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汽车尾气净化催化剂生产过程自动控制系统设计

作　者: 黄德晟
导　师: 李建中
学　校: 江西理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 净化催化剂 PLC 工业以太网 PID控制
分类号: X734.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着燃油汽车迅速递增，汽车尾气排放引起污染越来越严重，因此治理汽车尾气污染问题已引起世界各国的高度重视。尾气的治理一般采用机内和机外净化两种方法，机内净化是治理的主要方面，普遍采用的方法是使用净化催化剂。新型净化催化剂是利用稀土为主要原料制造的，其常规配制是由人工操作完成的，对于原料的添加、温度控制及配制标准难以掌握，一般是根据经验值判断，以致经常出现加料不均匀、温度不稳定，从而造成产品的质量差别大、生产效率低以及人工作业劳动强度大等问题。为此，在汽车尾气净化催化剂生产过程实现自动化控制显得十分重要。本文对汽车尾气净化催化剂生产过程自动控制系统进行设计。通过分析国内外催化剂以及生产自动化的发展现状，提出了符合我国催化剂生产要求的自动化控制系统，本文完成的工作内容如下：1.系统PID控制设计。本文通过催化剂工艺的分析，对影响生产的流量和温度两个重要因素进行PID自整定控制，结合MATLAB软件对算法进行仿真得出流量和温度的控制曲线。2.系统硬件设计。采用研华工控机作为上位机，运行组态软件；西门子S7-300PLC作为下位机，以CPU314为PLC系统的核心，采用数字量和模拟量模块处理各种开关量和模拟量，CP343-1Lean通讯模块实现上位机与PLC通过工业以太网通信；现场设备包括了电磁流量、温度传感器、电磁阀等重要检测与执行机构；通过硬件的选择确定了其信号的分布点。3.系统软件设计。利用STEP7V5.4编程软件对硬件进行组态和程序编写，主要是对三个工序、流量和温度控制、模拟量处理程序进行编写；通过北京亚控的组态王6.52软件对人机界面的设计，实现对生产过程的设备状态和工艺参数进行监测、实现自动控制操作，还能实时的根据数据进行判断，发出报警信息；通过对PLC下载和PLC与组态王通讯的设置实现了通信联络。最后通过总结与展望得出采用西门子PLC与组态王软件构成的控制系统在催化剂生产中的应用效果良好。另外，随着控制技术及控制理论的发展，出现了较多的新PID控制算法及控制器，像模糊PID控制、自适应PID控制、智能PID控制等，使其在设计高质量、高可靠性的净化催化剂生产控制系统中应用，需要更多的人去努力。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 汽车尾气催化剂发展背景  9
  1.2 国内外发展状况  9-12
    1.2.1 催化剂发展状况  9-10
    1.2.2 催化剂生产自动化状况  10-12
  1.3 本文的主要研究内容  12-14
第二章 催化剂生产工艺及控制方案设计  14-19
  2.1 生产工艺流程  14-15
  2.2 控制方案设计  15-18
    2.2.1 过程检测与控制功能  15-17
    2.2.2 控制系统内容及要求  17
    2.2.3 控制系统结构  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第三章 催化剂生产过程的PID控制  19-33
  3.1 PID控制介绍  19-20
  3.2 PID控制总体设计  20-21
  3.3 PID控制器设计  21-22
  3.4 流量的PID控制  22-28
    3.4.1 流量数据采样  23-26
    3.4.2 PID参数整定  26-27
    3.4.3 系统仿真  27-28
  3.5 温度的PID控制  28-32
    3.5.1 温度数据采集  29-30
    3.5.2 PID参数整定  30-31
    3.5.3 系统仿真  31-32
  3.6 本章小结  32-33
第四章 催化剂生产控制系统硬件设计  33-40
  4.1 控制系统硬件结构  33
  4.2 上位计算机选型  33-34
  4.3 PLC系统硬件结构  34-36
  4.4 现场硬件设备  36-37
  4.5 控制系统硬件接线  37-39
  4.6 本章小结  39-40
第五章 催化剂生产控制系统软件设计  40-62
  5.1 PLC软件控制设计  40-43
    5.1.1 STEP7软件  40
    5.1.2 PLC硬件组态  40-42
    5.1.3 变量地址分配  42-43
  5.2 PLC控制系统程序设计  43-51
    5.2.1 PLC控制程序结构  43-44
    5.2.2 控制系统程序要求  44-45
    5.2.3 控制系统主程序  45-48
    5.2.4 系统模拟量处理  48-49
    5.2.5 流量和温度的控制  49-51
  5.3 控制系统界面设计  51-59
    5.3.1 监控软件介绍  51-52
    5.3.2 系统组态的总体设计过程  52
    5.3.3 系统数据库建立  52-54
    5.3.4 系统组态王的界面应用  54-59
  5.4 控制系统的通信  59-61
    5.4.1 控制系统程序的下载  59-60
    5.4.2 控制系统的通讯连接  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章 结论与展望  62-63
  6.1 结论  62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
附录  66-87
在学期间发表的学术论文与研究成果  87

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 交通运输业废物处理与综合利用 > 公路 > 汽车
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