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電氣工程專業(yè)畢業(yè)論文開題報告
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設(shè)計(論文)題目： 基于PLC及WinCC的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述
文 獻(xiàn) 綜 述
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，鍋爐的應(yīng)用更加廣泛，鍋爐變成國民經(jīng)濟(jì)中重要的熱能供應(yīng)設(shè)備，電力、機械、冶 金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè) ，以及工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質(zhì)(中間載熱體)加熱到一定參數(shù)的設(shè)備。應(yīng)用于加熱水使之轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝腻仩t稱為蒸汽發(fā)生器。
鍋爐，主要是鍋與爐兩大部分的組合。燃料在爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?高溫燃燒產(chǎn)物—煙氣則通過受熱面將熱量傳遞給鍋內(nèi)的工質(zhì)，如水等，水被加熱—沸騰—汽化，產(chǎn)生蒸汽。鍋的基本構(gòu)造包括鍋筒(又叫汽包)、對流管束、水冷壁、上下集箱和下降管等組成一個封閉的汽水系統(tǒng)。爐，對于鏈條爐排鍋爐來說，包括煤斗、爐排、除渣機、送風(fēng)裝置等;對于室燃爐來說，爐包括燃燒設(shè)備等。此外，為了保證鍋爐的正常工作和安全運行，蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥、水位表、高低水位報警器、壓力表、主汽閥、排污閥、止回閥等。
目前我國鍋爐使用數(shù)量很大, 煤炭消耗約占我國原煤產(chǎn)量的三分之一左右。原煤產(chǎn)量的三分之一左右。絕大多數(shù)鍋爐的熱效率較低，一般在60%-70%，和國外相比熱效率差距較大， 而且對環(huán)境污染也較嚴(yán)重。如果采用鍋爐的自控系，例如集散控制系統(tǒng)即DCS系統(tǒng)和以PLC為核心的控制系統(tǒng)等代替常規(guī)儀表或人工監(jiān)控操作方式，可以提高鍋爐的熱效率，減少工人的勞動強度，節(jié)約能源，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可為一舉多得。
一、課題研究背景
1、PLC的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢
PLC可編程邏輯控制器，又稱可編程控制器，有過多種定義。可以看作是一種經(jīng)過特殊設(shè)計的工業(yè)計算機，整個的設(shè)計原則就是簡單與實用。
PLC的發(fā)展也是與計算機技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程控制器的發(fā)展。從控制功能來看，
可編程控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了4個階段：
第一 初級階段：從第一臺PLC問世到20世紀(jì)70年代中期
由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，主要功能是邏輯運算和計時、計數(shù)功能。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。第一階段就采用了梯形圖語言作為編程方式，盡管有些枯燥，但卻形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。
第二 擴(kuò)展階段：從20世紀(jì)70年代中期到70年代末期
這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展。擴(kuò)展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)
比較和運算、模擬量的運算等功能。
第三 通信階段：20世紀(jì)70年代末期到80年代中期
這一階段產(chǎn)品與計算機通信的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。但是，由于各制造商各自為政，通信系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范。
第四 開放階段：從20世紀(jì)80年代中期開始
由于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型OSI，使PLC在開放功能上有較大發(fā)展。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶得益。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500等。
目前PLC正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，進(jìn)一步由于其配置靈活方便， 能適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境， 抗干擾能力強， 可靠性高， 編程語言易懂易學(xué)， 面向生產(chǎn)過程， 適合工程技術(shù)人員直接使用。
2、WinCC的基本知識
WinCC 是Windows Control Center 的縮寫，中文譯為視窗控制中心。它是由Siemens 公司和Microsoft 公司共同開發(fā), 控制精度高，快速性好，適用范圍廣，擴(kuò)展性強，能兼容不同廠家PLC，具備友好界面、動態(tài)可視化的特點。在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制人物的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)，提供了圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實用性。
3、鍋爐的發(fā)展?fàn)顩r及其技術(shù)要求
鍋爐由一系列設(shè)備組成，期中分為鍋爐本體和輔助設(shè)備兩類。通常我們所說的“鍋爐”一般是指鍋爐本體，主要是指爐筒、機箱受熱面及其間的整體，鍋爐本體也稱鍋爐的重要部件;而“鍋爐機組”是指由鍋爐本體及配合鍋爐本體工作的其他設(shè)備或機械構(gòu)成的成套裝置。目前由于許多鍋爐的爐齡較長，采用的老的指針式儀表控制，不僅外觀不美觀，控制精度更不言而喻了。導(dǎo)致這些工業(yè)鍋爐一直處于能耗高、浪費大，環(huán)境污染大，品質(zhì)低下的生產(chǎn)狀態(tài)。許多企業(yè)都希望能改變這種現(xiàn)狀。鍋爐控制系統(tǒng)采用計算機控制后，不僅可以節(jié)能，還具有減少污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高自動化水平，改善勞動條件等優(yōu)點。鍋爐節(jié)能控制組要是采用控制技術(shù)，特別是采用計算機控制系統(tǒng)。采用西門子S7-300和WinCC對鍋爐進(jìn)行控制，從而提高燃燒效率、節(jié)能環(huán)保、減少煙氣對大氣的污染以確保對供熱鍋爐的安全可靠運行。
隨著工業(yè)鍋爐市場技術(shù)競爭的日趨激烈，鍋爐自動控制系統(tǒng)的好壞己成為決定鍋爐性能的重要砝碼。研究與開發(fā)功能完備、性能可靠的鍋爐自動控制系統(tǒng)，是適應(yīng)鍋爐生產(chǎn)發(fā)展的需要，并具有廣闊的發(fā)展前景與研究價值。采用西門子S7-300和WinCC對鍋
爐進(jìn)行控制，是為了提高燃燒效率、節(jié)能環(huán)保、減少煙氣對大氣的污染以確保對供熱鍋爐的安全可靠運行。
二、對課題的認(rèn)識
通過查閱與鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)資料，我了解到了鍋爐鍋爐的用途以及目前我國鍋爐技術(shù)的狀況，鍋爐是化工、發(fā)電、供熱、煉油和制糖等工業(yè)及民用部門必不可少的重要的動力設(shè)備。隨隨著計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，鍋爐的控制系統(tǒng)和方式越來越引起人們的重視，而且對控制系統(tǒng)的要求越來越高，控制系統(tǒng)的水平已經(jīng)成為衡量鍋爐好壞的一個至關(guān)重要的指標(biāo)。鍋爐控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運行，傳統(tǒng)的鍋爐采用指針式儀表控制，不僅外觀差，而且控制分散，無數(shù)據(jù)記錄或需人工記錄。而且還凸顯了很多弊端：耗費大，控制精度低，容易導(dǎo)致安全事故，導(dǎo)致能源和資源的浪費嚴(yán)重，另外運行維護(hù)成本也高，勞動效率低下。
本次課題是基于PLC及WinCC的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，在自動化控制系統(tǒng)中這種控制方法是比較常見和比較有效的，系統(tǒng)主要是用西門子S7-300作為控制器來進(jìn)行控制，主要是對燃煤的鍋爐汽包水位、爐溫等因素進(jìn)行保護(hù)控制，根據(jù)因素的變化對系統(tǒng)進(jìn)行操作，利用PLC 的記錄、報警、分析及控制功能，對鍋爐溫度、壓力、汽包液位等參數(shù)進(jìn)行了測量、報警及自動調(diào)節(jié)，并對汽包液位超低、蒸汽壓力超高及出口水溫超高進(jìn)行了自動聯(lián)鎖保護(hù)，實現(xiàn)了對鍋爐運行狀態(tài)的全面監(jiān)控，確保了鍋爐設(shè)備的安全運行。
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑)
一、課題的研究目標(biāo)與內(nèi)容
1.課題的研究目標(biāo)
(1)以可編程控制器PLC為核心控制系統(tǒng)，對鍋爐溫度、壓力、流量、汽包液位等參數(shù)進(jìn)行控制。
(2)應(yīng)用WinCC 建立鍋爐運行的實時監(jiān)控畫面，并使監(jiān)控畫面根據(jù)現(xiàn)場實際情況動態(tài)顯示，闡述創(chuàng)建動態(tài)人機界面，實現(xiàn)過程監(jiān)控的具體步驟。
2.課題研究的主要內(nèi)容
本畢業(yè)設(shè)計重點研究了基于PLC及WinCC的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計主要涉及如何使用PLC控制器以及如何運用step7程序設(shè)計軟件進(jìn)行控制程序的編輯，選用西門子公司的S7-300PLC作為現(xiàn)場控制器，利用step7:進(jìn)行鍋爐運作程序編寫。同時采用與之配套的WINCC組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)工作，建立一個人機交換界面，并實現(xiàn)PLC和組態(tài)軟件之間通訊。通過使用遠(yuǎn)程計算機，實現(xiàn)對現(xiàn)場鍋爐運行情況的實時監(jiān)控和保護(hù)，并且記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
二、研究手段
1、通過對文獻(xiàn)的檢索查閱相關(guān)的技術(shù)資料，了解目前鍋爐自動控制的發(fā)展現(xiàn)狀，完成文獻(xiàn)綜述和相關(guān)外文資料的翻譯工作。
2、、熟悉信號檢測、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、組態(tài)軟件的應(yīng)用開發(fā)等方面的知識。
3本課題采用 PLC及WINCC組態(tài)軟件對鍋爐控制。選用西門子公司的S7-300PLC作為現(xiàn)場控制器，利用step7:進(jìn)行鍋爐運作程序編寫。應(yīng)用WinCC 建立鍋爐運行的實時監(jiān)控畫面。
三、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度表
2月21日～2月27日 準(zhǔn)備材料，開題答辯
2月28日～3月31日 PLC控制軟件設(shè)計
4月1日～4月30日 WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計
5月1日～5月14日 系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)
5月15日～5月28日 撰寫論文
5月29日～6月2日 打印論文
6月6日～6月10日 畢業(yè)答辯
主要參考文獻(xiàn)：
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11 胡學(xué)林.可編程控制器教程(基礎(chǔ)篇).北京:電子工業(yè)出版社,2003
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