PLC实验平台开发-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： PLC 实验平台开发指 导 教 师 :2013 年 3 月 1 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、课题的研究背景及研究意义施耐德电气（Schneider Electric）中国有限公司同清华大学，同济大学，西安交通大学，重庆大学等国内知名重点院校合作共建电气自动化联合实验室项目陆续启动，中北大学有幸成为众多高校中的一员,并与施耐德电气（中国）有限公司和北京金日创科技有限公司共建“中北大学-施耐德电气联合实验室”。中北大学-施耐德电气联合实验室是以施耐德电气（中国）有限公司设备捐赠为主，我校配套投资共同建设，致力于打造与国际电气及自动化接轨的工程实践环境，建立与真实工业环境一致的先进 PLC 实验平台。实验平台以施耐德 M218、M238、M258 等可编程逻辑控制器件为主体，结合 ATV312 变频器，伺服驱动器，HMI 触摸屏，异步电动机，TeSys 电机启动器和接触器 ，电动机保护及预报警系统等仪器设备共同组成。该联合电气 PLC 实验室的建立，以最先进的电气可编程 PLC 设备为实验设计硬件基础，通过施耐德 PLC 实验平台设计有关电气可编程逻辑控制的相关实验（如电机运行，溶液混合机，自动售货机，简易红绿灯，四路抢答器等等），可使同学们加深对书本上知识的理解和记忆，融会贯通，可让学生接触到电气工程及工业自动化领域的最先进技术，可有效的锻炼我校学生的工程实践能力和专业综合能力，有助于培养学生的创新精神，动手能力和综合素质 1。对加强电气工程系实验室的先进建设，本科教学、电气工程自动化和控制科学与技术学科建设，以及实施“卓越工程师教育培养计划”具有极为深远意义。通过建立联合实验室，双方建立良好的合作伙伴关系，可实现校企双方互惠共赢，促进产、学、研相结合，将科研实验转化为实际项目，必将发挥巨大的功能性作用，也必将促进我校研究成果的社会化和发展的科技化。二、国内外研究历史及现状1、国外研究的历史及现状在工业生产实验过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。20 世纪中期，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable ,是世界上公认的第一台 PLC2。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。逐渐出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置 3。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物 4。随后可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器 5中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位 6。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 7。现在，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易 8，大型的 PLC 综合实验平台配套组成。新世纪，可编程控制器在机械制造、电气自动化、石油化工、冶金、汽车、轻工业等领域的应用都向着数字集成度高，控制精度高，可视可触化程度高，安全级别高的方向飞速的发展。2、国内研究的历史及现状我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器 9。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用 10。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州钢铁机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家 11。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。我国工业企业的自动化程度普遍较低，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器控制。由于种种原因，国产品牌的 plc 在国内 plc 市场份额所占比例很小，一直没有形成产业化规模，中国目前市场上 95%以上的 plc 产品来自国外公司 12。目前中国 plc 实验平台主要厂商为siemens、mitsubishi、omron、rockwell、schneider、ge-fanuc 等国际大公司 13，欧美公司在大、中型 PLC 领域占有绝对优势 14，日本公司在小型 plc 领域占据十分重要的位置，韩国和中国台湾的公司在小型 plc 领域也有一定市场份额 15。自加入 WTO后，中国正日益成为世界新的制造业基地，制造业的控制主要以逻辑控制为主 16，大量传统产业的自动化改造也为 plc 的综合应用提供广阔的发展空间。参考文献：1 魏跃国，陈彬兵.PLC 技术的发展趋势N.科技信息(科学教研)报，2008-9-7(22)2 王阿根.电气可编程控制原理与应用M.北京:清华大学出版社，2010： 1-461. 3 王兆宇.彻底学会施耐德 PLC 变频器触摸屏综合应用M.北京：中国电力出版社，2012.2；3344 方飞宇，张福，李振等，M218SoMachine 指令手册J.北京，20125 杨鹏，姚福来，孙鹤旭等.变频器、PLC 及组态软件实用技术速成教程M.北京:机械工业出版社，2011： 423.6 王晓明.电动机的 PLC 控制M.北京:北京航空航天大学出版社，2007.283. 7 王兆宇.施耐德电气变频器原理与应用M.北京:机械工业出版社，2010.3238 魏克新主编.自动控制综合应用技术M.北京:机械工业出版社，2012： 1-349.9 米洪涛.PLC 应用技术M.北京:中国电力出版社，2007.317 10 PLC 变频器连接串行接通的实验方法D.GB140889.中国标准出版社11 海陈明.PLC 综合实验平台的配套研究J. 上海，华东电力.200712王兆义， PLC 国内外发展现状和对策M.北京：电力电子出版社.199313 王雪，何文雪，刘华波等.组态软件 Wincc 及其应用D.北京：机械工业出版社.2011.1-30714 郭西进，任良才，耿乙文等，PLC 综合实训平台的设计与实现.实验室研究与探索报， 2011.6, 30(6): 16216515 廖常初主编，PLC 编程及应用D.北京：机械工业出版社.2011.22816 许建凤，傅永锋. 多模式 PLC 实训平台设计与研制N. 实验技术与管理报，2012, 29(11): 576217 方贵盛，王云风，陈剑兰，智能交通灯 PLC 控制实验装置研制N. 实验室研究与探索报，2012, 31(11): 205220 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 研究的主要内容和方法研究的主要内容：1) 施耐德 PLC 实验平台各设备的基本原理，连接运行方式 2）基于 PLC 实验平台的实验程序（梯形图，指令表等）编写3）结合人机交互界面，调试完善 PLC 实验平台完成的基本实验研究方法：1）文献研究法：通过查阅和阅读了解关于施耐德 PLC 实验平台的历史发展及基本情况的相关文献、书籍以及期刊等资料，从中学习，总结出实验的基本操作。2）对比分析法：通过对以前学习过的三菱 系列 PLC 的研究与分析，对比归纳出2NFX两种 PLC 相似的地方。3）实验法：通过自己亲自上手对施耐德 PLC 实验平台的各个设备进行实际操作，连接试运行，对比以往学过的 PLC 编程知识对实验进行程序编写，将编写的程序录入 PLC平台中进行调试运行。2.2 研究目标和你解决的关键问题研究目标：开发编写出适合施耐德 PLC 实验平台的实验程序拟解决的问题;1、施耐德 PLC 实验平台的调试运行，实验程序的编写录入与运行调试。2、能否用三菱的实验程序稍作修改套入到施耐德 PLC 中完成相应的操作？3、施耐德 PLC 实验平台中引入了人机交互界面（触摸屏） ，如何利用此设备使 PLC 实验更便捷，明了清晰？预期研究结果：了解乐施耐德 PLC 的基本结构、原理及编程器、编程软件的使用，掌握乐施耐德PLC 程序设计方法，了解施耐德 PLC 实验平台的基本控制原理，PLC 与外部设备的连接方法，能进行初步的程序设计、硬件使用与软硬件调试。结合改进的 PLC 实验箱模拟系统、变频器和触摸屏等设备仪器，设计开发用于配合 PLC 实验平台完成较为复杂功能的实验程序，为后续学习 PLC 课程提供一个良好的实验基础和实验环境，明白了很多不同厂家的 PLC 基本编程原理，使用原理相似。2.4 完成论文的进度和时间2013 年1 月 20 日3 月 1 日检索资料，学习 PLC 相关知识，研究施耐德 PLC 原理，完成开题报告，翻译一篇英文文献；3 月 2 日3 月 21 日研究施耐德 PLC 实验平台的基本操作，连接和运行；3 月 22 日4 月 11 日软件编程，利用 SoMachine 软件进行多种控制实验的梯形图，指令表，时序图等程序编辑；4 月 12 日6 月 11 日通过 PLC 实验平台进行程序运行，进行实际设备调试，完成程序修改完善，并撰写毕业设计说明书；6 月 12 日6 月