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焊后长钢轨是无缝线路的基本组成部分。长钢轨群吊在焊接长钢轨生产线中担负着吊运长轨的任务,在长钢轨生产中占有重要的地位。我国长钢轨群吊目前采用手工操控的方式,需劳动力多,安全性差,生产效率低下。随着铁路铺设里程的加大,设计高效稳定的长钢轨吊运控制系统势在必行。
本文首先对国内焊轨厂设备、生产流程及现有长钢轨群吊组成、工作方式进行调研和介绍,总结现有系统不足。在此基础上给出了新型长钢轨群吊控制系统的设计要求。
其次,本文对单个吊车进行动态力学分析,建立并简化系统模型,然后采用拉格朗日方程组对单吊系统模型进行描述,归纳出单吊系统模型的线性方程。对群吊系统分析时,防止长钢轨在吊运过程中扭曲,着重考虑长钢轨的挠度分布及对长钢轨的影响。总结长钢轨结构特性和群吊系统特点,指出吊运过程可能出现的问题。设计基于LQR最优控制理论的控制器,经过仿真验证,性能符合要求。
本文还在深刻理解集散控制系统的集中管理、分散控制先进思想的基础上,结合PLC、嵌入式系统的特性对集散系统进行改进设计。针对长钢轨群吊控制系统实际情况,设计控制系统各级设备及功能。运用集控思想设计全新的长钢轨吊装流程及操作方式。论述了钢轨位置智能识别、系统安全保障等新功能实现原理。
根据实际情况对系统测控设备进行全新设计和实现。包括基于伺服电机系统设计具有位置、速度可精确控制的运轨小车;长钢轨夹钳的电控设计和系统安全保护功能设计;S7-200PLC控制器的外围电路设计;完成STM32F101微控器为核心的智能终端的原理图及PCB绘制;合理的选择ARM9S3C2410芯片为核心的硬件平台用于系统状态现场显示。
本文论述了RS485组网技术的特点及其在本系统中的适用性。详细的分析Modbus协议的数据帧结构和校验方式,根据该协议完成了系统的通信协议设计,包括地址分配,功能码描述,通讯程序流程。并对通讯抗干扰方法做简要论述。
本课题的软件系统依照功能进行模块化设计。使用梯形图语言完成了PLC的系统软件设计,论述了具体功能的实现方法和软件设计流程;基于STM32固件库开发的智能终端软件系统,论述了STM32内部各模块配置方法,并给出主要程序代码;现场状态显示系统按照嵌入式软件开发模式进行设计,包括建立开发环境建立和GUI程序的设计。
合理设计调试平台,对整个系统进行调试,并对调试过程出现的问题进行分析解决。