1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化硅胶自动添加控制系统的设计一、课题研究意义及现状 我国是轻工发酵工业大国,但此行业的控制技术相对比较落后, 生产中仍以人工控制为主,采用计算机技术起步较晚 ,普及率较低。目前轻工发酵行业正面临着日益激烈的全球竞争,因此对以计算机为核心的自动控制技术有着强烈的需求。人们熟知的利用酵母菌发酵啤酒、果酒、工业酒精，以及乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶。真菌大规模生产青霉素。微生物发酵生产药品，如胰岛素、干扰素和生长激素等。可以说是作用巨大。市场需求迫切，很有研究价值。以机电系统为代表的工程应用系统日趋复杂, 这种复杂性不仅表现在系统本身难以用精确的数学模型描述,
2、还体现在运行环境以及系统要实现目标的复杂性上。根据不相容原理, 当系统的复杂性增加时 , 人们描述其动态行为的精确程度将随之降低, 因此传统的单学科的理论和方法已经难以适应这种复杂性的需要。而传统的手工控制的方法已经无法满足现代大生产的要求。近些年, 随着计算机技术和智能控制技术的飞速发展, 在啤酒发酵控制这一领域已经出现了许多自动化应用的实例。本文以啤酒发酵控制系统为对象, 提出了一套基于 PLC 的啤酒发酵自动控制系统的设计方案 , 并给出一个利用 PID 控制算法用于控制发酵温度的方案, 解决啤酒厂发酵过程的控制与管理的自动化设计要求。啤酒发酵是呼吸反应的过程，随着反应的进行 ，随着二氧
3、化碳等产物的不断产生，密闭罐内的压力会逐渐升高。发酵过程中压力会直接影响到啤酒质量和生产的效率，因此，对发酵过程中的压力进行控制显得十分重要。因此，如何有效地提高生产的检测技术和自动化水平，提高啤酒质量和周期稳定性，对增强企业的市场竞争力，具有十分重要的意义。所以这次毕业设计的课题具有很大的理论意义和实践意义。 二、课题研究的主要内容和预期目标设计了硅胶自动添加变频调速控制系统硅胶的添加量与进入待滤罐中的啤酒的流量成正比。硅胶和啤酒的反应时间与待滤罐得液位高度有关，根据控制系统的形成理论，构造出硅胶自动添加控制系统。系统的工作过程是：由压差变送器测出待滤罐内的液位高度，并与原设定值相比较，得出
4、的偏差经调节器内的智能 PID 调节处理后，分别送到 1 号和 2号变频器；这两个变频器根据输入信号的大小，按照各自的调节规律对主泵电动机和添加泵电动机进行相应的调整。当差压变送器测得待滤罐内的液位高度达到设定值，可编程控制器提示或允许待滤罐向过滤机供酒。当发酵罐中酒液比较少时，酒液中开始混有大量泡沫。可编程根据滤罐内的液位高度和变频器的运行状态作出相应的逻辑判断，停止硅胶添加泵电动机工作，并让主泵电动机低速运行或停止运行。三、课题研究的方法及措施工业发酵控制具有很大的应用价值,通常酿造业的发酵是在密闭的容器(罐) 中进行的,为了使罐内酒液循环并有利于不同发酵期的酵母沉淀,一般采用分三段间冷方
5、式, 控制罐内酒液温度,使之形成自上而下的温度梯度。在上、中、下分别设有温度检测点。实践证明,三段冷媒入口装设分配阀,并适当调节分配比 ,只以中段温度为被控参数 ,并控制冷媒于管入口总流量可以达到工艺提出的控制要求。按啤酒发酵工艺要求,整个发酵过程的温度控制在不同发酵时期是不同的,为了保证贮酒在不同阶段的温度设定值, 设有温度的上下限报警,为了保证罐内压力在不同阶段的压力,设有压力的上下限报警。每个罐设有液位指示, 可以作为装酒和成品计量用,还可以了解整个发酵过程的液位变化。整个系统还设有温度自动控制、压力自动控制,液位检测等,以提高控制系统的可靠性。四、课题研究进度计划 1.2010 年 1
6、1 月初至 2010 年 12 月 4 日分析和研究任务：对任务的要求先细化，再对各个技术要点进行认真研究。查阅资料，通过对相近任务的设计方案的认识与借鉴，初步落实设计方案，基本完成开题报告，中英文翻译和文献综述。2.2010 年 12 月 7 日至 2011 年 1 月 21 日在教师的指导下确定最佳设计方案，并选择合适的 PLC 型号，将控制系统设计的初稿以论文的形式完成。3.2011 年 2 月 22 日至 2011 年 4 月 1 日对初稿进行修改和完善，在实践中发现问题及时向教师请教，认真分析问题听取教师的意见，从而把任务不断的完善。4.2011 年 4 月 4 日至 2011 年
7、4 月 15 日将设计好的成果和文稿交与指导老师，准备好答辩 PPT，做好答辩准备。五、参考文献 1 龚仲华7-200/300/400 PLC应用技术通用篇.北京:人民邮电出版社,2007.6. 2 廖常初.S7-300、400PLC应用技术M.北京：机械工业出版社，2005，1. 3 邹金慧.可编程控制器及其系统.重庆;重庆大学出版社，2002.114 杨公源.黄琦兰.PLC实用与实践M.北京：清华大学出版社，2007.55 弥洪寿.PLC应用技术M.北京.中国电力出版社，2005.16 潘志东.PLC和变频器在污水处理中的应用J.自动化仪表，2004，25(9)：2225.7 王占奎.变频
8、调速应用百例.科学出版社.1999.4.8 制造业传感器/德 屯肖夫 （Tonshoff,H.K.）,日 稻崎（Inasaki,I.）编著；杨树人，刘瑞平，李泽译. 北京:化学工业出版社，2005.69 Sukvttyawong,S,Inasaki,I,JSME Int,Series 3 34(4)(1991),546-55210 Sakakura,M,Inasaki,I,Ann.CIRP 42(1)（1993），379-382.11 薛晓明.变频技术与应用.北京:北京理工大学出版社,20009.6.12 胡寿松.自动控制原理简明教程.2版.北京:科学出版社,2008.毕业论文文献综述电气工程
9、及自动化液位控制系统的研究摘要：主要介绍控制方式的发展，简单说明各种水位控制的思想方法和系统结构。关键词：继电器；PLC；单片机；液位控制1.继电器应用于水位的控制控制电路的通断最早是用刀开关等手动电器由人操作实现的，随着电工技术的发展和应用，出现了用电磁铁控制的电磁开关-接触器。对应于刀开关刀极作用的是接触器的触头，操作触头动作的是电磁铁，接触器的触头可以接通和切断强电电路，所以能实现对电力拖动系统的自动控制。电力拖动系统需要许多环节互相关联，生产上又要求能对多种物理量进行控制，所以相应的出现了反应和非电物理量如电流、电压、温度、压力、时间等的各种继电器。虽然继电器触头小，不能切换大电流电路
10、，但他和接触器相结合组成的继电接触器控制系统，却可以满足生产机械要求的各种控制功能 12。它通过接触器来驱动电机，从而来控制硅胶的添加量。如图一所示，左侧容器为待虑罐，“1”为目标液面高度，而“2”是设置在距“1”有足够液位差的地方。当液体同时浸没“1”“2”金属片时，右侧电磁线圈导通，从而吸合上面金属弹簧片，使红灯亮起，表示液位已达到目标液位。同时可以驱动电机如何运转。（图一）由于于在实际应用时继电器控制方式在硅胶自动添加控制系统体积显的庞大，而且声音很响。但是 PLC 与之相比优势明显，其反应速度快，噪音低，能耗小。体积小。功能强大，编程方便，可以随时修改程序， 控制精度高，可进行复杂的程
11、序控制。能够对控制过程进行自动检测。系统稳定，安全可靠。 如今，继电器控制几乎被 PLC 所取代。2.PLC 应用于水位的控制从本质上说 PLC 也是一种工业控制计算机。因此,其工作原理是建立在计算机控制系统的基础上的。但是，为了保证能在工业环境下可靠的的使用，同时又考虑到面向的控制对象与实际使用、维修等方面的需要，PLC 有大量的借口器件、特定的系统程序、专用的编程工具 3。用户程序通过编程器输入并存放在 PLC 的用户存储器中。当 PLC 运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但 CPU 是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理工作，即每一时刻只能执行一个操作。由于 CPU 得运
12、算处理速度很高，使得外部出现的结果从宏观上看好像是同时完成的。这种按分时原理顺序执行程序的各种操作的过程称之为 CPU 对程序的扫描。执行一次扫描的时间称为扫描周期 4、5 。PLC 是以嵌入式 CPU 为核心，加上输入、输出等模块，可以应用于工业控制领域的装置。当用户将程序烧入 PLC 内部后，PLC 中的 CPU 采用逻辑扫描用户程序的运行方式。PLC是一种新型的控制器，它把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一起，兼具计算机的功能完备、灵活性强、通用性好以及继电器接触器控制系统的简单易懂、维修方便的特点6 。体现在可靠性高、编程简单易学、功能强、安装简单，维修方便、采用模块化结构、借口模
13、块丰富、系统设计和调试周期短等几个方面。经过长期的工程实践，PLC 的优点越来越被广大技术人员所认识和接受，已经广泛应用到了石油、化工、机械、钢铁、交通、电力、轻工、采矿、水利、环保等各个领域。PLC 在硅胶添加控制系统中的应用就是它在工业制造中典型的应用 7。PLC 通过对传感器反馈的信号和变频器的状态来控制硅胶自动添加的量和速度，与继电器控制相比，体积小、噪声小、稳定性高。有内部程序支持，功能显得更加强大。由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台 PLC 进行单个对象的控制，只要适当的选用高性能的 PLC,完全能够胜任此功能。系统控制结构如图 1 所示。+ $ f( l$ I7 r)
14、G1 h5 Z, a6 f r+ D6 g$ S( A重庆大学出版社，2002.116杨公源.黄琦兰.PLC实用与实践M.北京：清华大学出版社，2007.57弥洪寿.PLC 应用技术M.北京.中国电力出版社，2005.18潘志东.PLC 和变频器在污水处理中的应用J.自动化仪表，2004，25(9)：2225.9余永权.单片机咋控制系统中的应用M.北京：电子工业出版社，2003.1010张强,吴红星,谢宗武.基于单片机的电动控制技术M.北京：中国电力出版社，2008.11师黎,智能控制理论及应用M.北京：清华大学出版社，2009.412 Michael Rodgers，Xinmin Zhan，
15、Edmond OReilly.Small-scale domestic wastewater treatment using an alternating pumped sequencing batch biofilm reactor system J. Bioprocess and Biosystems Engineering，2006，28(5)：323330.13 Lina N. Abu-Ghunmi，Ahmad I. JamrahBiological treatment of textile wastewater using sequencing batch reactor techn
16、ologyJ. Environmental Modeling and Assessment， 2006，11(4)：333343.毕业设计（20_ _届）硅胶自动添加控制系统的设计摘 要我国是轻工发酵大国，但该行业的技术控制相对比较落后，生产中人工控制为主，采用计算机技术起步较晚，普及率低。目前轻工发酵行业正面临着日益激烈的全球竞争，因此对以计算机为核心的最大控制技术有着强烈的需求。硅胶添加于发酵罐向待滤罐滤酒的管路中，硅胶与啤酒的反应取决于待滤罐德液位高度。硅胶自动添加变频调速控制系统硅胶的添加量与进入待滤罐中的啤酒的流量成正比。硅胶和啤酒的反应时间与待滤罐得液位高度有关，根据控制系统的形成
17、理论，构造出硅胶自动添加控制系统。系统的工作过程是：由压差变送器测出待滤罐内的液位高度，并与原设定值相比较，得出的偏差经调节器内的智能 PID 调节处理后，分别送到 1 号和 2 号变频器；这两个变频器根据输入信号的大小，按照各自的调节规律对主泵电动机和添加泵电动机进行相应的调整。当差压变送器测得待滤罐内的液位高度达到设定值，可编程控制器提示或允许待滤罐向过滤罐供酒。当发酵罐中酒液比较少时，酒液中开始混有大量泡沫。PLC 根据滤罐内的液位高度和变频器的运行状态做出相应的逻辑判断，停止硅胶添加泵电动机工作，并让主泵电动机低速运行或停止运行。关键词：PLC 控制器；变频器；SR73A 调节器；PID 控制
