plc畢業(yè)設計開題報告

1、plc畢業(yè)設計開題報告PLC是可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程。下面，xx為大家分享，希望對大家有所幫助!可編程序邏輯控制器具有可靠性高、抗干擾能力強、功能豐富等強大技術優(yōu)勢，已經(jīng)成為目前自動化領域的主流控制系統(tǒng)。然而，從目前的應用情況來看，PLC還大都只是承擔最基本的控制功能，如順序控制、數(shù)據(jù)采集和PID反饋控制。各個PLC廠家也在其產(chǎn)品中設計了PID模塊。雖然PID算法控制有很高的穩(wěn)定性，但對于

2、一些復雜控制系統(tǒng)，PID控制很難滿足控制要求，這也使PLC的發(fā)展面臨著一種挑戰(zhàn)。隨著越來越多的PLC產(chǎn)品與IEC1131-3標準兼容，PLC控制系統(tǒng)越來越開放，將先進控制算法嵌入PLC常規(guī)控制系統(tǒng)成為可能。本課題從工業(yè)控制實際應用角度出發(fā)，對PLC的控制功能進行深入的研究和探討，以提高和擴展PLC控制器的應用水平和應用范圍。本課題：PLC先進控制策略的研究與應用，其目的是通過研究使一些先進控制算法在PLC及組態(tài)系統(tǒng)上得以實現(xiàn)，并開發(fā)相應的應用程序，經(jīng)過驗證后最終應用到工業(yè)過程控制中去。在PLC組態(tài)系統(tǒng)中實現(xiàn)先進控制算法，包括預測控制算法和模糊邏輯控制算法，形成具有人工智能的控制模塊及網(wǎng)絡系統(tǒng)，

3、能大大提高系統(tǒng)的控制水平，改善控制質量。從經(jīng)濟角度來看，目前PLC生產(chǎn)商的一些產(chǎn)品具備先進控制模塊，如模糊模塊。但它們的價格十分昂貴，且封閉性較強，不適合我國中小型企業(yè)的工業(yè)改造。因此開發(fā)較為通用的先進算法實現(xiàn)技術，對于我國中小型企業(yè)的工業(yè)改造具有很大的意義，既可降低生產(chǎn)成本，又可提高經(jīng)濟效益。模糊控制與預測控制是智能控制中技術較為成熟的分支，因此，研制和開發(fā)出適合工業(yè)環(huán)境的實時先進控制開發(fā)工具，實現(xiàn)模糊控制、預測控制嵌入PLC,與常規(guī)控制集成運行，讓先進控制從教授、專家手中走出來，實現(xiàn)先進控制的工程化、實用化、轉化為社會生產(chǎn)力，對縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期，加快先進控制技術的廣泛應用，提高我國的工

4、業(yè)自動化水平有著重大的意義。在過程工業(yè)界，從40年代開始，采用PID控制規(guī)律的單輸入單輸出簡單反饋控制回路己成為過程控制的核心系統(tǒng)。目前，PID控制仍廣泛應用，即便是在大量采用DCS控制的最現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)過程中，這類回路仍占總回路80%-90%.這是因為PID控制算法是對人的簡單而有效操作的總結和模仿，足以維護一般過程的平穩(wěn)操作與運行，而且這類算法簡單且應用歷史悠久，工業(yè)界比較熟悉且容易接受。然而，單回路PID控制并不能適用于所有的過程和不同的要求40 50年代開始，逐漸發(fā)展了串級、比值、前饋、均勻和Smith預估控制等復雜控制系統(tǒng)，即當時的先進控制系統(tǒng)，在很大程度上滿足了單變量控制系統(tǒng)的一些

5、特殊的控制要求。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，仍有10%-20%的控制問題采用上述控制策略無法奏效，所涉及的被控過程往往具有強藕合性、不確定性、非線性、信息不完全性和大純滯后等特性，并存在著苛刻的約束條件，更重要的是它們大多數(shù)是生產(chǎn)過程的核心部分，直接關系到產(chǎn)品的質量、生產(chǎn)率和成本等有關指標。隨著過程工業(yè)日益走向大型化、連續(xù)化，對工業(yè)生產(chǎn)過程控制的品質提出了更高的要求，控制與經(jīng)濟效益的矛盾日趨尖銳，迫切需要一類合適的先進控制策略。自50年代末發(fā)展起來的以狀態(tài)空間方法為主體的現(xiàn)代控制理論，為過程控制帶來了狀態(tài)反饋、輸出反饋、解疆控制、自適應控制等一系列多變量控制系統(tǒng)設計方法s.上述多變量控制策略有其自身的不

6、足之處，工業(yè)過程的復雜性使得建立其正確的數(shù)學模型比較困難。同時，計算機技術的持續(xù)發(fā)展使得計算機控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用，強大的計算能力可以用來求解過去認為是無法求解的問題，這一切都孕育著過程控制領域的新突破。整個80年代，出現(xiàn)了許多約束模型預測控制的工程化軟件包。通過在模型識別、優(yōu)化算法、控制結構分析、參數(shù)整定和有關穩(wěn)定性和魯棒性研究等一系列工作，基于模型控制的理論體系己基本形成，并成為目前過程控制應用最成功，也最有前途的先進控制策略。近年來，人工智能技術有了長足的長進并在許多科學與工程領域中取得了較廣泛的應用。就過程控制而言，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊系統(tǒng)是最有潛力的三種工具。專家

7、系統(tǒng)可望在過程故障診斷、監(jiān)督控制、檢測儀表和控制回路有效性檢驗中獲得成功應用。神經(jīng)網(wǎng)絡則可以為復雜的非線性過程的建模提供有效的方法，進而可用于過程軟測量和控制系統(tǒng)的設計上。模糊系統(tǒng)不僅是行之有效的模糊控制理論基礎，而且有望成為表達確定性和不確定性兩類混合并提煉這些經(jīng)驗使之成為知識進而改進以后的控制，也將是先進控制的重要內容。由于先進控制受控制算法的復雜性和計算機硬件兩方面因素的影響，早期的先進控制算法通常是在PC機和UNIX機上實施的。隨著DCS功能的不斷增強，更多的先進控制策略可以與基本控制回路一起在DCS控制站上實現(xiàn)。國外發(fā)達國家?guī)缀跛衅髽I(yè)都采用了DCS系統(tǒng)或其它智能化設備來實現(xiàn)對生產(chǎn)過

8、程的控制，并在此基礎上通過實施先進控制與優(yōu)化較大的提升了系統(tǒng)的性能?？梢哉f，高性能控制系統(tǒng)，尤其是DCS系統(tǒng)的普及為先進控制的應用提供了強有力的硬件和軟件平臺。國外從70年代末就開始了先進控制技術商品化軟件的開發(fā)及應用，并在DCS的基礎上實現(xiàn)先進控制和優(yōu)化。如愛默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先進控制軟件RMPGT和RPID等在現(xiàn)場的實際應用都集中在自己的DCS系統(tǒng)上。傳統(tǒng)的PLC由于不支持浮點運算以及先進控制所必須的精確的時間，因此，除了模糊邏輯控制外，其他的先進控制并沒有在PLG平臺上實現(xiàn)。然而，在過程工業(yè)中大多系統(tǒng)使用先進靈活的PLC控制系統(tǒng)，因此199

9、6年Barnes提出了一種基于PC-PLC通訊的混合方式，通過控制網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機與PLG的通訊，從而實現(xiàn)先進控制?；Ａ?，曲非非。PLC的發(fā)展J.微計算機信息，20XX, 18：1-22陳夕松，張景勝。過程控制發(fā)展綜述與教學研討J.南京工程學報，20XX,2：49-523Ohaman Martin, Johansson,Stefan, Arzen, Karl-Erik. Implementation aspects of the PLC standard IEC 1131-3 J.Control Engineering Practice, 1998,6：547-5554范宗海，黃步余，唐衛(wèi)澤。

10、先進過程控制在聚丙烯裝置上的應用J.石油化工自動化，1999, ：7-125王躍宣。先進控制策略與軟件實現(xiàn)及應用研究M.浙江大學博士論文，20XX,：8-206褚健。現(xiàn)代控制理論基礎M.杭州：浙江大學出版社，1995: 9-157沈平，趙宏，孫優(yōu)賢。過程控制理論基礎M.杭州：浙江大學出版社，1991:31-388張志輝一套常減壓先進控制的應用與開發(fā)M.陜西：西安交通大學碩士論文，20XX:20-259薛美勝，吳剛，孫德敏，王永。工業(yè)過程的先進控制J.化工自動化及儀表，20XX,29：1一910 Kolokotsa D.,Stavrakakis,G S二Genetic algoritluns o

11、ptimized fuzzy controller for the indoor environmental management in buildings implemented using PLC and local operating networksJ.Engineering Applications of Artificial Intelligence,20XX,15：417-42811黃麗雯。新型PLC的特點及應用J.新特器件應用，1999 , : 27-2912楊昌餛?？删幊绦蚩刂破靼l(fā)展趨勢概述J,基礎自動化，1998 , :1-513蔡偉，巨永鋒。PLC分布式控制系統(tǒng)J.西安公

12、路交通大學學報，1996,16：20-2514胡惠延。用PLC實現(xiàn)的一種集散型控制系統(tǒng)J.煤礦自動化，20XX, : 22-2415陳勇，趙勇飛，徐莉。工控機與PLC分布式測控系統(tǒng)的設計J.西安公路交通大學學報，1999 , : 41-4316任俊杰，錢琳琳，劉澤祥?；赟IMATIC S7 PLC的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)J,電工技術雜志，20XX,：40-4217田紅芳，李穎宏。PLC與上位機的串行通訊J.微計算機信息，20XX,17：36-3718姚錫凡，彭永紅，陳統(tǒng)堅，李偉光。基于模糊芯片的加工過程智能控制J.組合機床與自動化加工技術，20XX, ：26-2919汪小澄，方強?；赑LC的模糊

13、控制研究J.武漢大學學報，20XX, 35： 79-8120肖漢光。模糊控制在懸掛鏈同步控制中的應用M.廣州：華南理工大學碩士論文，20XX: 20-3121成曉明，柳愛美，田淑杭，PLC的爐溫多級模糊控制的優(yōu)化與實現(xiàn)J.自動化儀器與儀表，20XX, : 20-2222李敬兆，張崇巍。基于PLC直接查表方式實現(xiàn)的模糊控制器研究J.電子技術雜志，20XX,： 18-2123張璽，劉勇，張小兵。二次開發(fā)Wincc模糊控制算法J.計算機應用，20XX,：69-7124孫東衛(wèi)，周立峰。預測模糊控制在渠道系統(tǒng)中的應用J.現(xiàn)代電子技術，20XX,： 82-8525石紅瑞，孫洪濤，馬智宏。二次開發(fā)RSVie

14、w32嵌入廣義預測控制算法J .測控技術，20XX 23 : 52-5426西門子公司。西門子57-300系統(tǒng)參考手冊M.北京：西門子自動化與驅動集團，20XX: 10-20027西門子公司。STEP? 編程手冊M.北京：西門子自動化與驅動集團，20XX:40-6028王磊，王為民。模糊控制理論及應用M.北京：國防工業(yè)出版社，1997: 17-29291章為國，楊向忠。模糊控制理論與應用M.陜西：西北工業(yè)大學出版社，1999:15一1930蔡自興。智能控制一基礎與應用M.北京：國防工業(yè)出版社，1998: 35-3731孫增折。智能控制理論與技術M.北京：清華大學出版社，1997; 55-623

15、2齊蓉，林輝，李玉忍，謝利理，通用模糊控制器在PLC上的實現(xiàn)J.工業(yè)儀表與自動化裝置，20XX, ：23-2533聞新，周露，李東江，貝超。MATLAB模糊邏輯工具箱的分析與應用M.北京：科學出版社，20XX: 44-4534許建平，劉添兵。PLC控制軟件的模塊化設計J.九江職業(yè)技術學校學報，20XX,：13一1435張運波。PLC梯形圖設計中的關鍵技術J.長春工程學院學報，20XX,1：30-3236 Richalet J, Rault A. Model Predictive Heuristic Cortrol:Application to Industrial ProcessJ .Auto

16、matica, 1978,14：413-42837 Rouhani R,Mehra R K. Model algorithmic control ：Basic Theoretical PropertiesJ.Automatica,1982,18：401-41438 Culter C R,Ramaker B L .Dynamic Matrix :ontrol-A Computer Control AlgorithmM.San Francisco: American Automatic Control Council,1980:221-23039 Clarhe D W, Mohtadi reced

17、ing hori:on predictive controlJ.IEEProc-D, 1991,13 8 : 347-3 5440 Garica C E,Morari M. Internal Model Control-A Unifying Review and Some New ResultsJ .Process DesDew, 1982,：308一32;541Richalet J .Predictive functional control-Appliation to fast and accurate robotsJ.Proc Of 10“ IFAC World Congress, Mu

18、nich, FRG, 1987, ： 25I-25842許超，陳治鋼，邵慧鶴。預測控制技術及應用發(fā)展綜述J.自動化及儀表，20XX,29：1一1043舒迪前。預測控制系統(tǒng)及其應用M.北京：機械工業(yè)出版社，1996: 225-22844李紹勇，陳希平，王剛，范宗良，樹龍，蔡穎。換熱機組供水溫度的廣義預鋇：95-9745俞樹榮，祁振強，商建平。集中供熱系統(tǒng)熱力站二段換熱機組系統(tǒng)建模及研究J.甘肅工業(yè)大學學報，20XX, 28：57-61第一章前言1. I論文研究的目的和意義1. 2論文研究的主要內容及工作簡述1. 3國內外文獻綜述I. 3. 1先進控制的發(fā)展及現(xiàn)狀1 .3 . 2 PLC在工業(yè)控制

19、領域的應用. 3 PLC基本控制方法1. 3. 4 PLC模糊控制器I. 3. 5 PLC預測控制算法第二章SIMATIC S7-300 PLC及STEP7系統(tǒng)SIMATIC 57-300 PLC系統(tǒng)S7-300 PLCS7-300 PLC控制系統(tǒng)STEP7系統(tǒng)STEP7功能及結構組態(tài)環(huán)境及編程語言基本控制算法的實現(xiàn)二第三章PLC模糊控制器的研究與實現(xiàn)模糊控制算法與系統(tǒng)模糊控制理論模糊控制系統(tǒng)模糊控制器的組成模糊控制算法模糊控制器的結構PLC模糊控制器設計PLC模糊控制器結構模糊控制器離線部分設計模糊控制器離線部分算法設計內容基于MATLAB模糊邏輯工具箱的設計STEP7實現(xiàn)模糊控制器設計模糊

20、算法流程圖模糊算法的功能塊PLC模糊控制器的仿真驗證仿真系統(tǒng)的建立仿真結果驗證第四章PLC預測控制器的研究與實現(xiàn)廣義預測控制算法單值廣義預測控制單值廣義預測控制律計算PLC單值廣義預測控制器的設計與實現(xiàn)單值廣義預測算法的實現(xiàn)步驟單值廣義預測控制器的設計單值廣義預測控制器的仿真驗證仿真模型的建立仿真結果分析比較第五章基于PLC的空調性能檢測實驗室計算機控制系統(tǒng)工藝流程與控制方案工藝過程簡述控制要求控制方案設計控制系統(tǒng)結構及配置監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計57-300 PLC控制系統(tǒng)設計硬件系統(tǒng)組態(tài)PLC控制程序設計目前，PLC的應用十分廣泛，涉及到過程控制的方方面面。但在控制策略上，它依然沿用傳統(tǒng)的PID控

21、制。許多PLC開發(fā)商把PID算法做成模塊，固化在PLC中。但從長遠角度看，對于一些復雜的控制系統(tǒng)，PID很難滿足控制要求，這就需要把先進的控制算法嵌入到PLC的設計中。本課題以此為主要研究內容。工業(yè)過程的復雜性以及對于控制日益提高的要求，各種先進控制算法越來越多地深入到控制領域，但由于PLC的編程目前還限于低級語言，所以，給在PLC上實現(xiàn)先進控制算法帶來了困難。SIEMENS在PLC的編程系統(tǒng)STEP7中提供了比較豐富的功能模塊，因此，本課題首先是通過對控制算法的研究與改進和對STEP?功能的開發(fā)，使先進控制策略在S7-300 PLC上得以較好的實現(xiàn)。本論文重點研究基于PLC的模糊控制器的實現(xiàn)

22、，這一領域目前研究的比較多，因此在總結前人研究方法的基礎上，設計出一個基于PLC的通用的模糊控制器，并使其固化在STEP7軟件中。此外，對于PLC預測控制雖已有一些研究，但都僅限于理論方面，尚未給出PLC上實現(xiàn)的實例。本課題也想在此方面有所創(chuàng)新，開發(fā)出基于PLC的預測控制實現(xiàn)技術。本論文第一章簡要介紹了課題的背景、主要內容、目的意義以及國外相關工作的研究狀況等。第二章介紹了SIMATIC S7-300 PLC的主要特點，系統(tǒng)組成及控制系統(tǒng)的配置與實現(xiàn)，同時介紹了STEP?軟件的功能及結構，組態(tài)環(huán)境，以及一些基本算法的實現(xiàn)方法。第三章重點闡述了模糊控制的基本理論、模糊控制算法、模糊控制器的結構及

23、設計方法。提出了基于PLC的模糊控制器的實現(xiàn)方法，即采用MATLAB離線設計，PLC在線查詢的方式。給出了STEP?實現(xiàn)模糊算法的流程圖及部分程序。最后建立一個過程仿真系統(tǒng)，對PLC模糊控制器進行仿真驗證。第四章介紹了預測控制的基本理論，重點闡述了廣義預測控制算法，并結合PLC的特點，提出了基于PLC的單值廣義預測控制器的設計方法，給出了STEP7實現(xiàn)單值廣義預測算法的步驟與流程圖。最后建立一個二階大滯后的對象模型，構成仿真控制系統(tǒng)，與PID控制進行比較分析，驗證PLC預測控制器的有效性。第五章是作者在研究生期間參加的某空調性能檢測實驗室基于PLC實現(xiàn)的計算機控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)控制方案的設計、系

24、統(tǒng)配置和硬件構成、監(jiān)控系統(tǒng)的設計等幾個方面分別進行了詳細的論述。第六章結論與體會，總結自己在課題研究和項目研究的過程中的一些體會和心得，分析了工作中的不足，提出了以后工作的注意事項，改進方法。I.盡快建立樣板工程，把己經(jīng)取得的研究成果應用到工程實際過程中，通過實踐檢驗，發(fā)現(xiàn)問題以便不斷改進和提高。2. PLC預測控制器目前只應用了簡單的單值廣義預測算法，有其自身的局限性，如控制精度不高。目前，應用較為成熟的是MPC算法，因此可以把PLC-MPC控制器作為今后研究的一個重點。3.對于PLC模糊控制器的改進，主要是在算法上，為了提高控制效果，單純的模糊算法是不足的，改進型模糊算法如模糊PID可以改善控制器性能，因此可以開發(fā)PLC模糊PID控制器。4.進一步挖掘STEP?軟件的功能，開發(fā)過程對象仿真模塊，給出基于PLC建立仿真系統(tǒng)的