系統論文范文精選

第一篇 1基于物聯網的感知礦山

2010年，徐州礦務局提供了煤礦井下生產、監測智能化的感知礦山概念后，得到了國家和政府的大力支持，并專門成立了感知礦山工程科研中心，成為物聯網在煤礦應用中的一個轉折點，也將物聯網技術成功的引入到煤礦生產過程中。感知礦山是利用物聯網技術，實現煤礦井下生產、地面管理的數字化、智能化和可視化。建立感知礦山的目的是為了將煤礦運銷、產品加工、安全管理、生產、地質、煤礦地理等信息綜合起來，實現數字化管理，將智能計算、信息分析處理、數據傳輸、感知等物聯網技術和煤礦企業的產品加工、生產開采等技術形成密切聯系的整體，以實現煤礦運營的安全和詳細描述及控制煤礦生產的全過程的目的，從而能夠有效的解決煤礦透水、瓦斯突出、煤塵爆炸等災害難題。感知礦山的引入在增加煤礦企業產量的同時也提高了煤礦安全管理水平，煤礦井下變電站、煤倉、皮帶信息等各個生產子系統可以利用網絡、感知信息技術等物聯網技術實現，在一定程度上對煤礦企業自動化生產水平也是一個提高。將和安全生產息息相關的感知層設備接入計算機網絡是感知礦山實施的重點。由于傳統礦山建設中，傳感器型號、網絡傳輸協議接口等都沒有統一的整體標準，不同型號的設備具有不同廠家，這就為日后的統一聯網管理帶來了難題。物聯網的引入可以將這些設備有效的聯系在一起，形成多層次的煤礦安全監測系統。

2煤礦安全監測系統組成

基于物聯網的煤礦安全監測系統將地下、地上語音對講、煤礦生產視頻監控等通信和數據采集結合到一起，實現了控制系統、數據采集、視頻監控、環境報警、系統報警等功能模塊的聯動，以此來提高煤礦井下的安全防御水平和災難反應速度。地面各級安全監管機構、地面監控中心總控、井下分控按級別組成了煤礦安全監測系統的多層監測模式，安全監管機構可以查詢這個礦區的安全生產實施情況。礦區安裝的地面監控中心可以管理每個礦井生產，井下分控可以管理環境傳感器、井下生產監控設施。

（1）傳輸網絡

每個礦區和每級安全監管中心利用煤礦監控專網進行連接；礦業分公司地面控制中心和井下分控之間利用煤礦原有以太網進行連接。

一、PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統中的應用

1.功能說明設定機組電機開啟順序方面，依照機組步狀態字，確保啟動功能方面電機能夠與設定時間間隔相符合，依照機組狀態字命名規定，可以借助機組號對相關步狀態字加以匹配，還可以通過步狀態字查詢對應機組號。例如在第一車間第5機組中的“機組步狀態字”地址顯示為MB45，那么0-3位則屬于是第一步到第四步的步啟動步狀態，4-7位則屬于是第一步到第四步的步停止使能。需要特別注意的是步信號則也就屬于是脈沖信號。內部邏輯在電機控制功能中完成任務后，會向DR管腳輸入運算結果，控制電機運行狀態。根據相關經驗，一般開啟電機的時間會控制在1秒以內，該啟動時間與多數電機要求相符合，對一些延遲啟動時間的電機，可通過延遲程序對啟動時間進行相應延長。對于電機聯鎖程序，該電子控制系統包括三種聯鎖信號，也就是：設備聯鎖、啟動聯鎖及運行聯鎖。連鎖滿足定義代表數字是“1”，也就是說，設計程序可以啟動，而不滿足則用“0”表示，也就是說禁止啟動設計程序。啟動聯鎖方面，一般大型設備均輸出一個啟動指令，在功能模塊中接入信號。運行連鎖方面，根據相關工藝程序，可常規啟動設備前所有設備，這樣該設備才有得到啟動指令的權利。電機控制字方面，可將所有控制位合成一個整體字節，向功能模塊直接傳輸，使其更為快捷與高效。編號上，電機狀態字依照統一規則實施統一編排。電機下位調試方面，一般下位調試在這種電子控制系統中會直接調試STEP7編程。如果你想要啟動電機，則可以在確保聯鎖狀態可以對相關情況滿足的情況下，只需要把對應電機控制字的第0位置位即可，如果想要將電機運動停止，只需要將其控制位直接復位。

2.計算機監控組件邏輯程序控制系統在電子控制系統中具有獨立性，兩者是彼此自主運行、具有不同特征的控制單元。但是，因為兩者均在總線網絡和通訊協議額后應用，所以這兩大控制單元具有整體性特征。通訊中介主要是工業以太網，一方面能夠為控制站和控制站通訊服務，另一方面還可當作控制站和操作站的穩定介質，對站點數據傳輸極為有利。該系統在控制現場模塊與站點間，通過分布式IO滿足通訊之需，通過安全、穩定通訊總線，可以向控制單元及時發送現場信號。對PLC型DCS控制核大腦，具體包括網絡通訊系統、計算機監控組件、邏輯程序控制系統三大組成環節，也就是說，現場應該配備完善的計算機監控設備，由此DCS控制系統就能夠精確、高效、及時的完成電子控制任務。

3.軟件功能設計電子控制系統軟件的核心是實時監測和控制，此系統的軟件控制功能具有操作簡單、功能齊全以及較好的可視性等特點。系統的軟件功能的主要包括電站運行狀態的檢測，故障檢測、報警與處理，信息的顯示、儲存與打印，電站功能控制以及安全功能。電站運行狀態的檢測與顯示主要是在電子控制系統中顯示生產線的基本參數與運行狀態，把這些信息集中顯示在系統監控界面上，以便于工作人員對電站工作狀態和參數的查詢。系統故障的檢測與處理主要通過實時監測自動化生產線的故障處理系統判斷故障發生的具體位置和類型，如果系統由異常，相關功能會自動進行聲光報警。系統的報警類型一般有多種，比如開關阻塞故障報警、發電機啟動失敗報警等等，根據不同的故障原因，有不同的故障報警信號，故障報警系統界面的設置一般有消聲、消閃按鈕。故障信號心事設置，一般有顯示故障信息和歷史故障信號，比如故障發生的時間、故障持續時間以及故障的類型等，系統把這些信息全部儲存在觸摸屏的緊湊式儲存卡內，以便于工作人員隨時、隨地的查詢和處理，同時有利于工作人員分析當前船舶電站情況。功能控制方式一般由遙控、自動和手動3種，一般情況下遙控模式下，操作人員通過界面顯示的信息，利用按鍵控制電站設備；而在自動控制模式下，工作狀態由PLC自動控制管理，它能夠針對不同設備不同的的運行狀態實進行影響的自動控制。安全控制功能的設置主要是為了防止系統在運行過程中存在的操作無序性、任意性，而導致的系統損壞和癱瘓。系統的安全功能一般通過用戶權限設置和優先級設置進行實現，一般情況下，系統內為了降低人為故障率，軟件系統會設置有操作權限，操作權限一般有兩種形式：級別權限和優先級權限，其中優先級安全設置主要是對于遙控模式和手動模式下進行優先級設置，避免操作系統的混合實用導致的系統故障的出現。

4.通信軟件設計通信協議和格式設計此系統的通信協議一般采用Modbus協議和RTU通信模式實現信息的收集與儲存。在使用Modbus協議之前要對數據進行實時校驗，再此通信模式下采用16位CRC進行系統校驗，以便提高系統的可靠性和穩定性。控制系統的數據量比較多，在RTU通信模式下，利用上位機進行數據的讀取與查詢，數據的發送采用中斷方式。根據PLC單元數據接收系統命令，然后由報警子程序把各個數字信息分離出來對每一位數字信息進行逐一顯示。同時也包含報警信號數據。另外，此系統還能進行模擬量的查詢，通過PLC讀取21個單元數據，在RTU通信模式中每個字節半酣幾個6進制數據，以此獲得模擬量數據。PLC接收導致以上命令，將單元數據傳輸給控制軟件，經過子程序等額處理，把這些數據轉化為相應的模擬量。PLC端設計此模塊編程語言和兼容功能采用FBD語言實現，此語言形式具有較好的直觀性，同時可讀性也比較高。上位機和PLC通信采用查詢方式，通信端口采用Com2，擁有1個停止位，沒有奇偶校驗位。PC端設計分析PC端設計編程主要采用VC++，下位機的設置一般采用查詢方式實施，而其參數則和通信參數相同。上位機的主要功能是讀取下位機PLC，讀取間隔比較短，周期一般為300ms,取得的下位機命令需要放在固定的緩沖區內。通信軟件設計分析控制系統通信軟件的設計要考慮較多問題，比如通信的可靠性、穩定性等，一般情況下通信系統的分析與設計要在光鏡線完成，利用系統調試功能進行設置，控制系統通信情況的穩定、可靠程度可視性高低、界面是否有好以及監控功能的完善，均要通過通信系統來完成，所有通信系統的設計在控制系統中具有廣泛的應用價值。

二、結語

1玉米精播機單體結構及控制原理

1．1樣機單體結構

單體樣機主要由開溝器、種箱、排種器、步進電機、覆土器、仿形機構和地輪、模擬輪(用來模擬拖拉機前輪，測量機具前進速度)，以及機架和手柄(用來代替拖拉機頭，提供前進的動力)等組成。試驗時，將磁鋼均勻地貼在模擬輪上，開關型霍爾傳感器安裝在正對磁鋼的位置，用以測量播種機的前進速度。另外，為了獲得相對準確的機組前進速度，應將盡可能多的磁鋼貼在拖拉機前輪上。

1．2控制原理及系統組成控制系統的作業原理

利用霍爾傳感器采集拖拉機的行進速度，獲得的速度信號經傳感器內部電路處理后輸送給單片機;單片機根據輸入的株距計算處理后得到應輸送給步進電機驅動器的脈沖數，從而使步進電機轉速與拖拉機前進速度保持一致，以達到均勻排種的目的。該控制系統主要由單片機模塊、無線傳輸模塊、人機交流模塊及驅動模塊等組成。由于單片機具有體積小、質量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及安裝方便等優點，故本方案采用了深圳宏晶推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的STC89C52RC單片機，其片內帶8kB的ROM和512Byte的RAM，與傳統的8051單片機完全兼容。考慮到拖拉機駕駛室和排種裝置之間存在一定距離，采用有線傳輸會使控制線路變得較為復雜。為簡化線路和增強系統的抗干擾性，本設計決定采用兩個單片機控制單元，一個裝在拖拉機駕駛室里邊，另一個安裝在排種器附近，兩個控制模塊之間采用NRF24L01+芯片進行信息的傳輸。主機模塊主要完成機組前進速度的采集及人機交流等功能，從機模塊主要實現對排種器轉速的調節。考慮到播種機作業過程可能需要因維修保養、故障排除等原因而臨時停車、地頭提升轉彎及運輸狀態等實際情況(在這些條件下顯然排種器不能繼續轉動，否則會導致種子的無效排種，浪費種子)，在單片機控制步進電機時，必須考慮鎮壓輪是否著地。為了解決此問題，該控制系統在鎮壓輪的底部安裝了一個行程開關接在控制系統電路中，只有當排種裝置落下時，開關閉合，控制系統才開始工作。

2系統控制硬件設計

一工藝流程該系統

每條生產線由立式上料機、高速除磷機、多道被動軋機、主動軋機、輥縫調整、在線質量檢測、中頻退火、廢鋼剪切裝置、夾送裝置、吐絲機、輸送輥道、集卷站組成。三條生產線配合地輥運輸機、上料機液壓站、軋機稀油站、集卷站液壓站、卸卷站液壓站以及打包機組成系統。熱軋光圓盤條通過立式上料機進入高速除磷機去除表面氧化皮，然后進入被動軋機，由主動軋機帶動將鋼筋壓扁，主動軋機將鋼筋軋出花紋，通過輥縫調整調節壓軋量。軋出花紋的鋼筋進中頻退火裝置對鋼筋加熱退火，通過廢鋼剪切裝置將不合格的廢鋼碎斷處理，成品鋼筋經夾送裝置送入吐絲機。吐出的盤圓鋼筋經輸送輥道冷卻后送入集卷站收集，成卷后的鋼筋經地輥運輸機送至打包機打包，最后經卸卷站送出系統運至倉庫。

二控制系統

1系統組網考慮到生產系統的穩定性

以及中頻退火干擾等因素，我們選擇了市場上技術比較成熟應用較廣的西門子系統。生產線CPU采用S7-317-2PN，地輥運輸機和各個液壓站采用S7-315-2PN，稀油站采用S7-312C+以太網模塊，這樣所有的設備均能通過以太網連接至中控室交換機，通過中控室工程師站調試設備更改程序，通過操作員站遠程操作設備，查詢各個設備的工作狀態、故障內容等信息。在線測徑儀采用天津兆瑞公司的最新產品，通過以太網通信，能夠實時顯示鋼筋的基圓尺寸、縱肋高度等信息，為在線質量檢測提供了可靠保證，也為在線質量自動調整提供了前提。所有設備通過工業以太網連接至主操作室交換機，實現實時監控與數據交換。

2生產線主站與遠程

1系統結構設計及總體方案

拖拉機動力輸出軸連接藥液泵，開始噴霧前打開與藥箱連接的吸水閥門，關閉快速管接頭閥門;控制系統經過上電初始化設定好電動調節閥的初始開度，通過觸摸屏設定工作模式和畝噴量，并打開與噴頭連接的電動閥;拖拉機動力輸出軸運轉后，藥液從藥箱通過吸水閥門、過濾器進入藥液泵，控制系統通過速度傳感器實時采集作業速度，結合設定的畝噴量和采集的噴藥壓力，計算出理論的流量值，與采集到的實際流量值進行比較;經過PID算法調節電動調節閥的開度，使得實際流量值盡可能與理論流量值一致，從而實現變量噴霧。藥箱上安裝的超聲波液位傳感器檢測藥箱液位高度，通過觸摸屏顯示實際液位，當液位低于設定的安全值時，觸摸屏顯示“液位過低”，進行報警。當行駛到地頭轉彎作業時，控制器根據轉向控制傳感器的信號，關閉轉彎半徑內側的閥門，防止重復噴藥。作業過程中，可以點擊觸摸屏的攝像頭按鈕切換到攝像頭界面來觀察噴霧效果。

2硬件電路設計

控制系統硬件結構，包括DSP核心算法單元、電源電路、RS485、RS232、A/D轉換電路、開關量輸入電路、繼電器輸出電路，以及傳感器、電動閥、電動調節閥外圍電路、觸摸屏顯示電路。

2．1核心芯片系統設計采用TI公司的TMS320F28335DSP作為核心控制芯片。該芯片內置了浮點運算內核，能夠執行復雜的浮點運算，可以節省代碼執行時間和存儲空間，具有精度高、成本低、功耗小、外設集成度高和數據及程序存儲量大等優點。

2．2電源電路TMS320F28335工作時所要求的電壓分為兩部分:3．3V的Flash電壓和1．8V的內核電壓。TMS320F28335對電源很敏感，所以選擇TI公司的雙路低壓差電源調整器TPS767D301。TPS767D301帶有可單獨供電的雙路輸出:一路固定為3．3V，另一路輸出可調。設計中選取R49為20k，R50為12k，而且TPS767D301芯片自身能夠產生復位信號，不需要為DSP設置專門的復位芯片。要保證系統可靠的工作還需要有電源管理芯片，選用TI公司的TPS3305－33D來監控系統的3．3V和5V電壓。當系統電壓降到允許范圍以下時，產生復位信號使系統復位，保護系統免受低電壓影響。TPS3305－33D同時還具有看門狗功能，看門狗輸入信號WDI接DSP的XCLKOUT引腳。