【摘要】：隨著德國工業(yè)4.0以及中國制造2025戰(zhàn)略的發(fā)布,目的是實現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)智能升級,與互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)融合發(fā)展,這對處于生產(chǎn)制造業(yè)核心地位的控制設(shè)備以及其涉及技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場控制設(shè)備PLC由于其封閉性、對使用者有較多要求、成本高以及硬件性能不足等缺點,無法滿足智能制造賦予的使命。嵌入式可編程控制器融合了嵌入式技術(shù)、傳統(tǒng)可編程邏輯控制器技術(shù)和軟PLC技術(shù),實現(xiàn)了對傳統(tǒng)PLC的突破。本文研制一款通用型的嵌入式可編程控制器,并在軟硬件方面給出總體設(shè)計方案。在總體設(shè)計方案基礎(chǔ)上,進行硬件方案具體設(shè)計與設(shè)計細節(jié)總結(jié);之后進行軟件的具體設(shè)計,實現(xiàn)了船舶配電系統(tǒng)參數(shù)檢測應(yīng)用;為改善船舶電能質(zhì)量,在CPU模塊中設(shè)計智能PID控制算法,應(yīng)用于柴油發(fā)電機閉環(huán)控制,以從電能源頭改善區(qū)域配電系統(tǒng)電能質(zhì)量。論文主要研究工作如下:(1)以LPC2294微處理器為核心,采用背板總線電源方式模塊化設(shè)計嵌入式可編程控制器。詳細分析了用戶需求和軟硬件設(shè)計需求,包括運行環(huán)境要求、處理器性能要求、存儲要求、操作系統(tǒng)要求、對外接口要求、測量精度要求等,在此基礎(chǔ)上給出了嵌入式可編程控制器軟硬件總體設(shè)計方案。(2)在嵌入式可編程控制器總體設(shè)計方案基礎(chǔ)上,具體展開硬件設(shè)計。首先對嵌入式可編程控制器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了整體設(shè)計,根據(jù)船舶配電系統(tǒng)涉及具體應(yīng)用功能,對嵌入式可編程控制器進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)功能模塊化設(shè)計;之后對嵌入式可編程控制器整體設(shè)計進行展開,依據(jù)船舶配電系統(tǒng)中待檢測參數(shù)特性,針對性設(shè)計各部分功能電路和并進行通信電路測試,具體電路設(shè)計包括電源電路設(shè)計、復位監(jiān)控電路設(shè)計、系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計、數(shù)字量輸入輸出電路設(shè)計、模擬量采集電路設(shè)計、溫度信號采集電路設(shè)計、串口通信接口電路設(shè)計、CAN通信接口電路設(shè)計;最后總結(jié)船舶配電系統(tǒng)中存在的干擾源,并總結(jié)了針對這些干擾,在設(shè)計過程中所運用的硬件抗干擾技術(shù)。(3)在嵌入式可編程控制器總體設(shè)計方案基礎(chǔ)上,進行裝置的開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分軟件設(shè)計。開發(fā)系統(tǒng)采用第三方成熟軟件NApro,依據(jù)船舶區(qū)域配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)中用戶軟件框架,在開發(fā)系統(tǒng)的用戶梯形圖程序設(shè)計中詳細分析了檢測船舶配電區(qū)域電能參數(shù)和溫度參數(shù)程序開發(fā)過程,記錄測試結(jié)果并與使用多功能表檢測的結(jié)果作對比分析;運行系統(tǒng),涉及硬件驅(qū)動設(shè)計、操作系統(tǒng)移植以及應(yīng)用層軟件開發(fā);硬件驅(qū)動設(shè)計包括了串口驅(qū)動程序、SPI驅(qū)動程序、CAN驅(qū)動程序、A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序以及溫度轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的編寫;詳細分析μC/OS-II操作系統(tǒng)的文件構(gòu)成和移植條件,在此基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)移植文件編寫;應(yīng)用軟件層主要涉及用戶任務(wù)創(chuàng)建與調(diào)度,依據(jù)船舶配電待檢測參數(shù)特點對部分數(shù)據(jù)采集應(yīng)用層進行針對性。(4)在嵌入式可編程控制器增量式PID調(diào)速功能的基礎(chǔ)上,引入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,改進了RBF-PID調(diào)速控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu),實現(xiàn)對船舶電站柴油發(fā)電機非線性調(diào)速的快速穩(wěn)定控制。首先對船舶區(qū)域配電系統(tǒng)中柴油發(fā)電機進行數(shù)學建模,將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID調(diào)速功能結(jié)合,之后改進調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在常規(guī)調(diào)速控制系統(tǒng)三個輸入?yún)?shù)基礎(chǔ)上引入了排氣總管溫度T、排氣總管壓力P與輸入轉(zhuǎn)速r(k)、輸出轉(zhuǎn)速y(k)、轉(zhuǎn)速偏差e(k)共同構(gòu)成了RBF網(wǎng)絡(luò)的輸入,通過RBF網(wǎng)絡(luò)計算辨識結(jié)果,結(jié)合梯度下降法計算出比例、積分、微分的增量,實現(xiàn)PID控制器參數(shù)整定優(yōu)化。最后對船舶區(qū)域配電中柴油發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)進行仿真與結(jié)果分析。
【圖文】：

第 2 章 嵌入式可編程控制器分析和設(shè)計編程控制器的工作原理編程控制器進入運行狀態(tài)后定期掃描運行用戶操作命令，在無中斷或跳轉(zhuǎn)下，自上而下從左往右順序運行用戶寄存器區(qū)操作命令，在完成一遍程序新的一輪掃描循環(huán)輸出�？紤]到 CPU 高速運算，可以認為用戶程序是同時可編程控制器詳細工作過程如圖 2.3 所示。

第 2 章 嵌入式可編程控制器分析和設(shè)計工程項目。運行系統(tǒng)運行于嵌入式可編程控制器硬件裝置中，，實現(xiàn)邏輯控制和理等功能。開發(fā)系統(tǒng)是嵌入式可編程控制器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要組成部分，運行于 PC 端機開發(fā)軟件可為用戶提供便捷的項目管理，人機良好的編程開發(fā)環(huán)境和仿真在功能。結(jié)合 IEC61131-3 標準，可得到如圖 2.4 所示的開發(fā)系統(tǒng)軟件功能分布圖
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U665.1

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本文編號：2674662