基于PROFIBUS的海上风电安装船升降控制系统研究

【摘要】：升降控制系统是自升式海上风电安装船升降装置中的关键部分，其控制性能是桩腿和船体平台顺利实现升降的保证。本文针对近海海上风电安装船升降控制系统进行设计和研究。论文的主要研究内容如下： 1．综合分析了安装船的升降装置和升降原理，设计了风电安装船升降系统的总体方案。在此基础之上，根据系统需求，构建了基于PROFIBUS现场总线技术的海上风电安装船的升降控制系统，完成了系统的硬件设计、主站和从站的通信以及逻辑控制功能，实现了海上风电船的整个升降过程控制。 2．为保证海上风电船升降过程中水平度满足要求，分析了国内外同类型平台自动平衡的方法，提出了以比例换向阀为执行机构的调平方案。研究重载平台的平衡原理，给出了本风电船的位置误差控制法和角度误差控制法相结合的自动平衡方法。研究了PID控制策略，运用MATLAB软件对系统进行仿真，可知该策略明显改善控制品质。 3．通过组态软件WinCC和STEP7软件的集成，开发了监控系统。设计了升降控制系统的人机界面，设置操作管理权限和记录运行状态，实现了过程变量的可视化监控，并通过开发的ActiveX控件将升降装置的工作过程进行动态显示。 4．开发了海上风电安装船的原型系统，并对其进行调试和试验。对PROFIBUS-DP网络的硬件配置，监控系统以及逻辑控制系统进行测试，实现了船体及桩腿的升降控制、船体平衡状态的调节、系统的过程显示和故障报警等功能，验证了系统的正确性。 【关键词】：风电安装船 升降控制 自动平衡 PID WinCC
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题的研究背景与意义12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状、发展趋势14-15
• 1.2.1 现场总线控制系统14-15
• 1.2.2 海上风电船控制系统15
• 1.4 本课题的主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 PROFIBUS 现场总线升降控制系统设计17-35
• 2.1 风电安装船的升降系统17-22
• 2.1.1 风电安装船的升降系统分析17-18
• 2.1.2 风电安装船的升降装置18-20
• 2.1.3 升降装置液压系统20-22
• 2.2 升降控制系统方案设计22-27
• 2.2.1 PROFIBUS 现场总线概述22-23
• 2.2.2 控制系统的结构分析23-24
• 2.2.3 控制系统的硬件设计24-27
• 2.3 控制系统的硬件组态27-31
• 2.3.1 PROFIBUS 网络的硬件组态27-28
• 2.3.2 主从站通信28-31
• 2.4 PLC 软件设计及逻辑控制功能31-34
• 2.4.1 STEP7 简介31-32
• 2.4.2 PLC 的程序设计32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 船体自动平衡控制策略与实现35-49
• 3.1 自动平衡控制策略35-42
• 3.1.1 系统的数学模型35-40
• 3.1.2 系统的 PID 控制分析40-42
• 3.2 平衡控制方法42-44
• 3.2.1 位置误差控制法43-44
• 3.2.2 角度误差控制法44
• 3.2.3 平衡控制方法的确定44
• 3.3 平衡控制的实现44-48
• 3.3.1 确定桩腿的高低情况和处理方法45-46
• 3.3.2 程序算法及流程图46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 监控系统的设计49-59
• 4.1 WinCC 简介49
• 4.2 WinCC 通讯的实现49-53
• 4.2.1 WinCC 通信原理49-51
• 4.2.2 WinCC 与 STEP 7 的 PROFIBUS 通信51-53
• 4.3 监控界面的设计53-57
• 4.3.1 编辑监控界面53-56
• 4.3.2 开发 ActiveX 控件56-57
• 4.4 用户管理57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 海上风电船系统的试验研究59-64
• 5.1 实验系统开发59-60
• 5.2 系统测试60-62
• 5.2.1 CP5512 硬件自检60-61
• 5.2.2 硬件诊断61
• 5.2.3 上位机和从站控制的测试61-62
• 5.3 船体平台自动平衡的试验62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 总结与展望64-66
• 参考文献66-69
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目69-70
• 大摘要70-74

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