于ARM的嵌入式软PLC运行系统设计[D]. 周建香.华南理工大学 2010
[7]基于TLE7242G的嵌入式电液比例控制系统的研究与设计[D]. 周东杰.湖南大学 2009
[8]基于嵌入式Linux的软PLC系统设计与实现[D]. 黄晓斌.中南大学 2008
[9]基于高频PWM的电液比例控制系统的研究与设计[D]. 黎职富.湖南大学 2008
[10]基于RTLinux的软件PLC系统研究[D]. 王强.四川大学 2005
本文编号：3661447
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 可编程控制器发展历史
1.2.2 掘进机控制研究现状
1.2.3 电磁比例多路换向阀控制研究现状
1.3 研究内容
1.4 论文组织结构
2 控制平台总体方案设计
2.1 掘进机控制系统分析
2.1.1 控制系统组成分解
2.1.2 控制回路分析
2.1.3 掘进机功能分析
2.2 控制系统整体架构设计
2.3 控制平台软硬件架构设计
2.3.1 软件平台分层设计
2.3.2 硬件平台架构设计
2.4 小结
3 控制平台硬件和系统层设计
3.1 控制平台硬件设计
3.1.1 关键硬件电路设计
3.1.2 比例多路换向阀驱动电路
3.2 实时操作系统移植
3.2.1 系统开发环境搭建
3.2.2 操作系统移植
3.2.3 实时化升级改造
3.3 嵌入式软PLC运行时系统
3.3.1 运行时系统分析
3.3.2 运行时系统构建
3.4 小结
4 控制平台驱动开发
4.1 设备配置描述
4.1.1 设备配置描述原理
4.1.2 设备描述文件修改
4.2 COSESYS驱动组件开发
4.2.1 I/O驱动开发
4.2.2 使用外部函数开发库
4.3 Linux基于硬件的驱动开发
4.3.1 串口设备驱动
4.3.2 GPIO驱动
4.3.3 PWM驱动
4.4 小结
5 控制平台应用研究和验证
5.1 PWM控制比例多路换向阀数学模型
5.1.1 PWM驱动信号原理研究
5.1.2 驱动比例电磁铁模型研究
5.1.3 比例多路换向阀模型研究
5.2 PWM驱动比例多路换向阀实现
5.2.1 AMESim仿真确定PWM驱动频率值
5.2.2 PID电流反馈
5.2.3 PWM程序实现
5.3 控制性能实验
5.3.1 实验对象选择
5.3.2 实验系统组成及布置
5.3.3 实验
5.4 小结
6 总结和展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能化开采研究进展与发展趋势[J]. 李首滨. 煤炭科学技术. 2019(10)
[2]我国煤巷掘进技术与装备发展现状[J]. 闫魏锋,石亮. 煤矿机械. 2018(12)
[3]面向掘进机的超宽带位姿协同检测方法[J]. 符世琛,成龙,陈慎金,王鹏江,宗凯,吴淼. 煤炭学报. 2018(10)
[4]叠加颤振信号的比例电磁阀驱动控制方法研究[J]. 王叶,李志伟,徐飞,刘振杰. 车辆与动力技术. 2018(03)
[5]煤巷智能快速掘进技术发展现状与关键技术[J]. 张东宝. 煤炭工程. 2018(05)
[6]标准化的掘进机电气控制保护单元的设计[J]. 康永玲. 煤矿机械. 2018(02)
[7]基于PWM技术的电液比例控制系统的研究及应用[J]. 康永玲. 煤矿机电. 2017(02)
[8]掘进机PLC控制系统的设计与维护[J]. 刘美俊,林明星,钮恒,何川. 煤炭工程. 2016(11)
[9]基于PCC的纵轴式掘进机自主截割控制系统研究[J]. 王苏彧,吴淼. 煤炭工程. 2016(06)
[10]基于遗传算法的电液伺服加载系统控制器优化[J]. 张浩宇,赵东标,朱莹,肖息. 机械工程与自动化. 2016(04)
硕士论文
[1]嵌入式软PLC设计与应用[D]. 张扬扬.浙江工业大学 2017
[2]基于ARM+FPGA的嵌入式安全PLC设计与实现[D]. 李明时.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2017
[3]工业以太网EtherCAT的嵌入式主从站设计与实现[D]. 徐林涛.浙江工业大学 2015
[4]车载多媒体ECU软件系统的设计与实现[D]. 沈晶晶.南京理工大学 2013
[5]基于电液比例技术的液压挖掘机控制系统研究[D]. 冯雨萌.中南大学 2010
[6]基于ARM的嵌入式软PLC运行系统设计[D]. 周建香.华南理工大学 2010
[7]基于TLE7242G的嵌入式电液比例控制系统的研究与设计[D]. 周东杰.湖南大学 2009
[8]基于嵌入式Linux的软PLC系统设计与实现[D]. 黄晓斌.中南大学 2008
[9]基于高频PWM的电液比例控制系统的研究与设计[D]. 黎职富.湖南大学 2008
[10]基于RTLinux的软件PLC系统研究[D]. 王强.四川大学 2005
本文编号：3661447
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