基于Profibus现场总线的中厚板精整冷区自动化系统的应用研究.doc

武汉科技大学硕士学位论文基于Profibus现场总线的中厚板精整冷区自动化系统的应用研究姓名：陈剑潇申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：潘炼20081028 关 键词： ，中厚 板 ，冷床，剪 切，工业以 太 网 本 人郑 重 声明：所呈 交 的学位论 文是 本 人在导 师 指导 下 ， 独 立进行 研究所取 得 的成 果 。除 了文中 已 经 注 明引 用 的内 容 或属合作研究共 同 完 成 的工 作外 ， 本 论 文不 包 含任何其 他个 人或集 体 已 经 发 表 或撰写 过的作品 成 果 。对 本 文的研究做 出重 要贡献 的个 人和 集 体 ， 均 已 在文中 以 明确 方 式标明。申请 学位论 文与 资 料若有 不 实之 处 ， 本 人承担 一切相 关 责任。日注 ：请 将本 表 直接 装 订在学位论 文的扉 页 和 目录之 间 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文因此 ， “十一 五 ”期 间 能源 用 钢需求 增 长 强劲 ， 但结 构 变化显 著。 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文 完 成轧 制 后的 钢板 通 过热 矫直机 后进 入 冷 床冷 却 ， 其中 部分特 厚板 可 以通 过矫直机 前对即 将 剪 切 的 钢板 形 状在 切 头 剪 后设 置超 声 波探 伤 仪 甋 估 子板 的 质 量 分类。经过冷 却 和 探 伤 的 钢板 由 辊道送入 剪 切 线 按计 算 机 设 定 进 行 剪 切 ， 剪 子的 剪 切 与钢板 在 辊道输送自 动 配合 操 作 ， 以实现 自 动 剪 切 。 在 剪 切 线 上安 装了钢板 标 记装置 ， 使 钢板 在 切 头 前 就在 预 定 的 “子板 ”上自 动 标 识 出子板 号 或 试 样 号 ， 钢板 切 头 后送入 双 边 剪 ， 双边 剪 根据级 给出的 设 定 值 ， 调 整 双 边 剪 的 剪 刃 间隙和 移 动 侧 的 位 置， 钢板 用 激光 射 线示 位 后对中 、 升 降， 由 夹 送辊送入 并 通 过双 边 剪 剪 切 ， 剪 切 后的 废 料 送入 收 集 装置 。 切 边后的 钢板 由 横 移 台 架送到 定 尺 剪 前 辊道， 在 入 口 处 靠 齐 侧 边 ， 将 前 端 剪 成直角， 借 助测 长辊剪 成所要 求的 定 尺 长 度。 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文图 中 厚板 车间生 产 工艺 流 程 图 现 场 总 线 概 述随 着控 制技 术、计算机技 术、通 信技 术、网 络 技 术的 发 展 ， 信息 交换沟通 的领 域 正 在 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文集 中 式 计算机控 制系 统的 缺 陷 促使控 制系 统向 功 能分 散 化 方 向 发 展 ， 于 是 出现 了过 程现 场 控 制与 集 中 显示操 作分 离开来的 分 层 计算机控 制系 统。各 个 控 制回 路 的 模 拟 仪表调 节器 互 相 独 立 并 由 计算机来实 现， 当 某 一回 路 出现 故 障 时 ， 不 致 影 响 其他回 路 的正 常工作，提高了系 统的 可 靠 性 ， 同 时 现 场 控 制计算机的 信号 也 送入上一级 计算机， 由 它显示过 程参数 ， 并 根 据对 象 的 数 学模 型进 行 最优 化 处 理 ， 计算最优 操 作条件， 最后 以 最优 工艺 参 数 传给 下 层 计算机作为设 定 值 。实 际上， 这 时 的工业 控 制系 统已 经具 有 了集 散式 控 制系 统的 初步 概 念 。 现场 总 线 设 备的工 作 环 境 处 于 过 程 控 制 的底 层 ， 作 为 工 厂 设 备级 基 础 通 信 网 络， 要 求具有 协 议 简单 、容 错能力 强 、安 全 性好 、成 本低 等 特 点 ， 具有 一定 的时间确 定 性和 较高 的实时性 要 求 ， 还具有 网 络负 载 稳 定 、多数为 短 帧传 送 、信 息交 换 频 繁 等 特 点 。 由 于 上 述 特点 ， 现场 总 线 系 统 从 网 络结 构 到通 信 技 术 ， 都 具有 不同 于 上 层 高 速 数据通 信 网 的特 色 。 特色 如 下： 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文多 种 传感、控 制 、报 警 和 计 算功能 ， 因而 可 减 少 变 送器的数 量 ， 不再需 要单独 的控 制 器、工 作可 靠 性。总 线 基金 会 是一 个中 性的， 不以 盈 利 为 目的的国 际 性协 会 组 织， 它 致 力 于 制 定 一 个符 合疘 标 准 的国 际 现场总 线 并加 速 现场总 线 的实用 化。 总 线 采 用 了 疧的第 一 、二 、七 层 ， 即 物 理 层 、数 据链 路 层 和 应 用 层 ， 另 外 还 增加 了 用 户 层 。 这 样 ， 可 以 将其 通 信模 型视为 四 层 。 其 中 ， 物 理 层 规 定 了 信 号如 何 发 送： 数 据链 路 层 规 定 如 何 在 设 备 间 共 享 网络和 调 度 通 信 ： 应 用 层 被划分为 两 个子 层 ：上 层 是应 用 服务， 它 由现场总 线 报 文 规 范层 定 义 ， 并向 用 户 层 提 供 服 务。 下 面子 层 是现场总 线 访 问 子 层 胧 萘 绰 凡 懔 樱 峁 种 服务： 发 布索 取、客 户 服 务器、报 文 分发 。基金 会 现场总 线 分低 速 和 高速 两 种 通 信 速 率， 现场总 线 技 术已 经完 成 ， 并且 通过 了 一 致 性与 可 互操 作性测 试 ， 而 则 尚在 开 发 中 。是又 一 具 有 强 劲实力 的现场总 线 。 它 是由美 国 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文 送 ，特 别 适合可 编 程 控 制 器 与 现 场 分 散 的疧 设备之间 的通 信 。领域 内使 用， 并 为 解 决 复 杂 通 信 任 务 提 供 了很 大 的灵活性 。场 设备特 性 的设备行 规 。传输 技 术依 据 对 现 场 设备供 电 。使 用耦 合器 和 网络 之中。 标 准 ，确 保 本 质 安全 和 通 过 总 线用于 二 进 制信 号闲 状态 时 ， 这 两 个电 阻 确保在总线上 有 一 个确定 的 空 闲 电 位 。 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文应 答 的 发 送 和 请 求数 据 和 需 应 答 的 循 环 发 送 和 请 求数 据 。和 目 的 服 务访 问 点 之 分。 为 了定 义 了一系列 的 服 务原 语， 其中，循 环 发 送 请 求数 据 传 输 服 务需 应 答 的循 环 发 送 请 求数 据 是 网 络系统 中的 非 常重要 的一类循环 数 据 传 输 服 务， 而 不需 确认 的 发 送 数 据 约 靶 栌 鸬 姆 陀 肭 肭 笫 軸 将 是系统 中最 为 主要 的 非 循 环 的 数 据 传 输 服 务形 式。 而 由于网 络中主要 的 通 信 时 间都花 销 在循 环 数 据 传 输 上 ， 并且相对 来说 复 杂 ， 我 们 将 介 绍 循 环 发 送 和 请 求数 据 这 种 服 务。其过程 如 下 ：发 送 同 样 于传 递轮询 链 表时 的 确认 服 务原 语， 以 显 示 数 据 交 换 情 况 。 第 页武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文息 帧 包含 一 定 数 量 的字 节 。 总 线每 个字 符帧 用 位 进行 传 输，包括 一 个开 始 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文在 网 络中，总 线 循 环的周 期 时间 肥奔 为：殇 一 在 轮询 从站期 间 ，读 取 该从 站诊断信息 所 需 的时间 。乃一 执行 主从 非周 期 活 动 所 需 的时间 。碌一 由 错 误而引 发的报文 重 发时间 ，它 的随 机 性很大 。输出 数 据交换 。 假设所有从站的最 小 访 问 间 隔时间 为在 时为 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文表 不同 的从 站个数 所 对 应 的总 线循 环时间 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文统 缴 说 脑 砝嗨 朴 谝 窖系 腂超 。 它 将 探 头的 扫描距离 作 为横 坐标，探 伤 深度 作 为纵 坐标，以 屏 幕 的 辉 度 炼来反映反射 波的 强度 。 它 可 以 绘 制 被 测材 料 的 纵 截面图 形 。 探 头的 扫描可 以 是 机 械式 的 ，更 多 的 是 用计 算 机 来控制 一 组发 射 晶 片 阵 列 哒 来完 成 与 机 械式 移 动 探 头相 似 的 扫描动 作 ，但 扫描速 度 更 快，定位 更 准确 。对 有单独调速 传 动 要 求 的 设备 ，或 成 组调速 传 动 但 调速 范 围 大 、 调速 精 度 要 求 高 的 机械设备 ，采 用逆 变器 和 电 动 机 一 对 一 供电 ，传 动 系 统 采 用矢 量控制 方 式 ；对 成 组调速 传 动 调速 范 围 和 调速 精 度 要 求 一 般 的 辊 道 等设备 ，采 用多 电 机 成 组共 用逆 变器 的 传 动 系统 方 案 ，每 组辊 道 电 机 配 置 有一 个 辊 道 电 源 分 配 开 关箱，传 动 系 统 采 用调频 调压 控制 方 式。 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文第 页绕 组匝 数 ； ; 谱 橄 凳 。 为每 极 气 隙磁 通 量。上式 对 蟮 迹大 茫 ，有最 大 转 矩 和临 界 转 差率 为 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文图 交 流 电 机 变换到 坐标系 得 物 理 模型式 中 为坐标系 定子 与 转 子 同轴 等效绕 组间的 互 感为坐标系 定子 等效绕 组间的 自 感荤 縄 餖 徊 蔿 ，乙荤 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文定尺 剪 前 夹 送辊由左右 机 架 、上下 夹 送辊子四 台 电机 分 别传 动，两个下 辊机 械 同 步，两个上辊采 取 主 从 控 制 ，一 个速 度 环两个电流环，上下 辊之间也 是 主从 控 制 ，但 速 度 环是 分 别的 ，通过严 格 的 速 度 匹 配 来保 持同 步。智能模糊 控 制 理论 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文或 脑 力自 动 化 。善 ， 需 要进一 步探 索与 开 发 智 能控制的 设 计 特点如下： 猋运算：美国加 利 福尼亚大 学瓵淌 谠晏岢龅 模糊 控 制 系 统在 理 论上， 模糊 控 制 器 由维 关 系 表 示。 关 系 可视为受 约 于 区间 的 个 变 量 的 函 数 。 是几图理 论模糊 控 制 器 框图 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文人脑 的工作 方式与 现 在的计算机不同， 人脑 是 由 极大 量的基本 单 元 窬 经 过 复杂 的互 相 连 接而 成 的一种高 度 复 杂 、非线 性 、并行 处理的信 息 处理系 统 ， 其 性 能 要 比现 代计算机高 得 多 。由 此 ， 人们 从 模 仿 人脑 智能 的角 度 出发 来 探寻新 的信 息 表 示、存储 和处理方式， 设计全 新 的计算处理结 构模 型， 构造 一种更 接近 人类智能 的信 息 处理系 统 ， 这 就 促使 人们 研 究人工神 经 网络 系 统 。人工神 经 网络 系 统 是 对 生 物神 经 系 统 的模 拟 ， 其 信 息 处理 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文无 模 型的非线 性 系 统 ， 神 经 网络 都 能 很 好地 模 拟 。神 经 网络的学习 规 则 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文精整 冷区 的 基 础自动 化 系 统 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文泵 、 干 油 泵 的 起停 控 制。位 置 如 下 ： 计 算 机 室 缙 台 。 一顺 序 控 制粤 衄。 蹙 感 器。 操作 员站传 感 器操作 员站操作 员站制机詹动 逻 辑定 尺 剪控 制：冷矫 控崩亩传 动盐医 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文冷床 步 进 运 动 是 实 现轧 件在冷却 过程 中 按“口”字 形轨迹运 动 。 该 冷床 是 采用同 一根 轴同 时带 动 一 套 曲 柄 滑块 机 构 和 一 套 曲 柄 摇 杆 机 构 来 实 现的 。 当 曲 柄 滑块 机 构 带 动 步 进 小 车沿 斜坡轨道 上升 时，曲 柄 摇 杆 机 构 也 在运 动 ，但 由 于 两种 机 构 存 在运 动 角 度差，曲 柄 摇 杆机 构 的 连 杆 头 部 在平 移 梁的 滑槽 移 动 进 行空 行程 而 不 推动 平 移 梁，当 步 进 小 车 上升 到最高位 置 将轧 件托 起后 ，空 行程 结束 ，曲 柄 摇 杆 机 构 驱动 平 移 梁沿 滚 轮 向前移 动 一 段距 离 ； 当推钢 结束 后 ，曲 柄 滑块 机 构 带 动 步 进 小 车 沿 斜坡轨道 开始 下 降 ，同 样，曲 柄 摇 杆 机 构 连 杆头 部 在滑槽 内 进 行空 行程 ，步 进 小车 回 到原位 后，曲 柄 摇 杆 机 构 使平 移 梁退 回 完 成 一个“口”字 形动 作 循 环 ，轧 件在冷床 上冷却 过程 中 ，经过多 次“口”字 形运 动 循 环 ，完 成 冷却 工 作 ，达 到温 度要求。 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文 根 据 拇检 测，钢 板 应已 在辊 道 上放 置 在合 适的 位 置 上上同 步 上料冷床 动 梁应位于 低 位 且不 能抬 升 ，同 时冷床 上的 入 口区域应已 腾 空钢 板 头 部 达 到距 离 辊 道 中土，横 移 小车 再后 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文除 下 述 特殊 情 况 外，步 进 梁两组 一起用固 定 周期、 固 定 速度向前移 动 。 分 段剪切 功 能 ，其工 艺 流 程 为 ：双边剪位 于 切 头 剪出 口处 ，主要完 成 钢 板 切 边功 能 ，其工 艺 流 程 为 ：从切 头 剪输 出 辊 道 来 的 钢 板 运 行到双边剪前输 入 辊 道 上，根 据 剪切 钢 板 的 宽度确 定 激光划 线 宽度，通 过激 光划 线 装置 划 出 的 线 由 钢 板 提升 装置 和 磁 力 对 中 装置 进 行钢 板 对 正 ，然后 由 该 辊 道 将钢 板 输 送 到双边剪前入 口 夹 送 辊 处 ，通 过来 料 参 数 确 定 夹 送 辊 的 压 力 及剪刃 的 侧隙。 开动 夹 送 辊 及双边剪开始 对 钢 板 进 行切 边，同 时把废 边由 碎 边剪切 成 一 定 长 度的 碎 块 ，由 废 边运 输 链 运 出 线 外并进 行收集。 切 边后 的 钢 板 由 双边剪输 出 辊 道 输 送 给后 续的 设 备 。 由 双边剪区 域操 作 的 相 关 设 备 包 括双边剪输 入 辊 道 、 激 光划 线 装置 、 钢 板 提升 装置 、 磁 力 对 中 装置 、 入 口夹 送 辊 、 双边剪剪体 及附属 设 备 、 出 口夹 送 辊 、 双边剪输 出 辊 道 、碎 边收集等： 此 外切 头 剪输 出 辊 道 诙 醯 、 定 尺 剪输 入 辊 道 也 可根 据 需 要交 由 双边剪区 操 作 。双边剪在工 艺 上要求固 定 侧、 移 动 侧剪刃 在运 动 时速度或 位 置 上同 步 ，在电 气 控 制系统 中 ，两侧的 电 动 机 分 别 由 逆 变 装置 控 制 。 启动 时，系 统 给固 定 侧、 移 动 侧剪刃 相 同 的线 速度给定 ； 在运 行中 ，系 统 通 过从固 定 侧、 移 动 侧剪刃 轴 编 码 器输 出 的 脉冲 计 数 ，通过计 数 值的 偏 差分 别 调 整 固 定 侧、 移 动 侧剪刃 电 动 机 的 速度给定 ，从而 达 到控 制 剪刃 同 步运 行的 目 的 。 灰 唬 猯 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文本 系 统 中 转 速调 节器采用模糊控 制 ，设 计 转 速调 节器就 是 设 计 模糊控 制 器。 模糊控 制 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文出 现失 控 的 现象 。为 了 进 行模糊化 处 理，必 须将输 入 变 量 从基本 论域转 换 到相 应的 模糊集的 论域，这中、 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文眦盯 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文定 尺 剪控 制系 统 的 控 制范 围包 括定 尺 剪区 和 试 样剪区 两部 分 。 武 汉 科 技 大 学硕士学位 论文在 定 尺 剪 处 经 过 试 样剪 切 的 试 样板 经 过 废 料溜 槽 落到 运输带上， 操 作 人员 通 过 手 动或自 动模 式 将 试 样板 经 过 运输链前 辊 道 、运输链、运输链后 辊 道 、摆 动辊 道 运送 到 试 样剪 前 ，此 时操 作 人员 对 试 样进 行 剪 切 ；摆 动辊 道 和 碎 料剔除装 置配合 完 成相应 的 剪 切 过 程 ；试 样剪 切 完 成后 经 过 废 料溜 槽的 分 料装 置将 试 样和 废 料分 别运送 到 试 样收 集坑和 废 料收 集坑中。 用于软件 开 发 和报 表 打 印 。大 量的 应 用支持软件 的 使用，以 及 所 有 的