控制设计论文范例

1工艺流程

该系统每条生产线由立式上料机、高速除磷机、多道被动轧机、主动轧机、辊缝调整、在线质量检测、中频退火、废钢剪切装置、夹送装置、吐丝机、输送辊道、集卷站组成。三条生产线配合地辊运输机、上料机液压站、轧机稀油站、集卷站液压站、卸卷站液压站以及打包机组成系统。热轧光圆盘条通过立式上料机进入高速除磷机去除表面氧化皮，然后进入被动轧机，由主动轧机带动将钢筋压扁，主动轧机将钢筋轧出花纹，通过辊缝调整调节压轧量。轧出花纹的钢筋进中频退火装置对钢筋加热退火，通过废钢剪切装置将不合格的废钢碎断处理，成品钢筋经夹送装置送入吐丝机。吐出的盘圆钢筋经输送辊道冷却后送入集卷站收集，成卷后的钢筋经地辊运输机送至打包机打包，最后经卸卷站送出系统运至仓库。

2控制系统

2.1系统组网

考虑到生产系统的稳定性以及中频退火干扰等因素，我们选择了市场上技术比较成熟应用较广的西门子系统。生产线CPU采用S7-317-2PN，地辊运输机和各个液压站采用S7-315-2PN，稀油站采用S7-312C+以太网模块，这样所有的设备均能通过以太网连接至中控室交换机，通过中控室工程师站调试设备更改程序，通过操作员站远程操作设备，查询各个设备的工作状态、故障内容等信息。在线测径仪采用天津兆瑞公司的最新产品，通过以太网通信，能够实时显示钢筋的基圆尺寸、纵肋高度等信息，为在线质量检测提供了可靠保证，也为在线质量自动调整提供了前提。所有设备通过工业以太网连接至主操作室交换机，实现实时监控与数据交换。

2.2生产线主站与远程IO组态

生产线CPU采用S7-317-2PN，按照距离远近将设备分成7个从站，采用ET200S和ET200M的远程IO，所有站通过工业以太网与主站CPU连接，7个从站分别是上料机站、轧机站、飞剪吐丝辊道站、集卷站、中频1站、中频2站和中频3站。在需要操作和监控的地方设置了触摸屏，采用西门子的MP277触摸屏，通过以太网与主站PLC通信。

1系统的结构及工作原理

系统由上位机和下位机组成。其中，上位机安装了组态软件服务器，负责接收发回来的数据和发送相应的命令;下位机由网关和节点组成。其中，节点是由电源模块、ZigBee模块、传感器、太阳能板、电磁阀等部分组成。在稻田池块处放置节点，根据水稻生长时期和土壤状况确定传感器埋设深度，实时监测池块变化。设计时，在池块中布置8个节点，网关与节点中采用ZigBee树状网络通讯，网关与上位机采用GPRS通讯，系统网关和节点都通过太阳能板供电。节点实时采集传感器的数值，经ZigBee传输到网关，数据实时显示在组态屏上，网关将数据融合后由GPRS传送到上位机。上位机软件接收并处理数据，根据相应的预设参数和采集回来的参数，会自动控制电磁阀启停功能。同时，网关还可以监测电池电量的参数，并传送至上位机。

2系统设计

2．1网关控制芯片的设计

STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍;内部集成了MAX810专用复位电路、2路PWM、8路高速10位A/D转换(250K/s)，针对电机控制，适用于强干扰场合。

2．2节点驱动电路的设计

采用驱动继电器控制电磁阀的方式。为了提高系统的可靠性，采用5V继电器。继电器使用ULN2803驱动，ULN2803使用5V供电，STV12C5A60S2的输出信号经74HC14传输到ULN2803。

1设计原理

在温度控制过程中，单一的定值开关控制方式会产生较大的温度迟滞现象，对于加热箱等干燥设备的干燥效果差、干燥品质低;但是在普通的干燥设备中，单纯采用PID控制方式会使控制系统变得复杂，对于硬件的要求程度高，在持续高温环境下精度也随之降低，故障率高。为了解决这一问题，本文设计一种单片机温度控制系统，该系统使用两种功率大小不同的加热方式。加热元件使用红外加热管，功率大的加热管起主要的加热作用，正常工作时处于启动状态。功率较小的加热管起辅助加热作用，在测量温度高于目标温度时立即停止加热，当温度低于目标温度时开启加热;但当温度高于目标温度上限一定值时，主加热管也停止工作，同时引风机开启，辅助降温。对于一般的电加热干燥设备而言，此方案能够满足实际生产的需要，并且温度延迟效果低，节能效果显著。

2系统硬件电路设计

2．1系统主结构设计

该温度控制系统由主控制系统、温度采集模块、温度显示模块、温度动态控制系统、报警模块和按键控制系统组成。

2．2单片机主控系统

作为温度控制系统的核心部分，单片机承载着对温度信息的处理、按键的扫描识别、温度动态控制系统的协调、输出显示温度和报警的任务。本文采用的AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。其内部有8k字节可重擦写Flash闪存，成本低廉，兼容MCS－51系列的所有指令，程序语言丰富;与AT89C51相比，存储空间更大，中断源更多，方便后期其他模块的添加;技术成熟，因此在自动控制等领域被广泛采用。AT89C52单片机主控制系统与其他模块连接原理图如图2所示。P1．0～P1．4口为键盘输入端口，通过对应按键对目标温度的上下限进行设定。数字温度传感器总线与单片机的P1．7口相接，经过单片机处理之后，测得的温度输出至P0口，通过LCD1602显示出来。温度动态控制信号通过单片机P2．4～P2．6口传输。加热管和散热风扇采用的是220V的交流电，温度控制口接相应控制电路的继电器，通过继电器控制加热、散热部分的工作。

1系统结构设计

系统以MSP430F2616微控制器为核心，这款单片机有良好的低功耗性能，适宜开发家用电子产品。当系统上电运行后，WSN节点会通过湿度测量模块对当前湿度进行采集，湿度测量模块选用HS1101湿敏电容与NE555构成多谐振荡器，以此将空气湿度变化转变为电容值的变化，单片机通过采集多谐振荡脉冲频率，可得到湿度值。STC12C5A50S2单片机获得湿度值后，通过NRF24L01传递给主控单片机并显示于TFT液晶，用户可通过按键（“加湿开”、“加湿关”、“干燥开”、“干燥关”“、复位”）进行人机交互。湿度数据与预设湿度范围相比较，若超出范围，MCU可通过控制继电器来驱动加湿与抽湿执行机构。此外，主控系统拥有华为GTM900-CGSM通信模块，支持短信查询功能，用户可借由手机软件平台对湿度进行查询与控制现信息的远距离传输与闭环控制。为满足系统供电需要，选用220V-12V电源适配器进行供电输入，作为加湿器，抽湿器电源；开关集成稳压芯片LM2596输出5V为单片机、NRF24L01模块、TFT液晶逻辑供电；线性稳压元件LM1117稳压输出3.3V为无线主接收模块、TFT液晶背光供电。

2系统软件设计

主程序开始，先初始化各个模块，然后等待命令，若有命令则判断是控制命令还是查询命令，若为查询命令，则向客户端发送信息，若为控制命令，执行控制动作；若无控制命令，判断无线接收数据，若有则做数据处理，若无则数据更新显示，并返回等待命令。

3实验测试及分析

3.1测试方案

系统测试采用先模块单独调试再系统联调的方法。①测试电源模块的输出，得到功率，电压电流信息。②硬件仿真测试单片机，测试液晶显示是否正常。③湿度传感器测试湿度是否采集值成正比，同时测试加湿干燥机构在供电正常情况下能否正常工作。④用PC机的串口调试和GSM模块之间串行通信。⑤整机系统连接好，重复以上步骤，测试数据接收。通过以上测试，可判断整机运行是否正常。

一、基于“工作过程”法的设计理念

（一）基于工作过程，构建课程设计体系

通过钢铁企业调研、专家座谈和毕业生调查等方法，确定材料成型及控制工程专业培养的目标岗位，确定各个岗位的代表性工作任务，然后分析每个岗位的典型工作任务，根据工作任务提炼为行动领域，按照教育教学方法将行动领域转化为学习领域，再转化为该学习领域课程。

（二）多方参与，提高教学质量

在课程设计资源整合时，与中冶赛迪、重钢股份有限公司等单位的行业专家、校外兼职教师进行沟通、协商，共同确立改革方案。校内专业教师主要负责调研资料的整理、课程理论基础的搜集论证，以及协调校内外教师的工作。行业专家主要负责学生的现场实践工作，并指导校内教师，确保课程设计体系的准确性。校外教师有选择地参与课程的教学过程，提供相关的实践案例。在课程设计的实施过程中，坚持行业专家、校内专业教师和校外兼职教师的多元化教学，改善教学效果，提高教学质量。

（三）采用任务驱动，重点培养实践能力

按照教学大纲的要求确定课程设计教学内容，课程设计的内容要体现项目导向任务驱动的教学理念。具体做法是根据教学大纲设计学习情境，在各种学习情境下分解具体任务。如加热炉课程设计，其典型任务是熟练掌握加热工艺要求，并对加热生产过程进行控制，根据该典型任务确定加热炉设计的下分任务，包括燃料燃烧计算、炉子的热工制度（包括炉温制度、供热制度、炉压制度及钢种的加热工艺制度）和炉膛主要尺寸的确定、炉膛热交换和金属加热时间计算、炉体结构及烟囱等辅助设备的设计，在具体的设计过程中只需进行下分任务的设计即可。

1包衣机基本结构及工作过程

BY－150型种子包衣机是一种智能化的种子精细加工包衣处理设备，主要由种子定量供给组件、定量加液组件、定量加粉组件及电气控制系统等部分组成。精确控制供种量、进液量和进粉量三者的比例是包衣流程的关键。设备开启时对种子进行质量设定，然后打开进料门，将种子加入称重桶内;在称重操作完成后，打开下料门，种子进入混合桶中;加液管依次打开液阀、气阀，将药液定量注入到混合桶内，同时包衣药粉在推进螺杆机构的控制下进行定量加粉;经过一定时间的搅拌混合后，打开出料门，将处理后的种子送出，完成整个包衣流程。在整个包衣流程中，通过称重桶内的高精度称重传感器对供种量进行检测;通过加液管内的液位传感器对进液量进行检测。各传感器在测点处输出的信号量可作为包衣流程中各动作开启和完成的标志，保证包衣流程的有序进行。通过定时器控制匀速旋转的加粉电机，即可实现药粉投放的定量控制。

2检测控制系统硬件设计

2．1系统总体结构

综合包衣机的工作流程，整个检测控制系统主要由包衣机控制主板、多传感器信号检测板、执行器控制板和液晶触摸屏构成

。多传感器信号检测板实现对称重传感器和液位传感器信号的采集;执行器控制板可实现对电机设备启停的开关量控制;用户通过液晶触摸屏进行包衣参数设置、包衣过程启停、包衣状态显示等操作。包衣机控制主板采用RS－485方式与多传感器信号检测板和执行器控制板进行通讯，采用RS－232方式与液晶触摸屏进行通讯。

2．2包衣机控制主板

1中央空调系统构成及工作原理

系统构成，以夏季空调制冷为例：通常中央空调的循环水系统关键是包括着两个水循环系统，也就是使用敞开式系统冷却水循环系统以及使用封闭式系统冷冻水循环系统，以及制冷机组和风机盘管与冷却塔。需要进行降温的房间之内会装设风机，这里的风机关键是进行冷空气吹入至房间，进而能够促使房间内热交换程度加快便于实现降温。工作原理，为了能够促使室内温度保持在一个非常舒适的范围之内，冬季的室内温度过低时中央空调体系会把循环热水送进风机盘管中，再将室外的低温空气进行循环经过风机盘管时，对应低温空气同样是和风机盘管铝片实行热交换来把风机盘管铝片热量传送于低温空气中，促使低温空气在进行加热之后送进房间之内，促使其室内温度得以有效升高；在夏季的室温过高时，中央空调系统就会运用水泵把经过制冷器主机所提供的冷冻水循环式送进风机盘管内，以便于在温度降低时风机盘管之内铝片及循环进的室外高温空气进行接触时能够展开热交换，最终将所得到的冷空气送进室内进行降温。

2基于LonWorks的中央空调智能控制系统

该空调机组所控制的相关现场总线系统工作原理是温湿度控制器测出温度以及湿度之后，再经过运算得到对应阀门调节输出，此时的输出是经过Lon网络送至对应智能阀处以产生阀门开度。智能阀数量以及空调系统结构有着极大的关联。开关量控制器是用在启停机组上的，以便于有效监测空调实时状态以及进行警报。

2.1系统硬件设计

关于智能阀门设计，相关智能阀门应该是直接连接于Lon网络之上的，并经过Lon总线接收其阀门的开度指令，此指令是以网络对应变量形式出现的。智能阀门关键硬件设计，从某种程度上来讲智能阀门是要求对应运算量和储存容量较少的，所以运用了神经元NeuronMC143120芯片和FTT-10A式的双绞线变压器耦合收发器，还有其电源是运用了LM2575式的降阶电压调节器芯片，其在进行滤波之后可以获得非常稳定的+5V电压，串行A/D转换器是使用TCL1549芯片，这样可以充分的满足于对应阀门开度有效控制精确度，继电器是使用了JGX-1F型式的固态继电器，该型号的继电器驱动能力较大且生命周期较长。

2.2温湿度控制程序软件有效实现

1切瓣挖核机的机械装置组成

1．1切瓣去核机构

切瓣去核机构主要是由气动提供给刀具动力，完成切瓣、旋核、去核动作。工作时，由主电机带动整个刀架的上下运动，此过程要求链板的横向运动与刀架的纵向运动能够准确配合，否则将损坏刀具。

1．2摆正机构

摆正机构是由单独的电机带动拨片将桃子摆放成特定的位置，为下一步切瓣去核做准备。

1．3上料机构

上料机构是由主电机通过连杆传递动力，上料机构顶部有一个滚动毛刷，对桃子起到清洗作用。