移动式海关集装箱检查系统同步技术及控制系统应用研究
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摘要
现代海关集装箱检查系统是海关边境口岸、海港、航空港等领域打击走私、虚假报关和反恐怖的有力武器。建立基于PROFIBUS现场总线的分布式网络控制系统、实现有效的集装箱移动门架同步控制方案是集装箱检查系统安全、稳定、可靠运行的重要保证。
本选题着重于某型号组合移动式钴-60海关集装箱检查系统的控制系统设计和移动门架同步控制技术的研究。针对伺服控制系统成本较高而普通三相异步电机变频传动直接控制精度不高的特点，文中重点讨论了PID算法和模糊控制算法在本系统中的实现以进一步提高变频传动系统的控制性能；设计出基于PROFIBUS现场总线的分布式网络控制系统；进行了系统手动和自动两种运行方式的设计；针对海关集装箱检查系统高的安全性、稳定性、可靠性及可维护性，建立起了系统数据通讯、故障自诊断、安全连锁的硬件和软件环境；最后进行了工程安装与调试。实践表明，本文提出的同步控制策略较好的改善了系统的运动性能，所建立的基于PROFIBUS现场总线的分布式网络控制系统设计合理，工作可靠，适应了现代化海关工作的需要。
Modern Container Inspection System is a key weapon of anti-smuggling, preventing cheating on customs declaration and anti-terrorism for Container/freight inspection at border crossings, seaports, airports, and container depots. In order to ensure the system can work with high security, high stability, high dependability, the distributed control system based on ProfiBus network and high performance synchronization control algorithm of Moving Gantry are needed.
This paper presented the control system of some kind Cobalt-60 Container Inspection System with Moving Gantry and the preliminary study on synchronization control algorithm of Moving Gantry. As the servocontrol system cost too much and the performance of general frequency conversion control system on AC Motor is not satisfactory, here mostly make some discussion on PHD control strategy and fuzzy control algorithm and their application in frequency conversion control system in order to improve the precision. In this paper, the following work has accomplished: designed the whole distributed network control system based on the FieldBus protocol of Profibus; accomplished the two function of manual and hand control modes which have applied the combined arithmetic of PID and fuzzy control algorithm to meet the high precision of synchronization control as long as the low velocity change; Meanwhile, due to the high security, high stability, high dependability and convenient maintenance of this system, the communication of network data, the sel-diagnosis of system trouble, the interlocking device of high security are also fully achieved. Finally, this system has been successfully applied in custom. And all of the feedback information shows that the combine arithmetic has improved the system performance and the whole control system based on Profibus network is sound and reliable especially fulfilled the need of modern custom work.
本选题着重于某型号组合移动式钴-60海关集装箱检查系统的控制系统设计和移动门架同步控制技术的研究。针对伺服控制系统成本较高而普通三相异步电机变频传动直接控制精度不高的特点，文中重点讨论了PID算法和模糊控制算法在本系统中的实现以进一步提高变频传动系统的控制性能；设计出基于PROFIBUS现场总线的分布式网络控制系统；进行了系统手动和自动两种运行方式的设计；针对海关集装箱检查系统高的安全性、稳定性、可靠性及可维护性，建立起了系统数据通讯、故障自诊断、安全连锁的硬件和软件环境；最后进行了工程安装与调试。实践表明，本文提出的同步控制策略较好的改善了系统的运动性能，所建立的基于PROFIBUS现场总线的分布式网络控制系统设计合理，工作可靠，适应了现代化海关工作的需要。
Modern Container Inspection System is a key weapon of anti-smuggling, preventing cheating on customs declaration and anti-terrorism for Container/freight inspection at border crossings, seaports, airports, and container depots. In order to ensure the system can work with high security, high stability, high dependability, the distributed control system based on ProfiBus network and high performance synchronization control algorithm of Moving Gantry are needed.
This paper presented the control system of some kind Cobalt-60 Container Inspection System with Moving Gantry and the preliminary study on synchronization control algorithm of Moving Gantry. As the servocontrol system cost too much and the performance of general frequency conversion control system on AC Motor is not satisfactory, here mostly make some discussion on PHD control strategy and fuzzy control algorithm and their application in frequency conversion control system in order to improve the precision. In this paper, the following work has accomplished: designed the whole distributed network control system based on the FieldBus protocol of Profibus; accomplished the two function of manual and hand control modes which have applied the combined arithmetic of PID and fuzzy control algorithm to meet the high precision of synchronization control as long as the low velocity change; Meanwhile, due to the high security, high stability, high dependability and convenient maintenance of this system, the communication of network data, the sel-diagnosis of system trouble, the interlocking device of high security are also fully achieved. Finally, this system has been successfully applied in custom. And all of the feedback information shows that the combine arithmetic has improved the system performance and the whole control system based on Profibus network is sound and reliable especially fulfilled the need of modern custom work.
引文
[1] 集装箱检查系统技术说明书
[2] 李士勇 模糊控制·神经控制和智能控制论 清华大学出版社 1998
[3] 阳宪惠 现场总线技术及其应用 清华大学出版社 1999．6
[4] 赵金刚 现场总线及其发展现状 华东交通大学学报 2000 Vol 20
[5] Richad C.Dorf Robert H.Bishop Modern Control Systems
[6] 周继成 双液压马达同步驱动液压位置伺服系统的研究 哈尔滨工业大学博士论文 1995
[7] 马春山 现代高速话缆线芯生产线的电控系统设计基础自动化 VOl．3 NO．4，1996
[8] 赵克定 双液压马达同步控制系统的研究 机械工程师91专辑
[9] 移动式集装箱检查系统控制系统设计书
[10] 唐济杨 PROFIBUS概貌 现场总线—PROFIBUS专栏
[11] 仪器仪表综合技术经济研究所报告PROFIBUS与现场总线标准 2001
[12] 屈斌 三峡工程永久船闸电控系统 电子技术应用 2001．10
[13] SIEMENSE A&D ONLINE 2001
[14] G05B11/32.JP59—191606.8608720,1983 同步运转方式
[15] Prof. Andrzdj pizon, Electrohydraulic Synchronized Control System 1998
[16] A.S Pannala Controller Design for a Multichannel system ASME Journal of Dynamics Systems 1989 .No 2
[17] T．KNKUBO通过弹性耦合轴进行同步控制 钢与铁 1998 18，No．6
[18] 范剑 关于双机传动机械系统定速比控制及同步控制的研究 东北大学博士论文 1998
[19] 吴慎言 模型参考自适应控制在多电机同步控制中的初步研究 电气自动化 1989 Vo．11
[20] 牛恒林 具有弱磁的三台电机比例同步连扎控制系统 基础自动化 Vol．4 No．31997
[21] 吴叶军 吴沧璞 自适应调节在扎机压下的双侧同步控制中的
应用 全国工业控制系统学术会议论文集 1994 1200
[22] 江上正 谭跃钢 位置差反馈最优同步控制系统的研究
[23] 陈宝平 Fuzzy控制与决策Vol．12，NO．6 1997
[24] 李天石 一种学习控制器及其在同步控制中的应用 Vol．29，No．7，1995
[25] 陶永华 新型PID控制及其应用 西安大学出版社 1998
[26] 张宇河 计算机控制系统 北京理工大学出版社 1998
[27] 窦振中 模糊逻辑控制技术 北京航空航天大学出版社 1997
[28] 戎月莉 计算机模糊控制技术与应用 北京 航空航天大学出版社 1995
[29] 胡道元 信息网络集成技术 清华大学出版社 1996
[30] 王常力 集散控制系统的设计与应用 清华大学出版社 1993
[31] 钴—60集装箱检测系统 核科学与核技术研究中心 2001
[32] 高钟秦 机电控制工程清华大学出版社 2002
[33] 向新程，周立业，刘以思Co60集装箱检测系统控制系统设计 第九届全国核电学与核探测技术年会论文集，1997
[34] PROFIBUS Technical Description Version: April 1997
[35] Communication at Fieldbus Level PROFIBUS, Section B-FESTO DIADACTIC
[36] Marcelo Luis Dultra. Fieldbus Control System. Advances in Insrumentation and Control, Vol. 51,1996
[37] GEORGE A. PERDIKARIS. Computer Controlled System Theory and Application. KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, 1991
[38] CHARLES L. PHILIPS, H. TROY NAGLE, JR. Digital Control System Analysis and Design, by Printice-Hall 1987
[39] H.P PREUB Fuzzy Control in Process Automation, INt. J. SYSTEM SCI 1993, Vo. 24, No. 10
[40] Keiju Matsui; Kouhei Kondou A discussion of parallel connection of five-level pulse width modulated inverters电气学会论文志，D：产业应用部门1999，vol．119-D，no．7
[2] 李士勇 模糊控制·神经控制和智能控制论 清华大学出版社 1998
[3] 阳宪惠 现场总线技术及其应用 清华大学出版社 1999．6
[4] 赵金刚 现场总线及其发展现状 华东交通大学学报 2000 Vol 20
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[8] 赵克定 双液压马达同步控制系统的研究 机械工程师91专辑
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[10] 唐济杨 PROFIBUS概貌 现场总线—PROFIBUS专栏
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[12] 屈斌 三峡工程永久船闸电控系统 电子技术应用 2001．10
[13] SIEMENSE A&D ONLINE 2001
[14] G05B11/32.JP59—191606.8608720,1983 同步运转方式
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[16] A.S Pannala Controller Design for a Multichannel system ASME Journal of Dynamics Systems 1989 .No 2
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[18] 范剑 关于双机传动机械系统定速比控制及同步控制的研究 东北大学博士论文 1998
[19] 吴慎言 模型参考自适应控制在多电机同步控制中的初步研究 电气自动化 1989 Vo．11
[20] 牛恒林 具有弱磁的三台电机比例同步连扎控制系统 基础自动化 Vol．4 No．31997
[21] 吴叶军 吴沧璞 自适应调节在扎机压下的双侧同步控制中的
应用 全国工业控制系统学术会议论文集 1994 1200
[22] 江上正 谭跃钢 位置差反馈最优同步控制系统的研究
[23] 陈宝平 Fuzzy控制与决策Vol．12，NO．6 1997
[24] 李天石 一种学习控制器及其在同步控制中的应用 Vol．29，No．7，1995
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[26] 张宇河 计算机控制系统 北京理工大学出版社 1998
[27] 窦振中 模糊逻辑控制技术 北京航空航天大学出版社 1997
[28] 戎月莉 计算机模糊控制技术与应用 北京 航空航天大学出版社 1995
[29] 胡道元 信息网络集成技术 清华大学出版社 1996
[30] 王常力 集散控制系统的设计与应用 清华大学出版社 1993
[31] 钴—60集装箱检测系统 核科学与核技术研究中心 2001
[32] 高钟秦 机电控制工程清华大学出版社 2002
[33] 向新程，周立业，刘以思Co60集装箱检测系统控制系统设计 第九届全国核电学与核探测技术年会论文集，1997
[34] PROFIBUS Technical Description Version: April 1997
[35] Communication at Fieldbus Level PROFIBUS, Section B-FESTO DIADACTIC
[36] Marcelo Luis Dultra. Fieldbus Control System. Advances in Insrumentation and Control, Vol. 51,1996
[37] GEORGE A. PERDIKARIS. Computer Controlled System Theory and Application. KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, 1991
[38] CHARLES L. PHILIPS, H. TROY NAGLE, JR. Digital Control System Analysis and Design, by Printice-Hall 1987
[39] H.P PREUB Fuzzy Control in Process Automation, INt. J. SYSTEM SCI 1993, Vo. 24, No. 10
[40] Keiju Matsui; Kouhei Kondou A discussion of parallel connection of five-level pulse width modulated inverters电气学会论文志，D：产业应用部门1999，vol．119-D，no．7