自动配料控制系统及其算法研究

论文摘要

随着工厂企业规模的不断扩大和发展,自动配料控制系统经历了长足的发展。配料生产系统是一种将多种原料按照一定比例混合在一起,进行加工生产出某种产品的过程。其中,配料是生产中必不可少的关键环节,配料的精确与否对产品的质量有着重要的影响。随着信息技术和自动控制技术的不断发展,新一代的配料控制系统必将朝着信息化和智能化的方向发展。本文主要研究了一种以可编程控制器(PLC)和系统监控软件(WinCC)相结合的自动配料控制系统,完成了一种具有性价比较高、可推广应用的自动配料控制系统。PLC因为其功能强大、容易使用、可靠性高等特点,常常被用作现场数据的采集和设备的控制。组态软件作为用户可自行定制功能的软件平台工具,在PC机上可开发出友好人机界面,通过PLC可以对自动化设备进行智能控制。文中首先对自动配料系统的发展现状,应用前景进行了论述,在传统配料系统的基础上,提出了系统的总体设计方案和基本组成结构,并对系统的相关设备,如配料电子秤的结构和控制原理,技术参数等进行了介绍。然后,论文给出了配料控制系统电气控制部分的主要组成及采用PLC实现现场配料设备动力协调控制的方法,从而使该配料系统可以按要求自动完成下料、称量、配料全过程,并给出了配料控制系统各部分的控制流程。随后,论文阐述了系统如何采用工控组态软件实现现场数据实时记录和监控,设计了配料系统的工艺流程、报表管理、设备监控、状态显示、料单管理、故障显示及报警等功能界面,并详细介绍了每个界面的功能和使用方法,使现场的运行状况、运行数据都可以在中央控制室中掌握,并且可以通过人机界面来实现参数设置、状态控制、料单的下达等功能。最后,对于料单的给定值和配料的实际值之间存在的偏差,常见的处理方法是进行PID调节,即根据操作人员的经验值设定PID调节参数kp,ki,kd的值,这种调节方法完全依靠操作人员的经验,且由于配料控制系统是一个时变的、非线性的控制系统,因此这种调节方式可靠性较差。本文通过对配料系统的分析,总结现场工艺过程的经验,根据模糊控制原理,提出配料系统的模糊控制结构和算法,来改进配料控制系统的调节效果。文中详细介绍了模糊PID的控制原理和实现步骤,并在MATLAB环境下对系统进行了仿真,验证了模糊PID算法的理论可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的背景及其意义
• 1.3 配料系统的国内外发展现状
• 1.4 本课题所研究的内容及主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 皮带配料系统的组成结构
• 2.1 配料系统的组成
• 2.2 配料电子秤的选择
• 2.2.1 配料电子秤结构介绍
• 2.2.2 配料电子秤的工作原理
• 2.2.3 配料皮带秤工作方式
• 2.2.4 配料电子秤主要功能
• 2.3 称重显示器介绍
• 2.3.1 称重显示器显示面板说明
• 2.3.2 主要技术参数
• 2.4 变频器选用
• 2.4.1 变频器的基本结构
• 2.4.2 西门子 MM440 变频器
• 2.5 给料设备
• 2.5.1 给料设备的定义
• 2.5.2 给料设备的形式
• 2.5.3 给料机的电气控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 可编程控制器的设计
• 3.1 系统的总体设计
• 3.1.1 系统总体介绍
• 3.1.2 系统的配料控制原理
• 3.2 可编程控制器
• 3.2.1 PLC 的工作原理
• 3.2.2 PLC 的特点
• 3.2.3 PLC 的发展趋势
• 3.3 自动配料控制系统中PLC 的选型
• 3.3.1 上位机硬件配置
• 3.3.2 处理器相关模块配置
• 3.3.3 I/O 模块配置
• 3.3.4 PLC 硬件系统配置
• 3.4 PLC 控制系统软件设计
• 3.4.1 step7 软件介绍
• 3.4.2 PLC 总体设计
• 3.4.3 配料系统软件设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 WinCC 监控系统设计
• 4.1 监控系统结构及功能
• 4.2 监控软件的选用
• 4.3 配料控制系统的监控界面介绍
• 4.3.1 登录界面
• 4.3.2 操作管理界面
• 4.3.3 配方管理界面
• 4.3.4 故障管理界面
• 4.3.5 报表管理模块
• 4.4 上位机和PLC 之间的通讯
• 4.5 本章小结
• 第五章 配料控制系统的算法研究
• 5.1 模糊控制
• 5.1.1 模糊逻辑控制理论的产生和发展
• 5.1.2 模糊控制系统的结构
• 5.1.3 模糊控制的特点
• 5.2 PID 控制算法
• 5.2.1 PID 控制原理
• 5.2.2 PID 算法的优点
• 5.3 模糊PID 控制器的实现
• 5.3.1 模糊PID 控制器的结构
• 5.3.2 模糊PID 的类型
• 5.3.3 模糊PID 控制器设计
• 5.4 模糊PID 控制算法仿真研究
• 5.4.1 仿真工具介绍
• 5.4.2 系统仿真研究与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文