1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 消声器自动除尘控制系统设计 电气控制系统软件设计 一、 选题的背景、意义 流水线 （ Assembly line）是一种工业生产中，可部分被用来组装成品，最基本的流水线由一个简单的输送带载的产品，如玩具，通过一系列的工 作，直到它最终完成。更复杂的流水线包括直属带进行部分工作线沿线的车站，用于建设汽车和其他复杂的设备。开发革命性的流水线制造，并促成了大量财富的几个主要角色的工业革命。出现流水线之前的工业制造业，通常是工人手工制造，从单独的装配部分。 1现代科学技术，特别是微电子技术的发展，使 生产设备和生产过程的自动控制成为可能。在原有的机械设 备上，增加
2、微处理器、传统器和执行机构等自动控制装置，组成智能或部分智能 化的机器体系，代替或部分代替过去的人工操作，使设备运行的精度大大提高。 用于各种动力系统的控制，可以大大节省能源消 耗；用于机械加工控制，可以大大提高产品质 量。 在现代工业生产中 ,许多领域都需要对生产的产品进行除尘加工 ,2如工厂的生产设备、医药生产、航空航天、化工领域、实验室等等 . 特别是一些比较精密的产品加工生产中，灰尘的存在往往会影响下一步操作的生产质量。 6例如压缩机消声器，它是一种密封的塑料壳体，在壳体内部通过空气流通渠道的变化而实现消除 压缩空气噪声的作用。塑料壳体是由两部分组成，后经过超声波焊接机焊接在一起，焊接
3、前必须对壳体进行必要的除尘，否则会因为壳体内部有粉尘造成管路堵塞。所以在进行焊接前的除尘程序必 不可少。但是由于生产的数量巨大或者工作环境的约束，人工的除尘已经不能满足现代成产的需要。特别是 在人无法靠近或现场无需人力来监控 , 我们可以用远程监控 ,坐在办公室里就可以对现场进行监控，既提高了生产效率 ,保障了产品质量，又方便又节省人力。 由此可知在追求最大的利益及最高的效率的前 提下，流水线生产和工业控制的自动化技术在现代工业中越来越受到广泛的 应用。 本课题针对这一问题结合消声器的结构特点，以及消声器内部粉尘的状态，设计一套自动除尘控制系统，从而来达到流水线上产品的自动除尘效果。 二、 相
4、关研究的最新成果及动 态 20 世纪 90 年代以来，由于 PC-based 的工业计算机（简称工业 PC）的发展，以工业 PC、 I/O 装置、监控装置、控制网络组成的 PC-based 的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。 2.1、流水线的智能化 在信息时代的今天， 流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，并且由于每一道工序都由特定的人去完成，一步一步加工，每个工人只需做同样的工作，大大降低了对工人的技术要求，提高了工作效率，所以在现代工业生产中应用越来越广泛。 3现代工业生 产中的流水线部分越来越趋向无人化和自动化，通过 PC 或 PL
5、C 控制器结合电机，变频器等器件来达到自动控制效果。从而实现一人或少人控制整条生产流水线的的目标。 12随着电子技术的发展 , 可编程序控制器 (PLC)已经由原来简单的逻辑量控制 , 逐步具有了计算机控制系统的功能，同时还能实现与 PC 机的交流，可以实现连续复杂的控制，在流水线的应用中，实现了自动化。 2.2、控制系统的自动化 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加 产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。 4工业控制自动化技术作为 20
6、世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。 5目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向 发展。 11目前企业以 DCS 为核心的工业过程 控制系统 架构朝着智能化、数字化、信息化、网络化方向发展。新一代的过程 控制系统 突出表现在开放性、集成性，实现信号传输全数字化，控制 功能全分散，系统信息全开放。 （
7、 1） 工业 PC 机技术发展迅速。 PC 机不再局限担当人 -机界面操作站角色。基于PC 机的开发，日趋标准化的软件，已渗透到工控领域的各个方面。由于采用客户 /服务器架构模式， soft DCS soft PLC 取得越来越广泛的应用。 （ 2） FCS 由 DCS 发展而来，保留了 DCS 特 点，综合十几年来的应用经验，但又显示它的新的特点，新的发展： a. 全数字化通信，抗干扰能力增强； b. 现场设备状态可控，可靠性增强； c. 开放性系统，互操性、交换性强； d. 模块化结构，系统柔性化； e. 远程智能 I/O 使系统真正分散，提高系统架构灵活性。 （ 3） 新一代过程 控制系
8、统 都支持 Internet。这是网络技术发展的必然。使企业实现信息技术与工程环境的集成。 Internet 技术提供 了快捷经济的远程监控方式。 （ 4） 新一代过程控制系统大多基于 windows操作平台。大多支持 IEC61131-3国际编程语 言。图形化组态工具功能强大，编程组态方便，效率高。 （ 5） 工业以太网迅速应用。交换式以太网技术在克服共享式以太网时间响应具有不确定性缺点，在实时性方面，在传输速度方面都有很大的提高，它为总线控制系统建立起一体化网络平台。 2.3、 PLC 在向微型化、网络化、 PC 化和开放性方向发展 PLC 小型化的好处是节省空间、降低成本、安装灵活。目前
9、一些大型 PLC，其外形尺寸比他们前一代的同类产品 的 安装空间要小 50%左右。 近几年， 8很多 PLC 厂商推出了超小型 PLC，用于单机自动化或组成分布式控制系统。运算速度高速化是 PLC 技术发展的重要特点，在硬件上， PLC 的 CPU模块采用 32 位的 RISC 芯片，使 PLC 的运算速度大为提高，一条基本指令的运算速度达到数十个纳秒（ ns）。当前，不少 PLC 厂商采用了多 CPU 芯片并行处理方式，用专门 CPU 处理编程及监控服务，大大减轻对执行控制程序的 CPU 芯片的影响，只让执行控制程序的 CPU 进行顺控和逻辑运算。另外，为提高服务处理速度，缩短操作时间，采用
10、高速的串行通信（ 最大波特率为 115Kbps），并将 UCB 口（最大波特率为 12Mbps）引入 PLC 的 CPU 模块，从而实现与编程工具及监控设备之间通信的高速化，并允许许多人同时使用这两个通信端口同时进行编程和调试程序。 2.4、软 PLC 在工业生产自动化流水线中的应用 所谓软 PLC，实际就是在 PC 机的平台上，在 Windows 操作环境下，用软件来实现 PLC 的功能，也就是说，软 PLC 是一种基于 PC 机开发结构的控制系统，它具有硬 PLC 的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业 PC 转换全功能的 PLC 过程 控制器。 15软
11、PLC 综合了计算机和PLC 的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作和可连接各种 I/O 系统及网络的开放式结构。软 PLC 具有硬 PLC 的功能，同时又提供了 PC 机环境的各种优点。 PLC 的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。 10PLC 的技术发展除了小型化、超高速，大容量存储器，多 CPU，多任务并行运行外， PLC 的开放性更大，通信联网能力更强，集成化软件更优。标准化的 IEC61131-3PLC 编程语言已被众多P
12、LC 厂商所接受，其推广速度越来越快。软 PLC 的应用范围将更广。 2.5、仪器仪表技术趋向数字化、智能化、网络化、微型化 14仪器仪表技术的发展由来已久，经过这五六十年的发展，仪器仪表朝着越来越智能化方向发展，虚拟技术的迅速发展，使测控设备 PC 化，网络化。随着技术的不断发展远程测控技术也得到了充分发展，仪器仪表的应用领域越来越广，适应性越来越强。 三、 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 本设计主要模块为电机驱动、吹气吸尘模块、计数传感器模块以及软件方面控制界面、程序编写。本设计中，我主要设计的是软件部分。 3.1、软件部分设计 （ 1） 通信方式的
13、选择 与 PC 的通信，有很多种途径，比如：自由口通信、 PPI 通信、 MPI 通信、PROFIBUS-DP 通信、以太网通信等等。 9大型控制系统中通信网络的最高层次一般采用以太网，第二层一般是 PLC厂家提供的通信网络或者现场总线，如西门子的 Profibus， Rockwell 的ControlNet 和欧姆龙的 Controller Link 等。底层是现场总线。 以太网的核心思想是使用共享的公共传输通道，以太网是目前世界上最流行的拓朴标准之一，具有传传播速率高、网络资源丰富、系统功能强、安装简单和使用维护方便等很多优点。 PLC 也可以通过 RS-232C 和 RS-485 等标准
14、的串行口通信借口通信。 PLC 如果没有内置的串行口借口，需配用通信模块或者通信适配器。如果要接以太网、现场总线和其他网络，需使用专用的内置通信接口或者通信模块。 一般来说， 7如果参与通信的设备都是同一厂家的工控产品，应选用 PLC厂家提供的通信协议，如一对一链接通信或网 络，只需要作一 些简单的设置，不用编写通信程序，就可以实现设备之间的数据交换。 （ 2）软件的选择 制作 PC 的控制界面，可以使用很多软件。但是 基本没通用的，每个厂家有每个厂家的软件，并且每个厂家的 PLC 软件还不同，小型 PLC 有小型 PLC 的软件，大型 PLC 有大型 PLC 的软件的 比如西门子，小型 PL
15、C-S7-200 软件 STEP 7 MicroWIN V4.0 SP7 ，三菱的 FX 系列 PLC-GX Developer 软件。中型 PLC-S7-300软件： SIMATIC Step7 v5.4 sp4。 （ 3）控制界面的 设定 设计一个人机界面。 连接 可编程序控制器 （ PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如 触摸屏 、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备 ,由硬件和软件两部分组成。 先 创建系统功能的外部模型设计模型主要是考虑软件的 数据结构 、总体结构和过程性描述 。然后 确定为完成此系统功能
16、人和计算机应分别完成的任务 。 设计任何一个机界面，一般必须考虑系统响应时间、用户求助机制、错误信息处理和命令方式四个方面。 13系统响应时间过长是交互式系统中用户抱怨最多的问题，除了响应时间的绝对长短外，用户对不同命令在响应时间上的差别亦很在意，若过于悬殊用户将难以接受；用户求助机制宜采用集成式，避免叠加式系统导致用户求助某项指南而不得不浏览大量无关信息；错误和警告信 息必须选用用户明了、含义准确的术语描述，同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。此外，显示出错信息时，若再辅以听觉 (铃声 )、视觉 (专用颜色 )刺激，则效果更佳；命令方式最好是菜单与键盘命令并存 。 3.2、希望实现的功
17、能如下： 按下相应的按钮，执行对应的操作，使流水线运行、停止。运行过程中实现自动吹气、吸尘、自动计数。 3.3、 研究方法 ： 1 文献资料法：根据已掌握的文献，查找相关书籍，查询各类期刊，学术报告，学术会议论文，学位论文，科技档案等。 2 对比法：对控制系统设计所采用的不同的设计方案进行对比研究。 3 专家访谈法 : 根据本研究内容，向导师及相关专业的老师请教有关知识。 四、 研究工作详细进度和安排 序号 时间 工作内容 1 2010-12-202011-01-10 课题调研，文献检索，完成外文翻译、文献综述、 2 2011-01-152011-02-28 完成开题报告 3 2011-03-
18、012011-05-10 设计阶段 4 2011-05-112011-05-26 毕业论文整理 5 2010-05-27 后 准备毕业论文答辩 五、 参考文献 1 田德科 . PLC 在烧结除尘振打系统中的 应用 J. 科技传播 ,2010,(16) 2 王琬 . 基于 PLC 工业含尘气体处理及循环利用自动控制系统设计 J. 机械设计与制造 , 2010,(07) 3 赵永飞 . 基于 PLC 的旋风袋式除尘器自控系统设计 J. 改革与开放 , 2010,(14) 4 杨杰 . 基于组态软件的矿粉料位监控系统上位机监控软件设计 J. 中国钨业 , 2010,(03) 5 罗锋华 . 塑烧板除
19、尘器自动控制系统的应用 J. 机床电器 , 2010,(02) 6 王红梅 . 基于 PLC 与变频器的恒压供水系统设计与调试 J. 浙江水利水电专科学校学报 , 2010,(03) 7 王惟 . 提高 PLC 系统抗干扰和接地系统可靠性探讨 J. 自动化仪表 , 2010,(08) 8 吕品 . PLC 和触摸屏组合控制系统的应用 J. . 自动化仪表 , 2010,(08) 9 黄淑芳 . 车轴成型磨床自动上下料流水线的研制 J. 机车车辆工艺 , 2010,(03) 10 陈义锋 . PLC 的应用及控制系统设计 J. 湖南农机 , 2010 , 37（ 2） 11 任亚辉 . PLC
20、梯形图的编程技巧与方法 J. PLC&FA , 2010 ,（ 08） 12 童夏敏 . 采煤工作面自动喷雾灭尘控制系统的设计 J.工矿自动化 ,2010,(03) 13 刘予轩 . 铝型材氧化处理 PLC 控制系统分析 J. 铝加工 ,2001，（ 02） 14 杨海凤 . 除尘控制系统在焦化厂的应用 J.中国仪器仪表 ,2010，（ 08） 15 英 John R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr. The Programmable Logic Controller ,First Edition. London: Prentice Hall, 2003.3550
