毕业论文-开题报告-文献综述：基于网络实验平台的温度控制系统设计.Doc

1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于网络实验平台的温度控制系统设计一、课题研究意义及现状近几年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。温度是工农业生产中最常见和最基本的测试参数之一许多物理变化和化学反应过程均与温度密切相关。温度控制在我国电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前，仍有相当部分工业企业使用的窑炉存在着控制精度不高，炉内温度均匀性差等问题，达不到工艺要求，造成装备运

2、行成本高，产出品品质低下，严重影响企业经济效益，急需进行技术改造。温度控制系统在我国各行业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同美国、德国等先进国家相比仍有着较大的差距。建设以软总线技术为核心的工业网络控制综合实验平台，采用德国CBB公司的labmap软总线技术，结合Wago公司提供的现场总线设备，连接电机拖动、PLC、温度控制装置等，进行网络测控。基于labmap软总线技术可实现分布式组网和控制，通过控制/耦合器和工业以太网与电脑连接，使用者可以在电脑上使用CBB公司提供的Labmap软件实现网络测控。 本系统是通过“CATS”实验设备以及仿真软件（例如M

3、atlab/Simulink）就可以建立起一套完整的单机实验平台。而网络实验平台是通过软总线LabMap的支持，网络（以太网/Modbus）中的每台实验设备都能对所有学生开放，其工作原理好比网络中的共享打印机。在“CATS”的实验设备的部件可与仿真软件（如MATLAB/Simulink或LabVIEW来建立一个完整的个体实验室空间。它区别于单机实验平台，是一对多，多对一的，多对多的控制方式。基于网络实验平台的温度控制，使控制者可以通过网络工作实验平台设计的温度控制系统，可以控制消耗，节约成本，以更有效的控制方法提高工作效率。温度控制在不仅限于传统的控制方法，利用网络实验平台，可以很方便的在联网

4、中进行测试并分析。在实验过程中，更能体会工业自动化控制的知识。通过在实际工业组件设备上进行实验操作，能更有效地提升学习价值。二、课题研究的主要内容和预期目标本设计要求应用 CATS 系统设计出基于网络实验平台的温度控制实验项目：（1）simu-link的使用实验；（2）labmap的使用实验；（3）句柄handle的设置实验；（4）温度控制系统设计。预期目标：(1) 学会使用“CATS”设备，了解注意事项；(2) 学会使用 MATLAB 与 Simulink 的使用；(3) 掌握温度控制系统的基本原理；(4) 完成数据的提取、分析和处理；(5) 实现温度控制，完成实验目标。完成一篇毕业论文。三

5、、课题研究的方法及措施本课题重点研究网络实验平台的温度控制。研究方法：首先要了解“CATS”设备，仔细阅读控制和自动化培训（CATS）教程。利用中间件LabMap连接各个单机实验平台来创建网络实验平台。其次依次做四个实验项目，了解实验目的，实验设备，实验原理，实验内容等。再是了解MATLAB/Simulink下的仿真，并在其设计温度控制系统的仿真，并进行数据的分析和处理。做份基于MATLAB/Simulink的控制系统的报告。该系统是由2个高功率电阻器（25瓦），温度传感器PT100的W - SZK（0）组建组件组成。具体接线图是：MMTU 接线图四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010

6、 年 10 月 8 日至 2011 年 5 月 15 日。2010 年 10 月 8 日10 月 15 日 选题并落实任务书。10 月 18 日11 月 19 日 展开开题工作，查阅资料，完成文献综述，外文翻译，开题报告的填写，准备开题答辩。11 月 22 日1 月 21 日 按照初步的方案，完成程序设计框图，完成软件部分设计并进行系统调试，并撰写设计报告与论文设计。2 月 22 日4 月 1 日 设计作品的完善，论文的修改，上传设计成果初稿。4 月 4 日5 月 15 日 论文进一步修改，做好答辩用的 PPT 讲稿,准备答辩。 五、参考文献1 张爱筠,张琳琳,贺楠.温度控制系统的设计与市场研

7、究J.商业经济,2008,2.2 柯维娜,朱定强,蔡国飙.温度控制技术的发展和应用J.计量学报,2007,9.3 晁阳.网络实验系统的开发研究J.电子科技大学,2004.4 Prof.Dr.C.Bruce-Boye Control and Automation Training(CATS)TutorialM.University of Applied Sciences.5 吴为民,王仁丽.温度控制系统的发展概况J.大连理工大学,2002.6 宋绍京.温度控制系统技术研究J.中国科学院上海技术物理研究所,2004.7 高吉祥主编.数字系统与自动控制系统设计M.北京：电子工业出版社，2007,9.

8、8 荣一鸣主编.控制工程基础M.北京理工大学出版社,2007.9 黄忠霖,黄京.控制系统 MATLAB 计算及仿真M.国防工业出版社,2009,1.10 Prof.Dr.C.Bruce-Boye MTU User Guide.M,2010,8.11 王振红,张常年.综合电子设计与实践M.北京：清华大学出版社,2005,2.12 江伟,齐日霞,袁芳,李跃忠,黄乡生.基于虚拟仪器平台温度控制系统的设计J.微计 算机信息,2008.13 姚俊,马松辉.Simulink 建模与仿真M.西安电子科技大学出版社,2008.14 C.Bruce-Boye.Automation experiments wit

9、h CATS TutorialM,2010,8.15 cbb-，LabMap Handbook The fourtieth edition，2009,5.毕业论文文献综述电气工程及自动化温度控制系统的设计摘要：简要介绍了温度控制的发展历史和现状，并阐述了温度控制系统的组成，对比了几种不同类型温度控制系统的设计方法。同时结合实际，说明温度控制系统对生活实际的作用。着重介绍了基于网络实验平台的温度控制设计，并说明其设计思路和原理，及其优缺点。关键词：自动控制；温度控制系统；网络工作实验平台；类型1 引言近几年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，任何物

10、理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。温度是工农业生产中最常见和最基本的测试参数之一。许多物理变化和化学反应过程均与温度密切相关。 12 温度控制系统的发展历史和现状温度控制在我国电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前，仍有相当部分工业企业使用的窑炉存在着控制精度不高，炉内温度均匀性差等问题，达不到工艺要求，造成装备运行成本高，产出品品质低下，严重影响企业经济效益，急需进行技术改造。 2温 度 控 制 系 统 在 我 国 各 行 业 的 应 用 虽 然 已 经 十 分 广

11、 泛 ， 但 从 生 产 的 温 度 控 制 器 来 讲 ，总 体 发 展 水 平 仍 然 不 高 ， 同 美 国 、 德 国 等 先 进 国 家 相 比 仍 有 着 较 大 的 差 距 。 目 前 ， 我 国在 这 方 面 总 体 技 术 水 平 处 于 20世 纪 80年 代 中 后 期 水 平 ， 成 熟 产 品 主 要 以 “点 位 ”控制 及 常 规 的 PID 控 制 器 为 主 。 3而国 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 取 得 显 著 成 果 。 日 本 、 美 国 、 德 国 等 技 术 领

12、 先 ， 都 生 产 出 了 一 批 商 品化 的 、 性 能 优 异 的 温 度 控 制 器 及 仪 器 仪 表 ， 并 在 各 行 业 广 泛 应 用 。3 温度控制系统的组成温度控制系统主要由模拟电路、主控制电路、输入输出模块、PC机通讯模块等组成。系统的整体框图如图l所示： CPU 模块图1 系统的整体框图温 度 控 制 系 统 用 来 测 量 库 房 的 温 度 ， 控 制 设 备 运 行 ， 记 录 温 度 和 设 备 运 行 数 据 。主 要 具 有 如 下 的 特 点 ： 一 是 适 应 于 大 惯 性 、 大 滞 后 等 复 杂 温 度 控 制 系 统 的 控 制 ； 二 是

13、 能够 适 应 于 受 控 系 统 过 程 复 杂 、 参 数 时 变 的 温 度 控 制 系 统 的 控 制 ； 三 是 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 以 及 计 算 机 技 术 ， 运 用 先 进的 算 法 ， 适 应 的 范 围 广 泛 ； 四 是 温 控 器 普 遍 具 有 参 数 自 整 定 的 功 能 。 借 助 计 算 机 软 件 技术 ， 温 控 器 具 有 对 控 制 对 象 参 数 及 特 性 进 行 自 动 整 定 的 功 能 。 五 是 具 有 控 制 精 度 高 、

14、 抗干 扰 力 强 等 特 点 。 目 前 ， 温 度 控 制 系 统 及 仪 表 正 朝 着 高 精 度 、 小 型 化 、 智 能 化 等 方 面 高速 发 展 。4 温 度 控 制 的 类 型 针 对 各 行 业 中 的 温 度 控 制 对 象 ， 已 经 有 了 不 同 的 温 度 控 制 方 法 。 按 操 作 途 径 分 手 动控 温 和 自 动 控 温 ； 按 调 节 原 理 分 有 位 式 、 PID、 模 糊 控 制 、 PID 加 模 糊 控 制 等 。 对 控温 对 象 来 说 ， 实 现 温 度 控 制 的 调 节 手 段 可 分 雕 节 负 载 电 压 或 调 节 负

15、 载 功 率 两 种 。 4准 确 并 合 理 的 运 用 控 制 方 式 是 实 现 高 精 度 温 度 控 制 的 有 效 途 径 。4.1 网 络 实 验 平 台 的 温 度 控 制基 于 网 络 工 作 实 验 平 台 的 温 度 控 制 系 统 ， 是 其 一 种 温 度 控 制 方 式 ， 是 通 过 网 络 实验 平 台 来 自 动 控 制 温 度 。 首 先 ， 阐 释 下 网 络 实 验 平 台 ：网 络 实 验 平 台 是 结 合 该 实 验 室 的 实 际 情 况 ， 采 用 了 远 程 控 制 实 验 设 备 的 方 法 来 实现 网 络 实 验 。 实 验 者 可 以

16、 通 过 自 己 的 计 算 机 与 控 制 计 算 机 的 通 讯 ， 实 现 对 与 控 制 机 相连 的 实 验 设 备 的 控 制 ， 达 到 远 程 实 验 的 目 的 。 5 我 们 这 里 用 到 的 网 络 实 验 平 台 是 德国 CBB 公 司 出 产 的 “CATS”实 验 设 备 。 通 过 “CATS”实 验 设 备 以 及 仿 真 软 件 （ 例 如系统输入输出模块PC 机通讯模块 外围电路模块Matlab/Simulink） 就 可 以 建 立 起 一 套 完 整 的 单 机 实 验 平 台 。 而网络实验平台是通过软总线 LabMap的支持，网络（以太网/Mod

17、bus）中的每台实验设备都能对所有学生开放，其工作原理好比网络中的共享打印机。在 “CATS”的 实 验 设 备 的 部 件 可 与 仿 真 软 件 （ 如MATLAB/Simulink 或 LabVIEW 来 建 立 一 个 完 整 的 个 体 实 验 室 空 间 。 6它区别于单机实验平台，是一对多，多对一的，多对多的控制方式。基于网络实验平台的温度控制，使控制者可以通过网络工作实验平台设计的温度控制系统，可以控制消耗，节约成本，以更有效的控制方法提高工作效率。4.2 单 片 机 的 温 度 控 制该 温 度 控 制 系 统 以 ATMEL89C52单 片 机 为 核 心 ， 该 单 片

18、机 是 一 种 高 性 能 的 微 控 制 器 ，可 以 大 大 简 化 单 片 机 控 制 的 结 构 。 系 统 通 过 温 度 传 感 器 检 测 加 热 炉 温 度 ， 产 生 的 信 号 经A/D 转 换 后 进 行 采 集 ， 单 片 机 通 过 内 部 设 定 的 算 法 进 行 运 算 后 通 过 触 发 电 路 控 制 双 向 晶闸 管 的 通 断 时 间 ， 来 控 制 加 热 炉 温 度 稳 定 在 用 户 从 键 盘 输 入 的 目 标 温 度 中 。 单 片 机 通 过外 接 的 LED 显 示 屏 实 时 显 示 所 检 测 的 温 度 和 系 统 运 行 状 态

19、。 7图2 单片机系统结构框图4.3 PLC 的 温 度 控 制温度控制也可以采用 PLC 来实现控制。CPU 采用 C200HX-CPU43-E，它自带一个编程口和一个 RS232口；开关量输入模块选用 C200H-ID212;开关输出模块选用 C200H-OC255；温度控制模块选用 C200-TC002.8具体如图3：上位机 2 报表、统计上位机 1监控PT NT631C开关量输入（ID212）温控单元(TC002)CPU 单元 电源模块外部开关量输入信号外部开关量输出及控制信号温度信号及调节输出功能扩展板晶闸管加热器热电偶开关量输出（DC225）图 3 PLC 系统框图4.4 PID

20、温度控制PID 控制即比例、积分、微分控制。PID 算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，使控制过程连续，是很普通的调节方法。通过模糊的方法和免疫反馈，非线性 P 控制器的开发，复合场积分可消除稳态误差及衍生从而提高系统的动态特点，使该控制器具有较好的静态和动态调整功能。 9模糊 PID 控制框图如图4所示。本系统的输入量是设定的温度值，所以这里选择模糊控制器的输入量为温度的偏差 e 和偏差变化率 ec，输出量为 PID 参数的修正量Kp、Kr、Kd。而最终输出为控制风机和泵运转的时间。模糊推理过程为双输入三输出系统。两个输入分别为系统误

21、差 e 以及误差的变化率 ec，而输出则为 PID 调节器的3个控制参数Kp、Kr、Kd。 10综上所述各种温控的类型，实现温控系统的参数自调整，将线性控制与非线性相结合，使温度能满足用户的需要是温控系统的最终目的。在实际应用中，应该根据具体的应用场合、不同的加热对象和所要求的控制曲线和控制精度，选择不同的系统方法。 115 温 度 控 制 系 统 的 实 际 应 用温度控制技术是一种比较重要的工业技术，不仅应用在化工、医疗、航空、航天等高dt/dt模糊推理PID 调节器 受控对象e+阶跃输入P I Dyet图 4 PID 温度控制系统框图科技领域，还应用在人们的日常生活中。随着科技的发展，越

22、来越多类型的温度控制系统广泛应用到生活中，目前在国防、航空、交通、能源、工业、通信等各个领域，越来越发挥着极其重要的作用。 12 目 前 温 度 控 制 系 统 对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如：在食品加工、冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业和机械制造等诸多领域中，广泛使用的各种锅炉、加热炉、热处理炉和反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。实际生活举例：利用计算机自动控制蔬菜大棚的温度控制系统，经试用证明可以应用于实际生产中，在广大农村地区有着良好的应用前景和推广价值，可以解决农民的蔬菜大棚大规模生产问题。 13 6 总结本文主要介

23、绍温度控制系统的类型，在工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或难以解决的问题，取得了令人瞩目的成果。如今，在微电子行业中。温度控制系统也越来越重要，如单晶炉、神经网络系统的控制。因此，温度控制系统经济前景非常广泛，我国的高新精尖行业研究其应用的意义更是更加重大。参考文献：1 江伟,齐日霞,袁芳,李跃忠,黄乡生.基于虚拟仪器平台温度控制系统的设计J.微计 算机信息,2008.2 韩大平.模糊 PID 控制算法在回转窑温度控制中的应用研究J.东北大学,2005. 3 张爱筠,张琳琳,贺楠.温度控制系统的设计与市场研究J.商业经济,2008,24 柯维娜，朱定强，蔡

24、国飙.温度控制技术的发展和应用J.计量学报,2007,9.5 晁阳.网络实验系统的开发研究J.电子科技大学,2004.6 Prof.Dr.C.Bruce-Boye Control and Automation Training(CATS)TutorialM.University of Applied Sciences. 7 张菁.单片机温度控制系统方案的研究J.上海交通大学学报,2007.41（1）.8 赵卫东,辛宏,王元,刘和平.PLC 在温度控制系统中的应用仪器仪表学报J,2001，22(z1).9 Desheng Liu, Zhiru Xu, Qingjun Shi,Jingguo Zhou Fuzzy .Immune PID Temperature Control of HVAC Systems Jiamusi University.10 唐文秀,吕南南,王春丽.基于模糊 PID 控制的通信机房温度调节节能系统J.东北林业大学学报 2009，37(10).11 吴为民,王仁丽.温度控制系统的发展概况J.大连理工大学,2002.12 宋绍京.温度控制系统技术研究J.中国科学院上海技术物理研究所.2004.13 郭清华.蔬菜大棚智能温度控制系统应用研究JJOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES，2008，36(11).