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plc是可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算*作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等*作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。下面，小編為大家分享plc畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告，希望對(duì)大家有所幫助!

課題名稱:plc先進(jìn)控制策略研究與應(yīng)用

1、選題意義和背景。

可編程序邏輯控制器(programmablelogiccontroller，plc)具有可靠*高、抗干擾能力強(qiáng)、功能豐富等強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為目前自動(dòng)化領(lǐng)域的主流控制系統(tǒng)。然而，從目前的應(yīng)用情況來(lái)看，plc還大都只是承擔(dān)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(gè)plc廠家也在其產(chǎn)品中設(shè)計(jì)了pid模塊。雖然pid算法控制有很高的穩(wěn)定*，但對(duì)于一些復(fù)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(lái)越多的plc產(chǎn)品與iec1131-3標(biāo)準(zhǔn)兼容，plc控制系統(tǒng)越來(lái)越開放，將先進(jìn)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(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)plc的控制功能進(jìn)行深入的研究和探討，以提高和擴(kuò)展plc控制器的應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍。本課題:plc先進(jìn)控制策略的研究與應(yīng)用，其目的是通過(guò)研究使一些先進(jìn)控制算法在plc及組態(tài)系統(tǒng)上得以實(shí)現(xiàn)，并開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序，經(jīng)過(guò)驗(yàn)*后最終應(yīng)用到工業(yè)過(guò)程控制中去。

在plc組態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法，包括預(yù)測(cè)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(luò)系統(tǒng)，能大大提高系統(tǒng)的控制水平，改善控制質(zhì)量。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，目前plc生產(chǎn)商的一些產(chǎn)品具備先進(jìn)控制模塊，如模糊模塊。但它們的價(jià)格十分昂貴，且封閉*較強(qiáng)，不適合我國(guó)中小型企業(yè)的工業(yè)改造。因此開發(fā)較為通用的先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)技術(shù)，對(duì)于我國(guó)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(jì)效益。

模糊控制與預(yù)測(cè)控制是智能控制中技術(shù)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(shí)時(shí)先進(jìn)控制開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)模糊控制、預(yù)測(cè)控制嵌入plc，與常規(guī)控制集成運(yùn)行，讓先進(jìn)控制從教授、專家手中走出來(lái)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制的工程化、實(shí)用化、轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力，對(duì)縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期，加快先進(jìn)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提高我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平有著重大的意義。

2、論文綜述/研究基礎(chǔ)。

在過(guò)程工業(yè)界，從40年*始，采用pid控制規(guī)律的單輸入單輸出簡(jiǎn)單反饋控制回路己成為過(guò)程控制的核心系統(tǒng)。目前，pid控制仍廣泛應(yīng)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(guò)程中，這類回路仍占總回路80%-90%。這是因?yàn)閜id控制算法是對(duì)人的簡(jiǎn)單而有效*作的總結(jié)和模仿，足以維護(hù)一般過(guò)程的平穩(wěn)*作與運(yùn)行，而且這類算法簡(jiǎn)單且應(yīng)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(guò)程和不同的要求[4}050年*始，逐漸發(fā)展了串級(jí)、比值、前饋、均勻和smith預(yù)估控制等復(fù)雜控制系統(tǒng)，即當(dāng)時(shí)的先進(jìn)控制系統(tǒng)，在很大程度上滿足了單變量控制系統(tǒng)的一些特殊的控制要求。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，仍有10%-20%的控制問(wèn)題采用上述控制策略無(wú)法奏效，所涉及的被控過(guò)程往往具有強(qiáng)藕合*、不確定*、非線*、信息不完全*和大純滯后等特*，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(guò)程的核心部分，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本等有關(guān)指標(biāo)。隨著過(guò)程工業(yè)日益走向大型化、連續(xù)化，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的品質(zhì)提出了更高的要求，控制與經(jīng)濟(jì)效益的矛盾日趨尖銳，迫切需要一類合適的先進(jìn)控制策略。自50年代末發(fā)展起來(lái)的以狀態(tài)空間方法為主體的現(xiàn)代控制理論，為過(guò)程控制帶來(lái)了狀態(tài)反饋、輸出反饋、解疆控制、自適應(yīng)控制等一系列多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法}s}。上述多變量控制策略有其自身的不足之處，工業(yè)過(guò)程的復(fù)雜*使得建立其正確的數(shù)學(xué)模型比較困難。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，強(qiáng)大的計(jì)算能力可以用來(lái)求解過(guò)去認(rèn)為是無(wú)法求解的問(wèn)題，這一切都孕育著過(guò)程控制領(lǐng)域的新突破。

整個(gè)80年代，出現(xiàn)了許多約束模型預(yù)測(cè)控制的工程化軟件包。通過(guò)在模型識(shí)別、優(yōu)化算法、控制結(jié)構(gòu)分析、參數(shù)整定和有關(guān)穩(wěn)定*和魯棒*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(guò)程控制應(yīng)用最成功，也最有前途的先進(jìn)控制策略。近年來(lái)，人工智能技術(shù)有了長(zhǎng)足的長(zhǎng)進(jìn)并在許多科學(xué)與工程領(lǐng)域中取得了較廣泛的應(yīng)用。就過(guò)程控制而言，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)是最有潛力的三種工具。專家系統(tǒng)可望在過(guò)程故障診斷、監(jiān)督控制、檢測(cè)儀表和控制回路有效*檢驗(yàn)中獲得成功應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可以為復(fù)雜的非線*過(guò)程的建模提供有效的方法，進(jìn)而可用于過(guò)程軟測(cè)量和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。模糊系統(tǒng)不僅是行之有效的模糊控制理論基礎(chǔ)，而且有望成為表達(dá)確定*和不確定*兩類混合并提煉這些經(jīng)驗(yàn)使之成為知識(shí)進(jìn)而改進(jìn)以后的控制，也將是先進(jìn)控制的重要內(nèi)容。

由于先進(jìn)控制受控制算法的復(fù)雜*和計(jì)算機(jī)硬件兩方面因素的影響，早期的先進(jìn)控制算法通常是在pc機(jī)和unix機(jī)上實(shí)施的。隨著dcs功能的不斷增強(qiáng)，更多的先進(jìn)控制策略可以與基本控制回路一起在dcs控制站上實(shí)現(xiàn)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跛衅髽I(yè)都采用了dcs系統(tǒng)或其它智能化設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)施先進(jìn)控制與優(yōu)化較大的提升了系統(tǒng)的*能?？梢哉f(shuō)，高*能控制系統(tǒng)，尤其是dcs系統(tǒng)的普及為先進(jìn)控制的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的硬件和軟件平臺(tái)。國(guó)外從70年代末就開始了先進(jìn)控制技術(shù)商品化軟件的開發(fā)及應(yīng)用，并在dcs的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和優(yōu)化。如愛(ài)默生公司的deltav和honeywell公司的tdc3000，其先進(jìn)控制軟件rmpgt和rpid等在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)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(diǎn)運(yùn)算以及先進(jìn)控制所必須的精確的時(shí)間，因此，除了模糊邏輯控制外，其他的先進(jìn)控制并沒(méi)有在plg平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。然而，在過(guò)程工業(yè)中大多系統(tǒng)使用先進(jìn)靈活的plc控制系統(tǒng)，因此1996年barnes提出了一種基于pc-plc通訊的混合方式，通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與plg的通訊，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制。

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4、論文提綱。

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(nèi)容及工作簡(jiǎn)述

1。3國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述

i。3。1先進(jìn)控制的發(fā)展及現(xiàn)狀

1。3。2plc在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

1。3。3plc基本控制方法

1。3。4plc模糊控制器

i。3。5plc預(yù)測(cè)控制算法

第二章simatics7-300plc及step7系統(tǒng)

2。1simatic57-300plc系統(tǒng)

2。1。1s7-300plc

2。1。2s7-300plc控制系統(tǒng)

2。2step7系統(tǒng)

2。2。1step7功能及結(jié)構(gòu)

2。2。2組態(tài)環(huán)境及編程語(yǔ)言

2。2。3基本控制算法的實(shí)現(xiàn)二

第三章plc模糊控制器的研究與實(shí)現(xiàn)

3。1模糊控制算法與系統(tǒng)

3。1。1模糊控制理論

3。1。2模糊控制系統(tǒng)

3。1。2。1模糊控制器的組成

3。1。2。2模糊控制算法

3。1。2。3模糊控制器的結(jié)構(gòu)

3。2plc模糊控制器設(shè)計(jì)

3。2。1plc模糊控制器結(jié)構(gòu)

3。2。2模糊控制器離線部分設(shè)計(jì)

3。2。2。1模糊控制器離線部分算法設(shè)計(jì)內(nèi)容

3。2。2。2基于matlab模糊邏輯工具箱的設(shè)計(jì)

3。2。3step7實(shí)現(xiàn)模糊控制器設(shè)計(jì)

3。2。3。1模糊算法流程圖

3。2。3。2模糊算法的功能塊

3。2。4plc模糊控制器的*驗(yàn)*

3。2。4。1*系統(tǒng)的建立

3。2。4。2*結(jié)果驗(yàn)*

第四章plc預(yù)測(cè)控制器的研究與實(shí)現(xiàn)

4。1廣義預(yù)測(cè)控制算法

4。1。1單值廣義預(yù)測(cè)控制

4。1。2單值廣義預(yù)測(cè)控制律計(jì)算

4。2plc單值廣義預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4。2。1單值廣義預(yù)測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)步驟

4。2。2單值廣義預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)

4。3單值廣義預(yù)測(cè)控制器的*驗(yàn)*

4。3。1*模型的建立

4。3。2*結(jié)果分析比較

第五章基于plc的空調(diào)*能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

5。1工藝流程與控制方案

5。1。1工藝過(guò)程簡(jiǎn)述

5。1。2控制要求

5。1。3控制方案設(shè)計(jì)

5。2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

5。3*系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)

5。457-300plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5。4。1硬件系統(tǒng)組態(tài)

5。4。2plc控制程序設(shè)計(jì)

5、論文的理論依據(jù)、研究方法、研究?jī)?nèi)容。

目前，plc的應(yīng)用十分廣泛，涉及到過(guò)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控制。許多plc開發(fā)商把pid算法做成模塊，固化在plc中。

但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，對(duì)于一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)，pid很難滿足控制要求，這就需要把先進(jìn)的控制算法嵌入到plc的設(shè)計(jì)中。本課題以此為主要研究?jī)?nèi)容。

工業(yè)過(guò)程的復(fù)雜*以及對(duì)于控制日益提高的要求，各種先進(jìn)控制算法越來(lái)越多地深入到控制領(lǐng)域，但由于plc的編程目前還限于低級(jí)語(yǔ)言(如梯形圖)，所以，給在plc上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法帶來(lái)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(guò)對(duì)控制算法的研究與改進(jìn)和對(duì)step?功能的開發(fā)，使先進(jìn)控制策略在s7-300plc上得以較好的實(shí)現(xiàn)。本論文重點(diǎn)研究基于plc的模糊控制器的實(shí)現(xiàn)，這一領(lǐng)域目前研究的比較多，因此在總結(jié)前人研究方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一個(gè)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(duì)于plc預(yù)測(cè)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(shí)現(xiàn)的實(shí)例。本課題也想在此方面有所創(chuàng)新，開發(fā)出基于plc的預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

本論文第一章簡(jiǎn)要介紹了課題的來(lái)源背景、主要內(nèi)容、目的意義以及國(guó)外相關(guān)工作的研究狀況等。

第二章介紹了simatics7-300plc的主要特點(diǎn)，系統(tǒng)組成及控制系統(tǒng)的配置與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)介紹了step?軟件的功能及結(jié)構(gòu)，組態(tài)環(huán)境，以及一些基本算法的實(shí)現(xiàn)方法。

第三章重點(diǎn)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(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法。提出了基于plc的模糊控制器的實(shí)現(xiàn)方法，即采用matlab離線設(shè)計(jì)，plc在線查詢的方式。給出了step?實(shí)現(xiàn)模糊算法的流程圖及部分程序。

最后建立一個(gè)過(guò)程*系統(tǒng)，對(duì)plc模糊控制器進(jìn)行*驗(yàn)*。

第四章介紹了預(yù)測(cè)控制的基本理論，重點(diǎn)闡述了廣義預(yù)測(cè)控制算法，并結(jié)合plc的特點(diǎn)，提出了基于plc的單值廣義預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)方法，給出了step7實(shí)現(xiàn)單值廣義預(yù)測(cè)算法的步驟與流程圖。最后建立一個(gè)二階大滯后的對(duì)象模型，構(gòu)成*控制系統(tǒng)，與pid控制進(jìn)行比較分析，驗(yàn)*plc預(yù)測(cè)控制器的有效*。

第五章是作者在研究生期間參加的某空調(diào)*能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室基于plc實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)配置和硬件構(gòu)成、*系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面分別進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

第六章結(jié)論與體會(huì)，總結(jié)自己在課題研究和項(xiàng)目研究的過(guò)程中的一些體會(huì)和心得，分析了工作中的不足，提出了以后工作的注意事項(xiàng)，改進(jìn)方法。

6、研究條件和可能存在的問(wèn)題。

i。盡快建立樣板工程，把己經(jīng)取得的研究成果應(yīng)用到工程實(shí)際過(guò)程中，通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以便不斷改進(jìn)和提高。

2。plc預(yù)測(cè)控制器目前只應(yīng)用了簡(jiǎn)單的單值廣義預(yù)測(cè)算法，有其自身的局限*，如控制精度不高。目前，應(yīng)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(gè)重點(diǎn)。

3。對(duì)于plc模糊控制器的改進(jìn)，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(jìn)型模糊算法如模糊pid可以改善控制器*能，因此可以開發(fā)plc模糊pid控制器。

4。進(jìn)一步挖掘step?軟件的功能，開發(fā)過(guò)程對(duì)象*模塊，給出基于plc建立*系統(tǒng)的方法和步驟，為工業(yè)實(shí)阮應(yīng)用縮短調(diào)試時(shí)間，保*系統(tǒng)的可靠*。

7、預(yù)期的結(jié)果。

1。通過(guò)對(duì)先進(jìn)控制各種算法的分析比較，對(duì)先進(jìn)控制理論有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，從中學(xué)到了不少解決問(wèn)題的方法，理解了傳統(tǒng)控制方法與先進(jìn)控制方法的區(qū)別。

2?；趐lc實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制與基于pc實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制相比較，最重要的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于plc實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制不需要通訊協(xié)議，而基于pc實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行之前必須正確的配置pc與plc之間的通訊協(xié)議，因此可以降低系統(tǒng)得開發(fā)時(shí)間。其次，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在下位機(jī)上完成先進(jìn)控制算法比在上位機(jī)完成更具有實(shí)時(shí)*。在可靠*方面，由于基于pc實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)和信號(hào)要經(jīng)過(guò)通訊傳給上位機(jī)，這難免會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失和信號(hào)的誤差，從而使系統(tǒng)的控制精度下降，而基于plc實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制避免了這類現(xiàn)象的發(fā)生。

3。西門子57-300plc功能強(qiáng)、處理速度快、模塊化結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展，被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中;其相應(yīng)開發(fā)軟件step7采用模塊化編程方法，提供多種編程語(yǔ)言，豐富的功能模塊，能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的功能和算法。因此二者結(jié)合起來(lái)，為先進(jìn)控制的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了很好的軟硬件平臺(tái)。

4。plc模糊控制器采用mtalab離線設(shè)計(jì)和plc在線查表的方法，把復(fù)雜的模糊推理過(guò)程交給計(jì)算機(jī)離線完成，得到模糊控制量查詢表供plc在線調(diào)用。此方法將復(fù)雜瑣碎的模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)工作變得簡(jiǎn)單明了，大大縮短了開發(fā)周期，同時(shí)也提高的plc控制的實(shí)時(shí)*，是目前被廣泛采用且效果良好的plc模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。

5。plc單值廣義預(yù)測(cè)控制器采用簡(jiǎn)單實(shí)用的單值廣義預(yù)測(cè)控制算法，它需要調(diào)整參數(shù)少、在線計(jì)算時(shí)間短，可適用于plc類控制采樣周期較短的快速動(dòng)態(tài)過(guò)程系統(tǒng)。*結(jié)果表明:plc單值廣義預(yù)測(cè)控制器保持了預(yù)測(cè)控制的*能，控制效果較pid控制有很大改善，同時(shí)具有計(jì)算量小，響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。

8、論文寫作進(jìn)度安排。

20xx。05-20xx。06開論文會(huì)議

20xx。06-20xx。07確定論文題目

20xx。07-20xx。02提交開題報(bào)告初稿

20xx。02-20xx。06提交論文初稿

20xx。07-20xx。08確定論文終稿

20xx。08-20xx。09論文答辯