基于profibus的海上风电安装船.doc
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基于profibus的海上风电安装船,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...
内容介绍
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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
Abstract
Jacking control system is a key part of self-elevating offshore wind turbine installation vessel, whose performance guarantees legs and vessel platform to realize lifting and dropping smoothly. The major research contents of this paper are as follows.
1. Jacking device and principle of the installation vessel are comprehensively analyzed. The overall scheme of the jacking system of the wind turbine installation vessel is designed. According to this basis and demands, jacking control system which is based on the PROFIBUS fieldbus technology of offshore wind power installation vessel is constructed. And design of the hardware, communication betweens master and slave station, logical functions and etc. is completed. The jacking control system realizes the whole jacking control of the wind turbine installation vessel.
2. In order to ensure the levelness of the vessel platform meets the requirement in the process of lifting, automatic balance methods of the same type platform at home and abroad are analyzed. A leveling scheme by the proportion reversing valve as the actuator is proposed. The leveling principle of heavy platform is studied and an automatic balance is method given. After control strategy of PID is studied, MATLAB software is used to simulate the system. From the simulation, we know that PID control algorithm can obviously improve the quality of the control.
3. Through the integration of the configuration software WinCC and STEP7 software, the monitoring system is developed. Man-machine interface of the jacking control system is designed. Operating management and authority is set and running state is recorded. Visualization monitoring of the process variables is realized. Through the development of the ActiveX control, monitoring system can dynamically display the working process of the device.
4. Prototype system of wind turbine installation vessel is developed and test. Hardware configuration of PROFIBUS-DP network, monitoring system and logical control system is test. The functions such as the control of lifting and dropping vessel and legs, regulation of the vessel balance, display of the system process and fault alarm can verify the correctness of the system.
Keywords wind turbine installation vessel; lifting control, automatic balance; PID; WinCC
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景与意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 2
1.2国内外研究现状、发展趋势 3
1.2.1 现场总线控制系统 3
1.2.2 海上风电船控制系统 4
1.4 本课题的主要研究内容 4
1.5本章小结 5
第2章 PROFIBUS现场总线升降控制系统设计 6
2.1风电安装船的升降系统 6
2.1.1 风电安装船的升降系统分析 6
2.1.2 风电安装船的升降装置 7
2.1.3 升降装置液压系统 9
2.2 升降控制系统方案设计 11
2.2.1 PROFIBUS现场总线概述 11
2.2.2 控制系统的结构分析 12
2.2.3 控制系统的硬件设计 13
2.3 控制系统的硬件组态 16
2.3.1 PROFIBUS网络的硬件组态 16
2.3.2 主从站通信 17
2.4 PLC软件设计及逻辑控制功能 20
2.4.1 STEP7简介 20
2.4.2 PLC的程序设计 21
2.5 本章小结 23
第3章 船体自动平衡控制策略与实现 24
3.1 自动平衡控制策略 24
3.1.1 系统的数学模型 24
3.1.2 系统的PID控制分析 29
3.2 平衡控制方法 31
3.2.1 位置误差控制法 32
3.2.2 角度误差控制法 33
3.2.3 平衡控制方法的确定 33
3.3 平衡控制的实现 33
3.3.1 确定桩腿的高低情况和处理方法 34
3.3.2 程序算法及流程图 35
3.4 本章小结 37
第4章 监控系统的设计 38
4.1 WinCC简介 38
4.2 WinCC通讯的实现 38
4.2.1 WinCC通信原理 38
4.2.2 WinCC与STEP 7的PROFIBUS通信 40
4.3 监控界面的设计 42
4.3.1 编辑监控界面 42
4.3.2 开发ActiveX控件 45
4.4 用户管理 46
4.5 本章小结 47
第5章 海上风电船系统的试验..
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
Abstract
Jacking control system is a key part of self-elevating offshore wind turbine installation vessel, whose performance guarantees legs and vessel platform to realize lifting and dropping smoothly. The major research contents of this paper are as follows.
1. Jacking device and principle of the installation vessel are comprehensively analyzed. The overall scheme of the jacking system of the wind turbine installation vessel is designed. According to this basis and demands, jacking control system which is based on the PROFIBUS fieldbus technology of offshore wind power installation vessel is constructed. And design of the hardware, communication betweens master and slave station, logical functions and etc. is completed. The jacking control system realizes the whole jacking control of the wind turbine installation vessel.
2. In order to ensure the levelness of the vessel platform meets the requirement in the process of lifting, automatic balance methods of the same type platform at home and abroad are analyzed. A leveling scheme by the proportion reversing valve as the actuator is proposed. The leveling principle of heavy platform is studied and an automatic balance is method given. After control strategy of PID is studied, MATLAB software is used to simulate the system. From the simulation, we know that PID control algorithm can obviously improve the quality of the control.
3. Through the integration of the configuration software WinCC and STEP7 software, the monitoring system is developed. Man-machine interface of the jacking control system is designed. Operating management and authority is set and running state is recorded. Visualization monitoring of the process variables is realized. Through the development of the ActiveX control, monitoring system can dynamically display the working process of the device.
4. Prototype system of wind turbine installation vessel is developed and test. Hardware configuration of PROFIBUS-DP network, monitoring system and logical control system is test. The functions such as the control of lifting and dropping vessel and legs, regulation of the vessel balance, display of the system process and fault alarm can verify the correctness of the system.
Keywords wind turbine installation vessel; lifting control, automatic balance; PID; WinCC
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景与意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 2
1.2国内外研究现状、发展趋势 3
1.2.1 现场总线控制系统 3
1.2.2 海上风电船控制系统 4
1.4 本课题的主要研究内容 4
1.5本章小结 5
第2章 PROFIBUS现场总线升降控制系统设计 6
2.1风电安装船的升降系统 6
2.1.1 风电安装船的升降系统分析 6
2.1.2 风电安装船的升降装置 7
2.1.3 升降装置液压系统 9
2.2 升降控制系统方案设计 11
2.2.1 PROFIBUS现场总线概述 11
2.2.2 控制系统的结构分析 12
2.2.3 控制系统的硬件设计 13
2.3 控制系统的硬件组态 16
2.3.1 PROFIBUS网络的硬件组态 16
2.3.2 主从站通信 17
2.4 PLC软件设计及逻辑控制功能 20
2.4.1 STEP7简介 20
2.4.2 PLC的程序设计 21
2.5 本章小结 23
第3章 船体自动平衡控制策略与实现 24
3.1 自动平衡控制策略 24
3.1.1 系统的数学模型 24
3.1.2 系统的PID控制分析 29
3.2 平衡控制方法 31
3.2.1 位置误差控制法 32
3.2.2 角度误差控制法 33
3.2.3 平衡控制方法的确定 33
3.3 平衡控制的实现 33
3.3.1 确定桩腿的高低情况和处理方法 34
3.3.2 程序算法及流程图 35
3.4 本章小结 37
第4章 监控系统的设计 38
4.1 WinCC简介 38
4.2 WinCC通讯的实现 38
4.2.1 WinCC通信原理 38
4.2.2 WinCC与STEP 7的PROFIBUS通信 40
4.3 监控界面的设计 42
4.3.1 编辑监控界面 42
4.3.2 开发ActiveX控件 45
4.4 用户管理 46
4.5 本章小结 47
第5章 海上风电船系统的试验..
