基于PCS7和Simulink的过程控制虚拟仿真实验平台开发

为了解决过程控制实验DCS硬件成本高、学生的实验效率低等问题,提出一种基于PCS7和Simulink的虚拟实验平台开发方案。该方案利用Simulink提供的子系统搭建实际工业对象模型,在PCS7中组态过程控制算法,通过OPC通信进行实时仿真。以双容水箱液位控制实验为例,介绍了整个实验平台的搭建过程。实际教学效果表明,该实验平台减少了硬件成本,激发了学生的实验兴趣,提高了实验效率。

基于MATLAB RTW和软PLC的先进控制算法实现

先进控制算法在实际应用过程中,往往伴随着算法难以实现、调试繁琐等问题;为将先进控制算法高效地部署到DCS上,提出了一种方便快捷的实现方法;首先,在MATLAB自身集成的先进控制算法与实际工业对象之间建立OPC通讯,反复调试后得到与被控对象特性相匹配的控制算法;其次,通过MATLAB RTW将该MATLAB/Simulink先进控制算法生成C++代码;最后,使用软PLC高级语言编程技术,将算法的C++代码无缝集成到DCS当中;实践中设计了一种基于双容水箱液位控制的模糊控制算法;实验结果表明,以该方式设计的控制算法具有良好的控制特性和较高的实际应用价值;该方式缩短了以往控制算法的部署周期,为先进控制算法在DCS中的实际应用提供了强有力的解决方案。

BH-1型月球车的运动学和动力学研究

为研究松软土壤下BH-1型六轮月球探测车原理样机的运动性能和越障性能,对原理样机的运动学和动力学进行了理论分析.通过推导BH-1型原理样机车体和车轮的运动学约束关系,研究车轮的前向滑移、转向角滑移及侧向滑移对样机运动学的影响;鉴于月球表面松软的砂质土壤条件,对样机的车轮力学情况进行分析,进而建立基于凯恩方程的机器人动力学模型;利用ODE(open dynamics engine)三维动力学仿真软件对样机的越障过程进行仿真演示.仿真结果证明,BH-1具有优秀的运动性能和越障性能.

基于PCS7的湿法烟气脱硫控制系统设计

为解决某钢厂烧结烟气脱硫技术自动化水平不高,脱硫效率低等问题,提出PCS7与湿法烟气脱硫技术相结合的解决方案。设计了以工业以太网、PROFIBUS-DP、MODBUS、OPC通讯方式为基础的控制系统,并以工艺水箱液位PID控制为例,详细介绍控制策略的部署过程。实际工业应用表明,该控制系统运行稳定,提高了系统自动化程度和脱硫效率,具有一定应用和推广价值。

控制分配方法用于机器人的研究

六轮关节式移动机器人是一类成功应用于星球表面探测的多刚体铰接运动系统。由于驱动电机的个数大于机器人任务空间的自由度,机器人的驱动控制量存在冗余。在未知环境下,控制分配中的驱动力分配将遇到较大困难。为克服松软地形下车轮的"滑转"问题,以一种四连杆关节式移动机器人为研究对象,提出基于凯恩方程和加权最小二乘伪逆矩阵的驱动力分配方法。然后通过增加滑移率补偿项,在线修正车轮驱动量。最后使用ODE(Open Dynamics Engine)工具包对机器人的牵引控制过程进行了动力学仿真,仿真结果验证了该方法的有效性。

基于HBase与OPC UA技术的工业云架构研究

提出一种基于HBase数据库、OPC UA技术以及底层设备的工业云架构平台,并实现了数据库的搭建、OPC UA的CS架构搭建以及数据的写入与查询等工作。

行星探测机器人的牵引控制与仿真

为克服系统建模误差和环境干扰,提出一种基于滑移率补偿项的行星探测机器人前向滑模牵引控制方法,通过协调所有转向轮的瞬时转向中心于一点,实现机器人的协调转向控制;考虑到探测环境的未知性,提出了一种基于运动学的轮地接触角实时估计方法,最后利用ODE(Open Dynamics Engine)动力学仿真工具包与OpenInventor图形库建立行星探测机器人牵引控制可视化仿真平台,对闭环反馈控制系统的速度跟踪性能进行了仿真;仿真结果证明该方法对模型误差和外部干扰具有较强的鲁棒性,控制性能优于传统的开环控制方法。

基于混杂优化方法的ADRC参数整定方法研究

自抗扰控制器(ADRC)广泛应用于国内外工程领域,如何快速有效的整定自抗扰控制器的参数是限制其应用主要难点之一。自抗扰控制器的参数较多且相互影响,其整定与优化的过程可以视为多目标优化的典型问题。提出一种在MATLAB中应用的自抗扰控制器参数整定的混杂优化方法。混杂优化方法基于多目标优化问题的解决思路,并在其具体算法中采用基于LM方法的非线性最小二乘法与带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的方式来优化控制器参数。文中运用混杂优化方法整定了扩张状态观测器(ESO)和自抗扰控制器(ADRC)以及线性自抗扰控制器(LADRC)的参数。实验结果表明以两种算法结合为基础的多目标混杂优化方法能够满足目标要求,是解决自抗扰控制器参数整定快速而有效的手段。

基于图神经网络的社区户内燃气系统动态风险评估

目前对于社区户内燃气系统的风险评估大都为静态分析方法,且一般只对系统中单独组成部分进行建模,忽略了户内燃气系统风险复杂的耦合影响关系。针对现有风险评估方法的局限性,提出了一种基于图神经网络的社区户内燃气系统动态风险评估方法。该方法首先通过梳理社区户内燃气事故、分析社区户内燃气系统的风险源和风险影响因素,构建了社区户内燃气系统动态风险评估指标体系;然后将知识图谱用于社区户内燃气系统的场景构建,基于社区户内燃气系统的构成和指标体系确定知识图谱中的实体类型和实体特征,并在所构建的社区户内燃气系统知识图谱的基础上,提出了一种基于图神经网络的社区户内燃气系统动态风险评估方法;最后,以某一社区为例,对所提出的基于图神经网络的社区户内燃气系统动态风险评估方法进行验证。实例应用分析结果表明:该方法可以针对社区户内燃气系统风险复杂的耦合影响关系,实现社区户内燃气系统的安全动态风险评价,对社区燃气用户的安全管理具有一定的指导和参考意义。

基于贝叶斯网络的社区配电网系统动态风险评估

社区配电网系统的安全分析和动态风险评估是配电网系统安全运行的关键环节。传统的可靠性指标无法反映社区配电网系统中物理元器件的状态和短路故障事件等本质安全问题对风险评估的影响。针对现有风险评估方法的局限性,提出一种基于贝叶斯网络的社区配电网系统安全分析与动态风险评估框架。首先,在标准可靠性指标的基础上,创新性地将社区配电网系统中物理元器件的故障率和短路故障事件引入到风险评估中,提出一种新的社区配电网停电风险评估指标体系,该评估指标体系综合考虑了社区配电网的可靠性指标和本质安全特性,能够全面反映社区配电网系统的动态风险;其次,提出一种基于故障树-贝叶斯网络的社区配电网系统动态风险评估方法;最后,以一个实际社区的配电网系统为案例,验证了该动态风险评估框架的可行性和有效性。案例分析结果表明:所提出的框架能够充分评估社区配电网系统的停电风险,并可以给出合理的安全措施,以有效降低社区配电网系统的动态风险。

考虑带泵类负载感应电动机影响的静态电压稳定性分析

为了更准确计及泵类负载机械特性对配电网静态电压稳定的影响,建立了一种将感应电动机T型等效电路与泵类负载机械特性相结合的感应电动机负荷模型。将其用于配电网潮流计算,采用前推回代法求解。进而将其用于连续潮流计算,建立了带泵类负载多台相同感应电动机的等效负荷模型,分析负荷连续增长对配电网静态电压稳定的影响。采用IEEE33节点算例对提出的模型与方法进行仿真验证,并与负荷按恒功率因数增加模型的连续潮流进行了对比。仿真计算验证了所提方法的合理性和有效性,表明采用该模型所得的静态电压稳定裕度要小于采用恒功率因数负荷计算结果,更接近工程实际情况。

基于MES的离散型车间生产管理系统设计

针对某汽车零部件生产企业在实施生产过程中急需解决的生产管理、计划编制和执行跟踪方式落后以及物料信息采集不及时等问题,提出了基于制造执行系统(MES)的离散车间生产管理模型。区别于传统的车间生产管理模式,加入了基于Android的手持设备,利用RFID技术和Apache Thrift框架,通过Android移动终端信息推送等相关技术,对车间生产进行远程监控管理,减小了突发事件对车间生产周期的影响,提高了生产效率。

基于阿里云的远程监测及故障诊断系统研究

针对当前工业现场数据远程查询灵活性不足、传统故障诊断方式效率较低和扩展性较差、故障报警信息形式单一等问题,设计了基于阿里云的大型臭氧发生器远程监测及故障诊断系统。该系统通过工业无线的方式实时采集臭氧发生器的运行数据并上传至阿里云,在阿里云上利用BP神经网络进行故障诊断。终端采用B/S架构实现远程数据监测及手机短信报警等功能。该系统增强了现场数据查询的灵活性,提高了故障诊断的准确性,改善了现场故障处理的及时性。

工业互联网云网关架构及实现

针对工业生产数据通信协议复杂、工业设备与云端通信困难的问题,提出一种工业互联网云网关架构。针对传输协议复杂多样的问题,提出了一种多协议数据解析方法,能够对多种协议下的数据进行解析,并转换为MQTT协议,实现数据统一协议并上传至云平台。针对协议转换中的实时可靠性问题,提出一种支持断点续传并可以快速处理并发任务的异步处理机制来保证协议转换的实时可靠性。在保证实时可靠的基础上,提出一种三层加密方式以提高数据传输的安全性。在软硬件上实现了上述云网关架构,并在工业过程控制设备上进行了实验。实验结果表明,该架构能够有效解决工业系统与云平台的数据融合问题。

基于GIS的公共安全数据可视化管理研究

为实现对公共安全数据的有效管理,将WebGIS技术应用于公共安全数据可视化,基于ArcGIS平台进行公共安全的数据可视化管理研究和开发。以国家地震科学数据中心近3年的历史地震数据为例,结合网络地理信息系统,以动态的空间形式实现对地震数据的图形化显示、检索和分析的可视化管理。结果表明,该数据可视化管理平台有利于清晰掌握公共安全事件信息,为进一步对公共安全事件的风险分析和决策提供依据和保障。

基于OpenStack的私有云平台设计

云计算是当前计算机领域非常热门的研究方向,在此背景下,阐述了云计算、私有云的相关概念及其应用。详细介绍了开源云计算框架Open Stack及其核心组件。提出了一个基于Open Stack的私有云平台架构方案,在实际工作中部署了私有云平台并对相应的计算、存储、网络、镜像等资源进行管理。

MODBUS的主/从站设计

MODBUS协议是一种工业控制网络协议,具有侦错能力强、传输量大、实时性好等特点。讨论的是基于LPC1788来实现MODBUS主从站方案的设计,包括MODBUS协议的两种传输方式RTU模式和ASCII模式的实现。

基于PCS7与SIMATIC IT的MES数据采集方法研究

针对制造执行系统(MES)对生产的实时性和数据的准确性、快速性与安全性要求,基于西门子PCS7和SIMATIC IT平台,研究了各层级之间的数据关系,实现了数据信息的采集与发布,以及对生产全过程的跟踪管理,以适应现代工业企业管理信息化、智慧化的要求。

Profibus DP/PA耦合器的设计

阐述Profibus DP/PA耦合器的设计的理论,对基于FBC3050和FB0409两种现场总线通讯控制芯片的设计方案对比,介绍了耦合器的硬件电路设计及软件设计流程。

基于PCS7的TE过程半实物仿真系统研究

针对目前应用广泛的基于MATLAB的TE仿真模型与工业软件数据共享困难、仿真系统不具有实时性等问题,设计开发了基于SIMATIC PCS7的TE过程的半实物仿真系统。详细介绍了仿真系统结构及建模过程,以及仿真模型如何在Win AC RTX中实现运行,完成TE模型实时仿真过程。该TE模型可提供工业通信常用的数据输入输出接口,能够直接采集或控制现场设备信号,同时可利用上位机软件Win CC组态显示仿真画面,方便对实时数据进行观测及控制,可扩展能力显著提高。