基于PLC的恒温控制系统毕业设计开题报告样本.doc

吉林化工学院信息与控制工程学院

毕业设计开题报告

基于PLC恒温控制系统
The teperature control systmem based on PLC

学生学号： 09540235
学生姓名： 蒋青民
专业班级： 测控0902
指引教师： 赵明丽
职 称： 副专家
起止日期：.3.04～.3.22

吉 林 化 工 学 院
Jilin Institute of Chemical Technology
1．课题来源及选题目和意义
课题来源：结合工程实践
选题目及意义：
温度是工业控制对象重要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度控制对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）影响，使得控制性能难以提高，有些工业过程温度控制不好直接影响着产品质量，因而设计一种较为抱负温度控制系统是非常有价值。
温度控制器发展初期是机械式温度控制器，但总体来讲机械式温度控制器缺陷十分明显：1.机械式温度控制器外观陈旧呆板；2.机械式温度控制器控温精度差；3.容易打火；4.极易在一种极小温差范畴内频繁开关；5.功能比较单一。鉴于这些，智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转潮流。
PLC作为一种通用工业控制器，其拥有可靠性高、使用以便灵活、控制功能完善、控制精度较高等特点，因而基于PLC技术，研究、设计较为通用温度控制系统具备重要意义，控制系统详细参数或元器件可依照各行业规定不同来进行选取。
2．本课题所涉及内容国内外研究现状综述
随着当代工业发展，人们需要对工业生产中关于温度系统进行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚出炉钢铁进行热解决，塑料定型及各种加热炉、热解决炉、反映炉和锅炉中温度进行实时监测和精准控制 温度是寻常生活、工业、医学、环保、化工、石油等领域最常遇到一种物理量。并且，诸多领域温度也许较高或较低，现场也会较复杂，有时人无法接近或现场无需人力来监控。如加热炉大都采用简朴温控仪表和温控电路进行控制，存在控制精度低、超调量大等缺陷，很难达到生产工艺规定。且在诸多热解决行业都存在类似问题，因此，设计一种较为通用温度控制系统具备重要意义。
自 70 年代以来，由于工业过程控制需要，特别是在微电子技术和计算机技术迅猛发展以及自动控制理论和设计办法发展推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面获得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化、性能优秀温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们重要具备如下特点：1.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统控制；2.可以适应于受控系统数学模型难以建立温度控制系统控制；3.可以适应于受控系统过程复杂、参数时变温度控制系统控制；4.这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进算法，适应范畴广泛；5.温控器普遍具备参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具备对控制对象控制参数及特性进行自动整定功能。有还具备自学习功能，它可以依照历史经验及控制对象变化状况，自动调节有关控制参数，以保证控制效果最优化；6.温度控制系统具备控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好特点。当前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面迅速发展。
温度控制系统在国内各行各业应用虽然已经十分广泛，但从国内生产温度控制器来讲，总体发展水平依然不高，同国外日本、美国、德国等先进国家相比依然有着较大差距。当前，国内在这方面总体技术水平处在 20 世纪 80年代中后期水平，成熟产品重要以“点位”控制及常规 PID 控制器为主，它只能适应普通温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十提成熟，形成商品化并在仪表控制参数自整定方面，国外已有较多成熟产品，但由于国外技术保密及国内开发工作滞后，还没有开发出性能可靠自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试来拟定。这些差距，是咱们必要努力克服。随着国内经济发展及加入 WTO，国内政府及公司对此都非常注重，对有关公司资源进行了重组，相继建立了某些国家、公司研发中心，并通过合资、技术合伙等方式，组建了一批合资、合伙及独资公司，使国内温度等仪表工业得到迅速发展。当前，由于国内、国外温度控制系统、计算机控制等控制手段较多，因而，需对有关问题进行研究，以拟定系统适当设计方案。
当前重要有模仿、集成机械式温度控制器和智能电子式温度控制器两大系列。国际上新型温度控制器正从模仿式向数字式、电子式；从集成化向智能化、网络化方向发展。在当今电子信息时代，电子自动化、信息采集控制在任何行业都是不可逆转潮流，智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将在将来很短时间内实现。
3．本课题有待解决重要核心技术问题
当前，工业高速增长，自动控制需求不断扩大，由于PLC可靠性能、先进抗干扰能力以及人性化适应能力，使PLC使用越来越广泛，由于PLC使用强电，因而基于PLC恒温控制系统在工业上应用价值远超单片机，比其更适应工业应用需求，需对与本课题关于下述问题进行分析研究：
1.依照设计工艺规定选取合理控制系统研究方案；
2.PID 控制系统参数自整定研究；
3.测温传感器线性化解决研究；
4. PLC 控制系统分析；
5.I/O地址分派、程序设计及温度监测显示。
4．课题研究内容和实行方案（重要涉及研究内容、拟采用研究办法、技术路线、预期成果、所采用方案可行性分析等）
本人针对恒温水箱温控系统规定,以PLC为温度控制系统核心,运用PID控制算法实现恒温水箱恒温控制。重要研究内容如下：
1．分析恒温控制系统工艺流程，提出控制系统总体设计方案。
2．采用PLC和检测仪表完毕系统硬件设计；编写PLC控制程序，实现温度采集与显示。
3．采用WinCC监控组态软件设计恒温系统监控界面，实时显示各个温度大小和变化曲线，实现温度在线监测和控制。
4．采用工业以太网，实现现场控制单元与上位机进行信息互换，并能与公司内部联网。
拟采用拟研究办法如下：
1. 用PT100温度传感器来测量恒温水箱中水温度、入口温度及储水箱中水温度。
2. 用两个液位传感器来监测恒温水箱中液位。若水箱中真实液位低于或超过所设定下线值或上限值，系统就发出警报并打开相应电磁阀，进行放水；或启动水泵，将冷却器中水输送到恒温水箱中。
3. 用电加热器对恒温水箱进行加热，使水箱中温度升高；搅拌器用来在加热过程中进行搅拌，使水箱中温度保持恒定不变。
4. 用流量计检测水流量并将信号传递给控制器，控制器在依照这一信号进行分析，并发出调节信号到调节器，通过调解器变化电磁阀开度，控制流量大小。
5. 用WinCC组态软件进行系统监控界面设计，通过编程实现各个控制单元与上位机之间信息互换，实现温度在线监测和控制，并对各个测量温度大小和变化趋势进行实时显示。控制系统装置构造图如图1所示。

图1 恒温控制系统装置构造图
技术路线：
1. 硬件系统：本次设计采用西门子S7-300系列PLC作为系统控制器核心解决系统，除核心解决系统外，还涉及温度监控系统、伺服系统以及数码显示系统等三大某些。
2. 软件系统：使用STEP7-5.4编程软件编写控制程序对PLC编程、调试、监控，并用WinCC监控组态软件设计恒温系统监控界面，实时显示各个温度大小和变化曲线，实现温度在线监测和控制。
可以获得预期成果：
本次设计运用S7-300常规PID控制器对水箱温度进行控制,可以获得满足工业控制规定控制效果，能减小超调量和调节时间，并且其抗干扰能力也大大加强。采用上位机来实现与PLC连接使其呈现出强大功能，高速计算，通讯能力使其能完毕比较复杂算法。
采用方案可行性分析：
依照恒温控制系统规定，本设计由S7-300PLC作为中央解决单元，WinCC作为监控组态软件，实现恒温控制系统实时监控。系统由硬件和软件两某些软件构成。本设计由PC机作为上位机对整个系统进行监控，S7-300PLC作为下位机完毕详细控制规定，上位机与下位机之间通信通过以太网联接来达到通信状态规定，以便更好完毕对系统监控。
S7-300PLC
PC机
电机启动与停止
系统启动
温度数据参数
变送器
流量参数
数显
仪表
电磁阀开与关
液位开关检测

变送器

图2 系统总体构造

5．完毕本课题工作筹划及进度安排(涉及文献查阅、外文翻译、开题报告、方案设计与实现、计算与实验、论文撰写等)
设计总共16周。详细安排如下：
.03.04～.03.15：调研、收集资料（书籍和案例）、外文翻译；
.03.18～.03.22：撰写开题报告
.03.25～.03.29：完毕系统需求分析，画出需求分析框图和系统构造图，最后拟定方案；
.04.01～.05.17：系统详细实现，编程；
.05.20～.05.31：系统调试（涉及测试）和修改；
.06.03～.06.21：论文撰写、装订与提交，准备答辩。
6．参照文献（开题报告中参照文献数量普通应在8～12篇左右，建议其中，外文不少于3篇，学术期刊类文献不少于5篇）
[1] 姚全.基于PLC温度控制系统[J].消费电子,,(09X):50-51.
[3] 任浩.基于S7-200PID温度控制系统[J].科协论坛：下半月,,(2):25-26.
[4] 胡少轩.基于PLC温度控制系统设计[J].科技信息,,(35):I0092-I0093.
[6] 安太兴.基于PLC温度控制系统[J].数字技术与应用,,(2):98-98.
[10]肖俊明,张锐.S7—200PLC在温度控制系统中应用[J].中原工学院学报,,21(3):13-15.
[1] 西门子(中华人民共和国)有限公司自动化与驱动集团. 进一步浅出西门子S7-300PLC [M]. 北京：北京航空航天大学出版社，.
[2] 西门子有限公司自动化与驱动集团. 进一步浅出西门子Wincc V6[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，.5.
[3] 廖常初. S7-300/400PLC应用技术[M]. 北京：机械工业出版社，.
[4] 廖常初. 大中型PLC应用教程[M]. 北京：机械工业出版社，.2.
[5] 胡学林. 可编程控制器教程[M]. 北京：电子工业出版社，.11.
[6] 高钦和. 可编程控制器应用技术与设计实例[M]. 北京:人民邮电出版社，.7
[7] 许僇，王淑英. 电气控制与PLC控制技术[M]. 北京：机械工业出版社，.1.
[11]李国萍.基于PLC温度控制系统设计[J].科技创新导报,,(7):86-86.
[13]俞海珍,张维山,史旭华.基于PLC和WinCC温度控制系统[J].工业控制计算机,,(12):6-7.
[14]徐滤非．PLC在温度控制系统中应用[J]．中原工学院学报，（3）：67-68
[15]于庆广．可编程控制器原理及系统设计[M]．北京：清华大学出版社，（4）：21-23．
[16]张雪平，王志斌．基于模糊控制PLC在温度中应用[J]．电气传动，（7）：45-47．
[17]GE S S，LI G Y，LEE T H. Adaptive NN control for a class of strict feedback discrete-time nonlinear systems [J]．Automatic，，39(5):807 - 819
[18]FUK H W. Air-conditioning system design for optimum control performance
in Hong Kong[D]. Loughborough，Leicestershire，UK，.
[19]TIAN Xiao-min，HUANG You-rui，ZHANG Can-ming. The tuning principle of adaptive fuzzy fractional-order PID controller parameters[C]// Symposium on Security Detection and Informati，Hefei， China，:.
7．指引教师审视意见

指引教师（签字）： 年 月 日

8．系主任或指引小组意见

系主任或指引小组组长（签字）： 年 月 日

阐明：
1. 本报告前6项内容由承担毕业论文(设计)课题任务学生独立撰写；
2. 本报告必要在第八学期开学三周内交指引教师审视并提出修改意见；
3. 学生须在小组内进行报告，并讨论；
4. 本报告作为指引教师、专业系或毕业论文(设计)指引小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)
课题和与否准时完毕进度检查根据，并接受学校和教学院抽查。