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自動(dòng)化碩士論文范文第1篇

關(guān)鍵詞：DTS 結(jié)構(gòu) 功能

中圖分類號(hào)：TM769 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0047-01

1 DTS的概念

隨著電網(wǎng)安全性的要求，在計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，國外在上世紀(jì)70年代就已提出DTS概念，之后美國電研會(huì)組織討論后推廣使用。DTS（即調(diào)度員培訓(xùn)系統(tǒng)）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，它為調(diào)度員提供一個(gè)和平時(shí)完全相同的操作平臺(tái)，調(diào)度員可以在這個(gè)模擬平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，模擬現(xiàn)場(chǎng)操作和反事故演習(xí)，它不僅滿足與主系統(tǒng)的同步實(shí)時(shí)性，又因其與主系統(tǒng)通過防火墻隔離，還可滿足操作的安全性，作為先進(jìn)的調(diào)度培訓(xùn)手段已逐步取代傳統(tǒng)培訓(xùn)模式。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各網(wǎng)省地調(diào)的調(diào)度員培訓(xùn)工作中。

2 DTS的用途

主要用于電網(wǎng)調(diào)度員的培訓(xùn)，可以實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)場(chǎng)操作和反事故演習(xí)，也可用于運(yùn)方專業(yè)的潮流計(jì)算分析和斷面控制等。

3 DTS的設(shè)計(jì)原則[1]

（1）實(shí)用性：滿足調(diào)度員實(shí)際工作需求，包括正常運(yùn)行操作和事故處理。

（2）真實(shí)性：提供真實(shí)的操作環(huán)境，而調(diào)度培訓(xùn)過程中調(diào)度員面對(duì)的只是仿真電網(wǎng)，電網(wǎng)狀態(tài)的變化是通過模擬操作、電網(wǎng)相關(guān)計(jì)算及繼電保護(hù)邏輯判別仿真而來的。

（3）先進(jìn)性：先進(jìn)的硬軟件平臺(tái)和先進(jìn)的仿真技術(shù)。

4 DTS的培訓(xùn)方式

主要分為教員機(jī)自學(xué)培訓(xùn)、調(diào)度員技能考核和反事故演習(xí)三種方式。

5 DTS的結(jié)構(gòu)[2-3]

主要由三部分組成：

（1）電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)：頻率計(jì)算、動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算、繼電保護(hù)及安自裝置仿真等；

（2）SCADA/EMS仿真子系統(tǒng)：包括日常工作中所使的EMS系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能使用；

（3）教員監(jiān)控子系統(tǒng)：包括教案編制、故障設(shè)置、學(xué)員操作監(jiān)控和培訓(xùn)流程控制等。

教員機(jī)DTS系統(tǒng)中設(shè)備操作主要包含有參數(shù)檢索、變位操作、故障設(shè)置、故障解除、繼電護(hù)查詢及設(shè)置、保護(hù)故障設(shè)置、保護(hù)二次回路故障、重合閘查詢及設(shè)置、同期裝置操作、旁路代路操作、綜合令操作及定值保護(hù)查詢、遙控遙調(diào)、出力調(diào)整等，這些操作均可通過設(shè)備菜單輕松實(shí)現(xiàn)。

教員機(jī)主要進(jìn)行教案編制和反事故演習(xí)的故障設(shè)置，也可作學(xué)員自學(xué)培訓(xùn)使用。培訓(xùn)過程中教員機(jī)可以執(zhí)行學(xué)員下達(dá)的各項(xiàng)指令。在教員機(jī)DTS系統(tǒng)上統(tǒng)計(jì)信息的操作信息表中監(jiān)控到學(xué)員進(jìn)行的一系列操作，還可以在事故情況表中對(duì)照故障點(diǎn)位置、保護(hù)動(dòng)作邏輯及開關(guān)跳閘行為，掌控整個(gè)培訓(xùn)的流程，其間也可以根據(jù)學(xué)員的被演情況暫止、繼續(xù)和插入事件。

培訓(xùn)結(jié)束后DTS系統(tǒng)可以將整個(gè)培訓(xùn)過程保存下來，還能通過快照演示實(shí)現(xiàn)對(duì)培訓(xùn)過程進(jìn)行反演。教員可以根據(jù)培訓(xùn)的總體情況對(duì)學(xué)員進(jìn)行考評(píng)打分。最后教員可以將所選的整個(gè)培訓(xùn)過程和打分結(jié)果生成一個(gè)培訓(xùn)報(bào)告，以文本的形式保存或打印歸入培訓(xùn)檔案中。

6 DTS各模塊關(guān)系[3-4]

DTS主要包括9大模塊：動(dòng)態(tài)頻率/潮流模塊、保護(hù)自動(dòng)裝置模塊、畫面響應(yīng)監(jiān)控模塊、事件信息管理模塊、數(shù)采仿真模塊、快照評(píng)估模塊、初始化模塊，保護(hù)參數(shù)錄入模塊。

其中初始化模塊和保護(hù)參數(shù)錄入模塊均屬于非常駐模塊進(jìn)程，即它們都是在某一狀態(tài)下只需要執(zhí)行一次的模塊，而潮流模塊、保護(hù)自動(dòng)裝置模塊、畫面響應(yīng)監(jiān)控模塊、事件信息管理模塊、數(shù)采仿真模塊都屬于常駐模塊進(jìn)程，即它們都是在某一狀態(tài)下要循環(huán)運(yùn)行的模塊進(jìn)程。下圖1DTS各子模塊關(guān)系圖。

以培訓(xùn)狀態(tài)為例，調(diào)度員在培訓(xùn)時(shí)面對(duì)的是一個(gè)仿真電網(wǎng)，教員操作、學(xué)員操作指令都送到事件信息管理模塊，然后對(duì)電網(wǎng)模型做出調(diào)整，動(dòng)態(tài)頻率模塊和潮流模塊對(duì)所下達(dá)的指令進(jìn)行仿真，得到新的電網(wǎng)狀態(tài)，這些狀態(tài)信息送入數(shù)采仿真模塊，經(jīng)過處理（RTU、通道處理等），把量測(cè)數(shù)據(jù)送入學(xué)員控制中心模塊，提供給調(diào)度員新的電網(wǎng)狀態(tài)信息。

7 結(jié)語

DTS系統(tǒng)的正常運(yùn)行、維護(hù)涉及到調(diào)度、運(yùn)行方式、保護(hù)、自動(dòng)化等各專業(yè)的緊密配合，DTS系統(tǒng)相比傳統(tǒng)培訓(xùn)模式，培訓(xùn)方式更加靈活，系統(tǒng)平臺(tái)貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作環(huán)境，可以模擬真實(shí)電網(wǎng)中各種類型故障，有效提高調(diào)度員的事故處置能力，適合在調(diào)度培訓(xùn)工作中長期使用。

參考文獻(xiàn)

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自動(dòng)化碩士論文范文第2篇

    本文根據(jù)中小型油庫發(fā)油系統(tǒng)控制管理發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)中小型油庫發(fā)油系統(tǒng) 中所存在的問題,設(shè)計(jì)了中小型油庫自動(dòng)化發(fā)油系統(tǒng),編寫了上位機(jī)監(jiān)控軟 件和下位機(jī) PLC 控制程序及管理軟件。 在中小型油庫發(fā)油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)中我主要完成了下面的工作:

    (1)根據(jù)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要求:對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。構(gòu)建了以通用 PC 機(jī) 為上位機(jī),可編程序控制器(S7-200PLC)為下位機(jī)的控制系統(tǒng)。

    (2)控制軟件編程:控制軟件采用自適應(yīng)設(shè)計(jì),使系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)揮到最佳 狀態(tài)。采用提前量自整定的控制算法并編寫了 PLC 程序,實(shí)現(xiàn)了提高了發(fā)油精 度的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    (3)組態(tài)軟件設(shè)計(jì):利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)控制。 

    由于時(shí)間有限,本課題難免存在一些不足,需在以后的研究中進(jìn)一步完善。 后續(xù)工作應(yīng)集中在以下幾方面:

    (1)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)中小型油庫而設(shè)計(jì)的,總的發(fā)油鶴位小于十個(gè), 如果油庫的規(guī)模再大些,可以采用 S7-300PLC 作控制主站,S7-200PLC 通過 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線掛接在 S7-300 上作為控制從站,形成 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線 結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的適應(yīng)能力會(huì)更強(qiáng)大。

    (2)為了加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,如果條件允許,還可以增加雙設(shè)備冗余或雙 機(jī)熱備功能。

    (3)在原有控制程序的算法上加入人工智能方法(專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)),實(shí)現(xiàn)智能控制,從而提高控制系統(tǒng)的性能。

    6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

    本文是針對(duì)中小型油庫設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的對(duì)象是自動(dòng)發(fā)油系統(tǒng);設(shè)計(jì)的目的是在日益激烈的國際市場(chǎng)競(jìng)爭面前,提高油庫效率,加快周轉(zhuǎn),加強(qiáng)安全管理,減少人為差錯(cuò),增強(qiáng)竟?fàn)幜吞嵘髽I(yè)形象。信息化、自動(dòng)化、規(guī)范化是油庫發(fā)展的必然趨勢(shì)。

    以PLC為控制器投資比較大。一臺(tái)西門子S7-200的PLC加上擴(kuò)展模塊售價(jià)為5000元;油泵每臺(tái)2500元以內(nèi);電動(dòng)機(jī)每臺(tái)2000元,總投資為23000元。它比DCS系統(tǒng)和以太網(wǎng)系統(tǒng)要貴一些,但是,它以良好的人機(jī)界面、發(fā)油的穩(wěn)定性和兼容性為以后的維修和長時(shí)間的使用打下了基礎(chǔ),后期的維修費(fèi)用大大降低了。

    致謝

    本論文是老師的悉心指導(dǎo)下完成的,在課題進(jìn)展的全過程中,宋老師精心指導(dǎo),嚴(yán)格要求,可以說自己每一步的前進(jìn)都是與老師的指導(dǎo)分不開的。 宋老師學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),具有豐富的實(shí)際科研項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。宋老師待人熱情,從不以長者自居,他是學(xué)生的良師益友。總而言之,無論是在做學(xué)問還是在做人方面,宋老師為我樹立了榜樣,指明了方向。

    本論文之所以能順利完成,還要感謝同學(xué)們的熱心幫助,我還要向自己的父母、親戚和朋友表示感激,感謝他們的全力支持和鼓勵(lì)。最后,我再一次向曾經(jīng)支持和幫助過我的老師、同學(xué)表示衷心 的感謝!

    參考文獻(xiàn)

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自動(dòng)化碩士論文范文第3篇

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[2]程文忠.手機(jī)文化對(duì)大學(xué)生主流意識(shí)形態(tài)的影響和對(duì)策[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2010（2）.

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自動(dòng)化碩士論文范文第4篇

關(guān)鍵字：電壓無功功率控制；九區(qū)圖；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

電壓是衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)，電壓穩(wěn)定是整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)重要方面。電壓的穩(wěn)定和質(zhì)量對(duì)于終端用戶是非常重要的，而對(duì)于負(fù)載端的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也有著至關(guān)重要的意義。

電力系統(tǒng)中的電壓與無功功率的狀況密切相關(guān)。無功功率從電源端經(jīng)線路和電壓器向負(fù)荷端輸送，要產(chǎn)生電壓損耗。高壓線路和變壓器的電壓損耗主要取決于無功功率。輸送的距離越遠(yuǎn)，中間環(huán)節(jié)越多，引起的電壓降也就越大，負(fù)荷端的電壓也就越低。合理配置無功電源，使無功功率就衡，不僅可以提高電壓水平，而且可以減少電網(wǎng)中有功功率的損耗。我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠合理，一些地區(qū)在電網(wǎng)發(fā)展過程中無功設(shè)備配備不足，使得局部地區(qū)在負(fù)荷增大后無功功率明顯不足，造成局部電網(wǎng)較長時(shí)間處于低電壓水平運(yùn)行。另外，隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展，大容量機(jī)組直接接入超高壓電網(wǎng)，使超高壓電網(wǎng)內(nèi)無功過剩。城市供電網(wǎng)的迅速發(fā)展由于電纜數(shù)量增加使得充電功率增大。當(dāng)電力系統(tǒng)不正常運(yùn)行時(shí)，大容量發(fā)電機(jī)組或超高壓輸電線路退出運(yùn)行，又會(huì)使部分超高壓線路符合過重而使無功出力嚴(yán)重不足。這些問題的存在對(duì)用戶的電壓質(zhì)量、系統(tǒng)的輸電能力、電能損耗及安全、經(jīng)濟(jì)等方面產(chǎn)生不良影響。

1 電壓無功功率控制方法與現(xiàn)狀分析

充分開用各種調(diào)壓手段和無功電源的補(bǔ)償作用，實(shí)現(xiàn)電壓無功綜合控制對(duì)于提高電壓合格率和降低網(wǎng)損有很大的作用，能帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前實(shí)現(xiàn)電壓和無功功率的綜合控制有全網(wǎng)電壓無功功率優(yōu)化和以變電站為單位的局部區(qū)域化兩種方法。全網(wǎng)電壓無功功率優(yōu)化是從整個(gè)電網(wǎng)考慮，根據(jù)電網(wǎng)的潮流分布，確定電網(wǎng)的運(yùn)行方式，并合理進(jìn)行無功電源的調(diào)度和配置，減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)。從理論上講，通過電網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)施全網(wǎng)電壓、無功功率綜合控制是最合理的方法，但限于我國目前電力系統(tǒng)的自動(dòng)化較低，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的電壓、無功功率控制困難較大，目前主要是以變電站為單位自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓和無功功率，就地平衡。

變電站電壓無功功率控制主要是采用有載調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償并聯(lián)電容器組，通過調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭和投切并聯(lián)電容器組來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓和無功平衡。但是在電壓、無功功率雙參數(shù)需要調(diào)節(jié)的情況下，考人工調(diào)節(jié)往往難以做到準(zhǔn)確判斷和及時(shí)調(diào)節(jié)，人工調(diào)節(jié)不僅增加了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且不能充分利用無功電源設(shè)備的補(bǔ)償作用和保證電壓合格率。因此，如何實(shí)現(xiàn)變電站電壓、無功功率的自動(dòng)控制是一個(gè)值得研究的問題。

2 傳統(tǒng)的九區(qū)圖法

傳統(tǒng)的九區(qū)圖法是固定電壓和無功功率邊界特性分割區(qū)的綜合控制策略。根據(jù)母線電壓和無功功率的運(yùn)行情況分為九個(gè)區(qū)域，在不同的區(qū)域采取不同的控制對(duì)策，綜合利用調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭和投切并聯(lián)電容器組兩種手段，將母線電壓和無功功率控制在各自的允許范圍之內(nèi)。該方法綜合考慮電壓和無功功率，是目前采用最多的控制方法，但在某些情況下也存在工作過于頻繁的問題，在有些情況下甚至?xí)鹫袷帯Ｒ虼?，如何盡量減少工作次數(shù)是該方法要解決的主要問題。

3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電壓無功功率調(diào)節(jié)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有集體運(yùn)算和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的能力，具有預(yù)測(cè)性、指導(dǎo)性和靈活性的特點(diǎn)，能大大減少有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)，合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠逼近任何一種非線性系統(tǒng)。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的、將無功功率和優(yōu)化決策相結(jié)合的電壓無功功率綜合只能控制方法，通過對(duì)電壓、無功功率進(jìn)行預(yù)測(cè)來減少工作次數(shù)。該方法根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，應(yīng)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)無功負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后將預(yù)測(cè)結(jié)果連同當(dāng)前的母線電壓、無功功率、功率因素等經(jīng)模糊化后作為決策人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，該決策人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出即為調(diào)節(jié)動(dòng)作的策略，該方法實(shí)際上已經(jīng)脫離了九區(qū)圖的范疇，計(jì)算復(fù)雜、對(duì)硬件要求較高，而且其動(dòng)作是否合理還依賴于對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練工作的成功與否。

4 九區(qū)圖法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的控制策略

傳統(tǒng)的九區(qū)圖法的控制策略是基于固定的電壓無功上、下限而沒有考慮無功調(diào)節(jié)對(duì)電壓的影響及其協(xié)調(diào)關(guān)系，用于運(yùn)算分析的信號(hào)有分散性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，這就造成了該方法具有控制策略的盲目和不確定性，實(shí)際表現(xiàn)為在九區(qū)圖的某些邊界區(qū)域，設(shè)備會(huì)頻繁調(diào)節(jié)。

當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在圖中的9區(qū)時(shí)，由于它接近電壓上限區(qū)，根據(jù)該區(qū)的傳統(tǒng)控制規(guī)則“投電容器”，則有可能出現(xiàn)圖中所表示的三種結(jié)果。結(jié)果①是運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入了0區(qū)，說明這次控制成功。結(jié)果②和結(jié)果③是運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入了1區(qū)或2區(qū)，人為地增加了電壓的不合格率，并且它又會(huì)引起變壓器分接頭下調(diào)或切除電容器，從而造成設(shè)備的頻繁動(dòng)作。因此在9區(qū)內(nèi)有兩種控制方式：一是直接投電容器；二是下調(diào)變壓器分接頭降壓，再投電容器。類似的情況還有可能出現(xiàn)在10區(qū)。

當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在圖中的11區(qū)時(shí)，由于它接近無功下限區(qū)，根據(jù)該區(qū)的傳統(tǒng)控制規(guī)則“調(diào)變壓器分接頭降壓”，則也有可能出現(xiàn)在圖中所描述的三種結(jié)果。結(jié)果④是運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入了0區(qū)，說明這次控制成功。結(jié)果⑤和結(jié)果⑥是運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入7區(qū)或8區(qū)，它又會(huì)引起變壓器分接頭下調(diào)或切除電容器。因此在11區(qū)內(nèi)也有兩種控制方式：一是直接調(diào)變壓器分接頭降壓；二是先切電容器使運(yùn)行點(diǎn)原理無功下限，若電壓還是越上限則再調(diào)變壓器分接頭降壓。類似的情況還有可能出現(xiàn)在12區(qū)。

因此，電力系統(tǒng)運(yùn)行在9，10，11，12區(qū)時(shí)，應(yīng)該考慮采用哪種控制方式以最小次數(shù)的動(dòng)作達(dá)到預(yù)期效果。由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)電壓、有功負(fù)荷和無功負(fù)荷之間的關(guān)系存在隨機(jī)性、非線性的特點(diǎn)，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性逼近能力、聯(lián)想記憶能力功能，在九區(qū)圖的9，10，11，12區(qū)預(yù)測(cè)變壓器分接頭調(diào)節(jié)或電容器投切后的變壓無功，決定采用何種控制方式，以得到最佳控制效果。在除9～12區(qū)的其他區(qū)域內(nèi)可采用傳統(tǒng)的控制策略。這種結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的九區(qū)圖法控制策略，能夠在保證電壓合格率有線、無功功率基本平衡的原則下，盡量減少調(diào)節(jié)投切設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)。

5 小結(jié)

基于九區(qū)圖和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的策略依據(jù)給定合理的電壓無功功率上下限值和比較準(zhǔn)確的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)，能得到極好的控制效果，既考慮了對(duì)受控變壓器目標(biāo)側(cè)母線電壓和高壓側(cè)無功功率的最優(yōu)變化曲線的跟蹤，又估計(jì)了減少變壓器分接頭動(dòng)作次數(shù)的要求。

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自動(dòng)化碩士論文范文第5篇

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(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、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)定性，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)。隨著越來越多的PLC產(chǎn)品與IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)兼容，PLC控制系統(tǒng)越來越開放，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)過驗(yàn)證后最終應(yīng)用到工業(yè)過程控制中去。

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，且封閉性較強(qiáng)，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(jìn)算法實(shí)現(xiàn)技術(shù)，對(duì)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(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，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(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)過程中，這類回路仍占總回路80%-90%.這是因?yàn)镻ID控制算法是對(duì)人的簡單而有效操作的總結(jié)和模仿，足以維護(hù)一般過程的平穩(wěn)操作與運(yùn)行，而且這類算法簡單且應(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程和不同的要求[4}0 50年代開始，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(qiáng)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(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本等有關(guān)指標(biāo)。隨著過程工業(yè)日益走向大型化、連續(xù)化，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的品質(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(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)過程的復(fù)雜性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)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，強(qiáng)大的計(jì)算能力可以用來求解過去認(rèn)為是無法求解的問題，這一切都孕育著過程控制領(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(yīng)用最成功，也最有前途的先進(jìn)控制策略。近年來，人工智能技術(shù)有了長足的長進(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)可望在過程故障診斷、監(jiān)督控制、檢測(cè)儀表和控制回路有效性檢驗(yàn)中獲得成功應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可以為復(fù)雜的非線性過程的建模提供有效的方法，進(jìn)而可用于過程軟測(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)確定性和不確定性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)雜性和計(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)。國外發(fā)達(dá)國家?guī)缀跛衅髽I(yè)都采用了DCS系統(tǒng)或其它智能化設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制，并在此基礎(chǔ)上通過實(shí)施先進(jìn)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(jìn)控制的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的硬件和軟件平臺(tái)。國外從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)控制并沒有在PLG平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。然而，在過程工業(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。

3、參考文獻(xiàn)。

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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)容及工作簡述

1. 3國內(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 . 2 PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

1.3 . 3 PLC基本控制方法

1. 3. 4 PLC模糊控制器

I. 3. 5 PLC預(yù)測(cè)控制算法

第二章SIMATIC S7-300 PLC及STEP7系統(tǒng)

2.1 SIMATIC 57-300 PLC系統(tǒng)

2.1.1 S7-300 PLC

2.1.2 S7-300 PLC控制系統(tǒng)

2.2 STEP7系統(tǒng)

2.2.1 STEP7功能及結(jié)構(gòu)

2.2.2組態(tài)環(huán)境及編程語言

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)

3.2 PLC模糊控制器設(shè)計(jì)

3.2.1 PLC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)

3.2.3 STEP7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

3.2.4 PLC模糊控制器的仿真驗(yàn)證

3.2.4.1仿真系統(tǒng)的建立

3.2.4.2仿真結(jié)果驗(yàn)證

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

4.2 PLC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)控制器的仿真驗(yàn)證

4.3.1仿真模型的建立

4.3.2仿真結(jié)果分析比較

第五章基于PLC的空調(diào)性能檢測(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工藝過程簡述

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監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)

5.4 57-300 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.4.1硬件系統(tǒng)組態(tài)

5.4.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

5、論文的理論依據(jù)、研究方法、研究內(nèi)容。

目前，PLC的應(yīng)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(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內(nèi)容。

工業(yè)過程的復(fù)雜性以及對(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)語言(如梯形圖)，所以，給在PLC上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)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(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S7-300 PLC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)。

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

第二章介紹了SIMATIC S7-300 PLC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)過程仿真系統(tǒng)，對(duì)PLC模糊控制器進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

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)成仿真控制系統(tǒng)，與PID控制進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證PLC預(yù)測(cè)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(diào)性能檢測(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、監(jiān)控系統(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)際過程中，通過實(shí)踐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題以便不斷改進(jìn)和提高。

2. PLC預(yù)測(cè)控制器目前只應(yīng)用了簡單的單值廣義預(yù)測(cè)算法，有其自身的局限性，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可以改善控制器性能，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)過程對(duì)象仿真模塊，給出基于PLC建立仿真系統(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，保證系統(tǒng)的可靠性。

7、預(yù)期的結(jié)果。

1.通過對(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.基于PLC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)性。在可靠性方面，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57-300 PLC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，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)性，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)過程系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明：PLC單值廣義預(yù)測(cè)控制器保持了預(yù)測(cè)控制的性能，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