消聲器自動除塵控制系統(tǒng)設(shè)計——電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p>　　消聲器自動除塵控制系統(tǒng)設(shè)計——電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　流水線（Assembly line）是一種工業(yè)生產(chǎn)中，

2、可部分被用來組裝成品，最基本的流水線由一個簡單的輸送帶載的產(chǎn)品，如玩具，通過一系列的工作，直到它最終完成。更復(fù)雜的流水線包括直屬帶進(jìn)行部分工作線沿線的車站，用于建設(shè)汽車和其他復(fù)雜的設(shè)備。開發(fā)革命性的流水線制造，并促成了大量財富的幾個主要角色的工業(yè)革命。出現(xiàn)流水線之前的工業(yè)制造業(yè)，通常是工人手工制造，從單獨的裝配部分。[1]現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展，使生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制成為可能。在原有的機械設(shè)備上，增加微處理器、傳統(tǒng)

3、器和執(zhí)行機構(gòu)等自動控制裝置，組成智能或部分智能化的機器體系，代替或部分代替過去的人工操作，使設(shè)備運行的精度大大提高。用于各種動力系統(tǒng)的控制，可以大大節(jié)省能源消耗；用于機械加工控制，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,許多領(lǐng)域都需要對生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行除塵加工,[2]如工廠的生產(chǎn)設(shè)備、醫(yī)藥生產(chǎn)、航空航天、化工領(lǐng)域、實驗室等等. 特別是一些比較精密的產(chǎn)品加工生產(chǎn)中，灰塵的存在往往會影響下一步操作

4、的生產(chǎn)質(zhì)量。[6]例如壓縮機消聲器，它是一種密封的塑料殼體，在殼體內(nèi)部通過空氣流通渠道的變化而實現(xiàn)消除壓縮空氣噪聲的作用。塑料殼體是由兩部分組成，后經(jīng)過超聲波焊接機焊接在一起，焊接前必須對殼體進(jìn)行必要的除塵，否則會因為殼體內(nèi)部有粉塵造成管路堵塞。所以在進(jìn)行焊接前的除塵程序必不可少。但是由于生產(chǎn)的數(shù)量巨大或者工作環(huán)境的約束，人工的除塵已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代成產(chǎn)的需要。特別是在人無法靠近或現(xiàn)場無需人力來監(jiān)控, 我們可以用遠(yuǎn)程監(jiān)控,坐在辦公室里就可

5、以對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，既提高了生產(chǎn)效率,保障了產(chǎn)品質(zhì)量，又方便又節(jié)省人力。</p><p>　　由此可知在追求最大的利益及最高的效率的前提下，流水線生產(chǎn)和工業(yè)控制的自動化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中越來越受到廣泛的應(yīng)用。本課題針對這一問題結(jié)合消聲器的結(jié)構(gòu)特點，以及消聲器內(nèi)部粉塵的狀態(tài)，設(shè)計一套自動除塵控制系統(tǒng)，從而來達(dá)到流水線上產(chǎn)品的自動除塵效果。</p><p>　　相關(guān)研究的最新成果及動態(tài) </

6、p><p>　　20世紀(jì)90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計算機（簡稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。</p><p>　　2.1、流水線的智能化</p><p>　　在信息時代的今天，流水線輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，并

7、且由于每一道工序都由特定的人去完成，一步一步加工，每個工人只需做同樣的工作，大大降低了對工人的技術(shù)要求，提高了工作效率，所以在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。 [3]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的流水線部分越來越趨向無人化和自動化，通過PC或PLC控制器結(jié)合電機，變頻器等器件來達(dá)到自動控制效果。從而實現(xiàn)一人或少人控制整條生產(chǎn)流水線的的目標(biāo)。[12]隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 可編程序控制器(PLC)已經(jīng)由原來簡單的邏輯量控制, 逐步具有了計算機控制系統(tǒng)的功能

8、，同時還能實現(xiàn)與PC機的交流，可以實現(xiàn)連續(xù)復(fù)雜的控制，在流水線的應(yīng)用中，實現(xiàn)了自動化。</p><p>　　2.2、控制系統(tǒng)的自動化</p><p>　　工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。[4]工

9、業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。[5]目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。</p>&l

10、t;p>　　[11]目前企業(yè)以DCS為核心的工業(yè)過程控制系統(tǒng)架構(gòu)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。新一代的過程控制系統(tǒng)突出表現(xiàn)在開放性、集成性，實現(xiàn)信號傳輸全數(shù)字化，控制功能全分散，系統(tǒng)信息全開放。</p><p>　?。?）工業(yè)PC機技術(shù)發(fā)展迅速。PC機不再局限擔(dān)當(dāng)人-機界面操作站角色?；赑C機的開發(fā)，日趨標(biāo)準(zhǔn)化的軟件，已滲透到工控領(lǐng)域的各個方面。由于采用客戶/服務(wù)器架構(gòu)模式，soft DCS

11、 soft PLC取得越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　?。?）FCS由DCS發(fā)展而來，保留了DCS特點，綜合十幾年來的應(yīng)用經(jīng)驗，但又顯示它的新的特點，新的發(fā)展：</p><p>　　a. 全數(shù)字化通信，抗干擾能力增強；</p><p>　　b. 現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)可控，可靠性增強；</p><p>　　c. 開放性系統(tǒng)，互操性、交換性強；&l

12、t;/p><p>　　d. 模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)柔性化；</p><p>　　e. 遠(yuǎn)程智能I/O使系統(tǒng)真正分散，提高系統(tǒng)架構(gòu)靈活性。</p><p>　?。?）新一代過程控制系統(tǒng)都支持Internet。這是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然。使企業(yè)實現(xiàn)信息技術(shù)與工程環(huán)境的集成。Internet技術(shù)提供了快捷經(jīng)濟的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。</p><p>　?。?）新一代過程

13、控制系統(tǒng)大多基于windows操作平臺。大多支持IEC61131-3國際編程語言。圖形化組態(tài)工具功能強大，編程組態(tài)方便，效率高。</p><p>　?。?）工業(yè)以太網(wǎng)迅速應(yīng)用。交換式以太網(wǎng)技術(shù)在克服共享式以太網(wǎng)時間響應(yīng)具有不確定性缺點，在實時性方面，在傳輸速度方面都有很大的提高，它為總線控制系統(tǒng)建立起一體化網(wǎng)絡(luò)平臺。</p><p>　　2.3、PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向

14、發(fā)展</p><p>　　PLC小型化的好處是節(jié)省空間、降低成本、安裝靈活。目前一些大型PLC，其外形尺寸比他們前一代的同類產(chǎn)品的安裝空間要小50%左右。</p><p>　　近幾年，[8]很多PLC廠商推出了超小型PLC，用于單機自動化或組成分布式控制系統(tǒng)。運算速度高速化是PLC技術(shù)發(fā)展的重要特點，在硬件上，PLC的CPU模塊采用32位的RISC芯片，使PLC的運算速度大為提高，一條基本

15、指令的運算速度達(dá)到數(shù)十個納秒（ns）。當(dāng)前，不少PLC廠商采用了多CPU芯片并行處理方式，用專門CPU處理編程及監(jiān)控服務(wù)，大大減輕對執(zhí)行控制程序的CPU芯片的影響，只讓執(zhí)行控制程序的CPU進(jìn)行順控和邏輯運算。另外，為提高服務(wù)處理速度，縮短操作時間，采用高速的串行通信（最大波特率為115Kbps），并將UCB口（最大波特率為12Mbps）引入PLC的CPU模塊，從而實現(xiàn)與編程工具及監(jiān)控設(shè)備之間通信的高速化，并允許許多人同時使用這兩個通信端

16、口同時進(jìn)行編程和調(diào)試程序。</p><p>　　2.4、軟PLC在工業(yè)生產(chǎn)自動化流水線中的應(yīng)用　　</p><p>　　所謂軟PLC，實際就是在PC機的平臺上，在Windows操作環(huán)境下，用軟件來實現(xiàn)PLC的功能，也就是說，軟PLC是一種基于PC機開發(fā)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，它具有硬PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術(shù)可以將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換全功能的PLC過程控制器。[1

17、5]軟PLC綜合了計算機和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期，可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。軟PLC具有硬PLC的功能，同時又提供了PC機環(huán)境的各種優(yōu)點。 </p><p>　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前不斷擴大，并延伸到過程控制、批處理、運動和傳動控制、無線電遙控以至實現(xiàn)全廠的綜合自動化。[10

18、]PLC的技術(shù)發(fā)展除了小型化、超高速，大容量存儲器，多CPU，多任務(wù)并行運行外，PLC的開放性更大，通信聯(lián)網(wǎng)能力更強，集成化軟件更優(yōu)。標(biāo)準(zhǔn)化的IEC61131-3PLC編程語言已被眾多PLC廠商所接受，其推廣速度越來越快。軟PLC的應(yīng)用范圍將更廣。</p><p>　　2.5、儀器儀表技術(shù)趨向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化</p><p>　　[14]儀器儀表技術(shù)的發(fā)展由來已久，經(jīng)過這五六

19、十年的發(fā)展，儀器儀表朝著越來越智能化方向發(fā)展，虛擬技術(shù)的迅速發(fā)展，使測控設(shè)備PC化，網(wǎng)絡(luò)化。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展遠(yuǎn)程測控技術(shù)也得到了充分發(fā)展，儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，適應(yīng)性越來越強。</p><p>　　課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　本設(shè)計主要模塊為電機驅(qū)動、吹氣吸塵模塊、計數(shù)傳感器模塊以及軟件方面控制界面、程序編寫。本設(shè)計中

20、，我主要設(shè)計的是軟件部分。</p><p>　　3.1、軟件部分設(shè)計</p><p><b>　　通信方式的選擇</b></p><p>　　與PC的通信，有很多種途徑，比如：自由口通信、PPI通信、MPI通信、PROFIBUS-DP通信、以太網(wǎng)通信等等。</p><p>　　[9]大型控制系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)的最高層次一般采

21、用以太網(wǎng)，第二層一般是PLC廠家提供的通信網(wǎng)絡(luò)或者現(xiàn)場總線，如西門子的Profibus，Rockwell的ControlNet和歐姆龍的Controller Link等。底層是現(xiàn)場總線。</p><p>　　以太網(wǎng)的核心思想是使用共享的公共傳輸通道，以太網(wǎng)是目前世界上最流行的拓樸標(biāo)準(zhǔn)之一，具有傳傳播速率高、網(wǎng)絡(luò)資源豐富、系統(tǒng)功能強、安裝簡單和使用維護(hù)方便等很多優(yōu)點。</p><p>　　P

22、LC也可以通過RS-232C和RS-485等標(biāo)準(zhǔn)的串行口通信借口通信。PLC如果沒有內(nèi)置的串行口借口，需配用通信模塊或者通信適配器。如果要接以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線和其他網(wǎng)絡(luò)，需使用專用的內(nèi)置通信接口或者通信模塊。</p><p>　　一般來說，[7]如果參與通信的設(shè)備都是同一廠家的工控產(chǎn)品，應(yīng)選用PLC廠家提供的通信協(xié)議，如一對一鏈接通信或網(wǎng)絡(luò)，只需要作一些簡單的設(shè)置，不用編寫通信程序，就可以實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。&

23、lt;/p><p><b>　　（2）軟件的選擇</b></p><p>　　制作PC的控制界面，可以使用很多軟件。但是基本沒通用的，每個廠家有每個廠家的軟件，并且每個廠家的PLC軟件還不同，小型PLC有小型PLC的軟件，大型PLC有大型PLC的軟件的比如西門子，小型PLC-S7-200軟件STEP 7 MicroWIN V4.0 SP7 ，三菱的FX系列PLC-GX

24、Developer軟件。中型PLC-S7-300軟件：SIMATIC Step7 v5.4 sp4。</p><p>　?。?）控制界面的設(shè)定</p><p>　　設(shè)計一個人機界面。連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。

25、</p><p>　　先創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設(shè)計模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和過程性描述。然后確定為完成此系統(tǒng)功能人和計算機應(yīng)分別完成的任務(wù) 。設(shè)計任何一個機界面，一般必須考慮系統(tǒng)響應(yīng)時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式四個方面。[13]系統(tǒng)響應(yīng)時間過長是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問題，除了響應(yīng)時間的絕對長短外，用戶對不同命令在響應(yīng)時間上的差別亦很在意，若過于懸殊用戶將難以接受；用戶求助機制宜采

26、用集成式，避免疊加式系統(tǒng)導(dǎo)致用戶求助某項指南而不得不瀏覽大量無關(guān)信息；錯誤和警告信息必須選用用戶明了、含義準(zhǔn)確的術(shù)語描述，同時還應(yīng)盡可能提供一些有關(guān)錯誤恢復(fù)的建議。此外，顯示出錯信息時，若再輔以聽覺(鈴聲)、視覺(專用顏色)刺激，則效果更佳；命令方式最好是菜單與鍵盤命令并存。</p><p>　　3.2、希望實現(xiàn)的功能如下：</p><p>　　按下相應(yīng)的按鈕，執(zhí)行對應(yīng)的操作，使流水線運行

27、、停止。運行過程中實現(xiàn)自動吹氣、吸塵、自動計數(shù)。</p><p><b>　　3.3、研究方法：</b></p><p>　　1 文獻(xiàn)資料法：根據(jù)已掌握的文獻(xiàn)，查找相關(guān)書籍，查詢各類期刊，學(xué)術(shù)報告，學(xué)術(shù)會議論文，學(xué)位論文，科技檔案等。</p><p>　　2 對比法：對控制系統(tǒng)設(shè)計所采用的不同的設(shè)計方案進(jìn)行對比研究。</p>&l

28、t;p>　　3 專家訪談法: 根據(jù)本研究內(nèi)容，向?qū)熂跋嚓P(guān)專業(yè)的老師請教有關(guān)知識。</p><p>　　研究工作詳細(xì)進(jìn)度和安排</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 田德科. PLC在燒結(jié)除塵振打系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 科技傳播 ,2010,(16) </p><p>　　[2]

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