摘要
换热站是供暖系统中重要的部分，与我们的工作和生活有着密切的关系，因此对它进行安全可靠地供电和完善的系统控制是必不可少的。本文首先简单介绍了换热站的供暖方式，主要介绍了换热站的弱点系统设计，这是换热站正常运行的先决条件，换热站的结构、换热站的工作原理以及系统构成并对控制方案作了详细介绍。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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目录
1.绪论 (2)
1.1 课题的提出背景及意义 (3)
1.2锅炉控制的国内外研究现状 (6)
1.3燃气汽暖锅炉的控制特点 ........................................................ 错误！未定义书签。
1.4本章小节 (6)
2.可编程控制器 (5)
2.1 可编程控制器概述 (5)
2.1.1可编程控制器背景及特点 (5)
2.1.2可编程控制器的结构 (5)
2.1.3可编程控制器的工作原理 ......................................................... 错误！未定义书签。
2.2 S7-200系列PLC简介 (12)
2.3 本章小结 (14)
3.燃气汽暖锅炉系统及方案提出 (25)
3.1 燃气汽暖锅炉系统分析 (25)
3.1.1 燃气汽暖锅炉的构成 (25)
3.1.2 燃气汽暖锅炉系统工作原理 (25)
3.2 燃气汽暖锅炉的自动控制系统 (26)
3.2.1 燃气汽暖锅炉控制系统组成 (26)
3.2.2 燃气汽暖锅炉系统的控制原理 (26)
3.3燃气汽暖锅炉控制系统的方案提出 (28)
3.3.1 控制系统方案选择 (28)
3.3.2 控制系统功能分析 (29)
3.3.3控制系统结构 (30)
3.4 本章小结 (30)
4.燃气汽暖锅炉控制系统总体方案设计 (31)
4.1控制系统硬件设计 (31)
4.1.1PLC机型选择 (31)
4.1.2传感器的选择 (32)
4.1.3触摸屏选择 (34)
4.1.4主电路设计 (34)
4.1.5控制电路设计 (34)
4.2 控制系统软件设计 (34)
4.2.1控制系统的软件流程图 (35)
4.2.2控制系统的PLC程序 (38)
4.3 本章小结 (38)
结论39
参考文献 (40)
致谢41
附录错误！未定义书签。
1.绪论
1.1 集中供暖的发展概述
集中供暖是在十九世纪末期，伴随经济的发展和科学技术的进步，在集中供暖技术的基础上发展起来的，它利用热水或蒸汽作为热媒，由集中的热源向一个城市或较大区域供应热能。集中供暖不仅为城市提供稳定、可靠的热源，改善人民生活，而且与传统的分散供热相比，能节约能源和减少污染，具有明显的经济效益和社会效益。
1.1.1 国外集中供暖发展概况
集中供暖方式始于1877年，当时在美国纽约，建立了第一个区域锅炉房向附近14家用户供热。20世纪初期，一些工业发达的国家，开始利用发电厂内汽轮机的排气，供给生产和生活用热，其后逐渐成为现代化的热电厂。在上世纪中，特别是二次世界大战以后，西方一些发达国家的城镇集中供暖事业得到迅速发展。
原苏联和东欧国家的集中供暖事业长期以来是实行以积极发展热电厂为主的发展政策。原苏联集中供暖规模，居世界首位。1980年原苏联热电厂的总装机容量为9600万KW。国工业与民用的年总供热两中，70%由集中供暖方式提供。全国热电厂总年供暖量约为55亿GJ。莫斯科的集中供暖系统是世界上规模最大的供暖系统。据1980年资料，市区有14座热电厂，供暖机组78台，总容量为585万千瓦，供暖能力达45200GJ/h。热网干线长达3000多千米向500多个工业企业和四万多座建筑供暖，其城市集中供暖普及率接近100%。
地处寒冷气候的北欧国家，如瑞典、丹麦、芬兰等国家，在第二次世界大战以后集中供暖事业发展迅速，城市集中供暖普及率都较高。据1982年资料，如瑞典首都斯德哥尔摩市，集中供暖普及率为35%；丹麦集中供暖系统遍及全国城镇，向全国1/3以上的居民供暖和热水供应。
第二次世界大战后德国在废墟中进行重建工作，为发展集中供暖提供了有力的条件。目前除柏林、汉堡、慕尼黑等城市已有规模较大的集中供暖系统外，在鲁尔地区和莱茵河下游，还建立了联结几个城市的城际供暖系统。
在一些工业发达较早的国家中，如美、英、法等国家，早期多以锅炉房供暖来发展集中供暖事业，锅炉房供暖占较大比例。不过这些国家已非常重视发展热电联产的集中供暖方式。
1.1.2 国内集中供暖发展概况
我国早在远古时期，就有钻木取火的床说，西安半坡村挖掘出土的新石器时代仰韶文化时期的房屋中，就发现有长方形的灶坑，屋顶有小孔用以排烟，还有双联造型的火炕，而这些利用烟气供暖的方式，如火炉、火炕灯在我国北方农村还被广泛使用着
在旧中国，只有在大城市位数很少的建筑中，装设了集中式供暖系统，被视为高贵的建筑设备。在工厂中，对生产工艺用热，多只装设简陋的供暖设备，供暖事业基础非常薄弱。
我国城市集中供暖真正起步是在50年代开始的，党的十一届三中全会以后，特别是国务院1986年下发《关于加强城市集中供热管理工作的报告》，对我国的集中供暖事业的发展起到了极大的推动作用。1992年，全国有117个城市建设了集中供暖措施，供暖面积达到21262平方米，“三北”地区集中供暖普及率达到12%，1993年，全国有158个城市建设了集中供暖措施，供暖面积达到32832平方米，“三北”地区集中供暖普及率达到18%。到1996年，我国已有286个城市建设了集中供暖系统，供暖面积达到73400万平方米，“三北”地区集中供暖普及率达到26%。尤其近几年，随着国民经济的增长和生活水平的提高，越来越多的城市建设了集中供暖系统。
虽然我国这些年来集中供暖事业取得了迅速发展，但是和国外相比，我国目前采暖系统相当落后，具体体现在供暖质量差，即室温冷热不均，系统效率低下，不仅多耗成倍能量，而且用户不能自行调节室温。当前采暖收费大多按照面积计算，无助于用户节能意识，以至于出现一些不正常现象。如室温过高开窗，室温过低投诉，使得设计人员及业主尽量加大供热量，造成效率低、高能耗的重复浪费。我国能源紧缺，而采暖用能十分浪费。据资料显示，我国住宅建筑采暖能耗总消耗9。6%，采暖能耗不仅造成资源浪费，而且是大气污染的一个重要因素。
在功能上，发达国家通常室内温度保持22摄氏度，我国仅为16摄氏度，而且我国的供暖质量很差，室温冷热不均，系统热效率低下，大多数地方没有采取按户计费，用户也不能自行设定和调节室温等等。我国城市集中供暖目前存在的能源浪费主要来源与：建筑的保暖隔热和气密性能差；采暖系统相当落后。造成结果是：低效率，我国供暖采暖系统普遍存在低负荷、低效率运行，实际供暖面积平均只有设备能力的40%左右。管网输送效率低，管道泄漏和偷水现象严重；缺乏控制手段：我国供暖系统只有简单的调节手段，水力水平失调、垂直失调严重：没有恒温装置，供热不足和过度时，没有有效的调节手段；缺乏计量手段：采暖系统一般不设热表，没有计量收费造成用户不会主动去节能，没有计量也造成了管理运行人员没有具体数量上的依据来运行管理。换热站的发展为改变了之前供热系统的众多缺陷。
1.2换热站的简介及运行现状
换热站与锅炉房是根本不同的。锅炉房是用燃料把水（或其他介质）加热到具有一定参数的地方；而换热站是为了把锅炉房生产的高温热水（高于100C）转换成能够直接给用户供热的热水（低于100C）。锅炉房是生产地，其主要设备有：锅炉、鼓风机、引风机、循环泵、和各种辅助设备（上煤机，除渣机）等，其中锅炉是主体。而换热站是个中转站，现在换热站的主要换热方式有：换热板、混水等。说白了换热站
就像一个大的过水热，唯一不同的是它很大.它们都属于供热系统的一部分，又各自具有不同的功能。其工艺流程是：锅炉房——（高温热水）——换热站——（低温热水）——用户——（低温热水）——换热站——（低温热水）——锅炉房通常换热站内部设备可分为两个部分，即采暖系统和民用生活系统，目前我国换热站大部分没有民用热水设施。今后随着国民经济的发展，人民生活水平的提高在换热站内应该普及生活热水系统，来提高集中供暖的效益。换热站的主要设备有：离心水泵、汽-水换热器、热水储水箱、过滤器、补水泵调节阀热媒参数调节和检测仪表、防止用户热水供应装置生锈和结垢的设备等。换热站内还安装有热量表以及调节供热量的自动调节装置。但是目前来说大部分换热站还不能实现全自动化无人值守，大部分缺乏控制手段，耗能严重造成资源的许多不必要的浪费。
1.3课题的来源及意义
随着国民经济的不断发展，人们对供暖质量的需求也在逐步提高。在传统供热模式下，为满足供热需求，换热站内设备运行参数多为人工调节，随着室外温度及热负荷的不断改变，不断的人工调节二次供水温度以保证用户室内能够维持恒定的温度。在这种情况下，人工手动调节必然存在着较大偏差，只能够根据经验达到粗调节，不能够居民对室内温度恒定。为了改变这一情况，多年以来供热行业一直在探讨开发能充分适应热负荷不断变化的细调节运行方式，以适应热负荷变化较大、调节频率较高对系统平衡能力的需求，满足热用户的合理需求，达到经济运行目的。
目前，由微机监控换热站从技术上满足了这种需求，其原理是通过变送器远程采集系统运行数据，经有线或者无线方式将信号传递到控制中心进行中央监控，同时将控制信号以组态模式实时反馈，控制电控执行机构进行系统调节，实现对二次供、回水温度的合理控制和处理突发事故。无人值守换热站具有以下特点：运行人员少，人员培训时间段，界面人格化，且能只管的监控换热站的运行情况；可以科学的根据天气情况及负荷变化通过适时反馈自动进行蒸汽流量细调节，降低直接成本；既可以循环监控各换热站的运行参数，又能抽调某个换热站的运行状态，保证了系统监控实时性；可以设定系统临界参数，系统异常时在控制中心实现报警，在必要时能及时的将控制信号自动反馈到电动执行机构，处理突然事故，保证了系统的安全性。
从理论上，通过计算机技术、PLC、传感器数据通讯技术和测控技术，需做到换热站在整个运行期间无需人员巡视时可行的，但是相应的硬件设施投入相对过大。因此从企业经济效益角度出发，应以远程监控影像安全运行参数为主，辅以人员巡查，达到无人值守的目的。本课题来源于平安小区换热站的控制与技术，如何随时了解换热站的工作情况和有关信息，并根据这些信息和室外温度对换热站进行及时调控，使供暖系统始终在一个最佳工况下运行，从而获得良好的经济效益和社会效益，这就是本课题的研究目的所在。
1.4课题研究所要实现的控制功能
本课题包括以下基本控制功能：
1.运行参数检测功能
该热交换站主要监测内容有一次热媒侧供回水温度、二次热水流量、二次供回水温度、供回水压差、室内外温度、供热水泵工作、故障及手动/自动转换状态等。并进行信号处理后在彩色显示器上显示，同时还显示运行模拟图、主要工艺参数的变化曲线等画面。
2.控制功能
（1）供水温度的自动控制：根据装设在热水出水管处的温度传感器检测的温度值与设定值的偏差，自动调节二次侧供热水泵的频率，实现水泵的变频调节。实际使用中当高温水侧流量变化时，出口温度就降低，用一般反馈由于存在较大的惯性滞后可能使供水温度产生较大的动态偏差，为此在系统中应加入流量前馈补偿信号。
（2）供回水压差控制：测量供回水压差控制其旁通阀的开度，以维持压差设定值；
（3）当供热泵停止运行时，一次热媒电动调节阀自动关闭；
3.报警功能：系统将对运行参数越限、运行故障和设备故障报警并发出相应的报警信号。
4．丰富的实时管理功能：操作人员可方便地在线修改各受控输出的设定值、越限报警值和故障报警值。维修人员可方便地调整内部参数，使之适应系统的大幅度调整，如更换仪表、执行机构等。具有各种不同的显示画面，可定时和随机打印生产运行日报表、月报表等统计报表。
1.5本章小节
通过前面对集中供暖系统现状、目前换热站运行情况和对本课题的分析介绍可知，换热站集中供暖已经普及但大多数还是存在着控制手段过于简单，耗能严重等问题，“节能”已经成为时下最流行的话题，如何实现节能控制是本课题所要研究的重点问题。本课题主要是用PLC实现换热站的底层控制。
换热站的PLC控制系统主要由可编程控制器（PLC）、人机界面（HMI）、各种传感器等组成。在该控制系统中，各种传感器变送器将检测到的参数（供水温度、压力、流量等）传送给PLC，经PLC处理后，通过变频器控制循环泵、补水泵，控制电动调节阀从而实现换热站的自动控制。PLC是换热站控制系统的核心环节。
2.可编程控制器概述
2.1 可编程控制器的定义及发展
2.1.1可编程控制器的定义
可编程控制器简称PLC，是一种专为工业环境而设计的数字运算操作的电子系统。它采用了可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算功能，用来对各种机械和生产过程进行控制。
应该强调的是，PLC与以往所讲的机械式的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，所以能灵活地修改程序，即它是用软件方式来实现“可编程”的目的。2.1.2可编程控制器的产生及发展
1969年，在美国出现了第一台可编程控制器。初期的PLC只是用于逻辑控制场合，仅仅代替了传统的继电器控制系统。70年代初，随着大规模集成电路的产生与发展，PLC采用微处理器为核心，功能得到增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高，功能进一步增强，处理速度大大提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、硬件功能。PLC在编程语言、控制功能、人机接口和网络通信等方面与工业计算机已不相上下。至今PLC已渐渐成为工业控制领域的主流计算机。
经过40年的发展，现在已经成为工业控制的三大支柱（PLC、工业机器人和CAD/CAM）之一。长期以来，PLC在工业自动化控制而发挥着巨大作用，为各种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应用。这主要是源于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合当前自动化工业企业的需要。
2.2 可编程控制器的结构及特点
2.2.1可编程控制器的结构
不同种类的可编程控制器结构多种多样，但其一般结构基本相同，都是以微处理器为核心，连接各种外围扩展电路。整体式结构PLC通常由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出单元(I/O)、电源、扩展接口和通信接口等几部分构成。可编程控制器结构图如图2-1所示。
图2-1 PLC 结构图
1. 中央处理单元
CPU 作为PLC 的核心，发挥着类似人类大脑的作用。CPU 一般由控制器、运算器和寄存器组成，还包括必要的控制接口电路，这些电路被封装在一个芯片上。微处理器是可编程控制器的运算控制中心，由它实现逻辑运算、数学运算，协调控制协调内部各部分的工作。其主要任务有以下几个。
（1）控制接收与存储用户的程序和数据；
（2）用扫描的方式通过不断接收现场信号的状态或数据（开关量、模拟量），并存入相应的元件映像寄存器或数据存储器；
（3）诊断PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；
（4）PLC 进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按命令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；
（5）根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，经输出部件实现输出控制或数据通信等功能；
（6）在双处理器协调中，CPU 还与数据处理器交换信息。
2. 存储单元
存储单元主要存储程序和数据。PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器。其中系统存储器用来存放由PLC 生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM 内，用户不能直接更改。而用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和用户数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对各种具体控制任务，用PLC 的编程语言编写的各种应用程序，其内容可由用户任意修改或增减；用户数据存储器用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF 状态和各种数据等，它的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC 性能的重要指标之一。
3. 输入/输出单元（I/O 单元）
输入/输出单元是PLC 的CPU 与现场I/O 装置或其他外部设备之间连接的接口部件。输入/输出单元包括两部分：一是与被控设备相连的输出接口电路和与输入器件SQ SB SA 输
入
单
元 电源单元 存储器 通信 CPU 扩展
输出单元 KM YV HL
相连的输入接口电路；另一部分是输入和输出映像寄存器。
输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够接收和识别的低电压信号，送给CPU进行运算处理。
输出单元将CPU输出的低电压信号变换为控制器件所能接受的电压、电流信号，以驱动接触器、信号灯、电磁阀和电磁开关等，进行必要的功率放大。
4.电源单元
可编程控制器电源单元包括系统的电源、保护电路及备用电池。电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压，PLC电源一般使用220V的交流电，同时还向外部提供24V直流电源，可作为某些传感器的电源。
5.扩展接口单元
扩展接口单元用于将扩展模块与基本单元（CPU主机）相连，使PLC的配置灵活，以满足不同控制系统的需要。各功能模块与PLC主机连接只需简单的插线即可，非常方便。
6.通信接口单元
为了实现“人—机”或“机—机”之间的对话，PLC配有多种通信接口，并且PLC 通过这些通信接口可以与编程器、人机接口、打印机和其他的PLC或计算机相连。
7.编程器
PLC的编程器是用来生成PLC的用户程序，并对程序进行编辑、修改、调试的外部专用设备，编程器实现了人与PLC的对话。
2.2.2可编程控制器的特点
随着电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：
（1）可靠性高PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。这是PLC首要的特点。
（2）具有丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。
（3）采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
（4）通用性强PLC及外围扩展模块种类繁多，可由各种模块灵活组成各种大小和不同要求的控制系统。
（5）编程简单 PLC 采用梯形图语言，具有与继电器控制逻辑线路类似的结构，并且梯形图语言形象直观，因此很容易被初学者掌握。
（6）功能完善 在PLC 内部由于采用了微处理器，能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O 等诸多功能，使输入/输出系统功能完善、性能可靠。
2.3 可编程控制器的工作原理
可编程控制器是一种工业控制计算机，它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上，即通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。PLC 是按集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式进行工作的。CPU 从第一次指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。
PLC 工作过程的中心内容如图2-2所示，分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。
1. 输入采样
PLC 在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，一次性读入所有输入端子的通电状态，并将读入信息存入内存中相应的映像寄存器。输入映像寄存器被刷新后进入程序执行阶段。程序执行阶段和输出刷新阶段输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其映像寄存器内容均保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段， 才重新写入输入端的新内容。所以，一般情况下输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。
图2-2 PLC 工作过程的中心内容图
2. 程序执行
根据PLC 梯形图程序扫描原则，PLC 按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC 就会从输入映像寄存器中读入对应输入端子状态，从元件映像寄存器读入对应元件的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对于每个元件来说，元件映像寄存器中所寄存的内容会随着程序执行过程而变化。对元件映像寄存器来说，
每一个元件的状态会随着程序执行
过程而变化。
3.输出刷新
在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输入刷新阶段转存到输出锁存器中，通过隔离电路，最后经过输出端子驱动外部负载。
在用户程序执行阶段PLC对输入、输出的处理必须遵循以下规则。
1)输入映像寄存器内容，由上一个扫描周期输入端子在输入采样期间状态决定；
2)输出映像寄存器状态，由程序执行期间输出指令的执行结果决定；
3)输出锁存器的状态，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器的状态决定；
4)输出端子的状态，由输出锁存器来决定；
5)执行程序时所用的I/O状态值，取决于输入、输出映像寄存器的状态。
总之，PLC是以扫描的方式处理信息，连续地、顺序地、循环地逐条地执行程序，在任何时刻它只能执行一条指令，即以“串行”处理方式进行工作。
PLC采用循环（巡回）扫描工作方式，而大、中型PLC还增加了中断工作方式。用户将用户程序设计、调试后，用编程器键入PLC的存储器中，并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上，然后用
本科生毕业设计（论文）开题报告 论文题目：嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学院：电气工程学院 专业班级：自动化1204 学生姓名：刘芳春 学号： 120302433 导师姓名：王通 开题时间：2016年 3 月 18 日
1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力，而且容易造成设备使用效率不高，浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。 基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1]，在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。 由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。 为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计[3,4]。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。
中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名：王小龙学号：07050541X14学院、系：信息与通信工程学院 专业：自动化 设计题目：基于MATLAB的控制系统设计软件开发 指导教师:林都 2011年4月2日
毕业设计开题报告
类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿究, MATLAB虽功能强大,对这方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难。为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件。使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。二．相关理论知识 控制工程基础是以讲述古典控制为主的机械类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿真分析与研究,MATLAB虽功能强大,对这 方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散,难于对系统的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难.为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件.使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。 要将控制系统CAI应用软件结构图中的内容在用户界面里表现出来,就必须有参数输入、结果输出、图形仿真输出等,且这些都能进行对比分析,因此要求有个友好、操作简单、可读性强、易修改的图形用户界面,选择MATLAB中具有可视化编程能力的图形界面GUI,将它提供的工具与编程经验结合起来,完成软件界面的创建.。 图1控制系统CAI应用软件结构图
空调自动控制系统软件设计及调试 尹海蛟 空调的硬件电路只是起到支持作用。因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。但相比之下，这些代价所取得的功能远优于仅依靠硬件电路所实现的功能。 1.空调自动控制系统软件程序设计思想 在硬件电路设计好以后，软件设计则是最重要的一个设计部分，由于空调自动控制的大部分智能化功能都是软件来完成，这样就使得硬件电路设计的简化和成本低可以得到实现。然而，8051单片机采用的是与其物理地址联系非常紧密地汇编语言来进行编程的。我们知道汇编语言相对于高级语言而言，它的速度是比较快的，而且它的指令代码也非常简单，但前提是编程人员要对8051单片机内部硬件电路非常熟悉。这对编程人员的要求是比较高的。 在进行软件编程时，我们仍然要采用结构化模块方式编程，从而可以把一些非常大的程序逐步分解为几个小程序，这对于编程人员非常重要的。对于本课题而言，由于它最终要设计成样机形式。因此，我们就得对整机进行监控，这个监控程序中应包括各种芯片的初始化程序、自诊断程序及许多中断子程序等事实上，在对空调器上电后，它应在单片机的控制下自动转入监控程序的执行。我们在编制时把监控程序作为本机的主程序来进行工作。任何故障都会从监控程序的执行中得到响应，而且任何故障给予的响应方式和代码不同，因此这很方便的可以查找到该故障部位。显然，这只对硬件电路的故障有效。对于软件程序的执行故障，我们目前只能通过软件程序的调试安装及仿真来判别它是否正常运行。因为单片机毕竟不是微机或上位机。它所能容纳的程序能力也是有限的。当然，我们可以采用各种技术进行优化，这样就可以最大限度的直至软件程序的出错运行。各种子程序模块都挂接在该主程序上。编制它时，我们尽可能充分利用8051单片机的软件资源及内部寄存器资源，这样可以提高其运行速度。 硬件和软件式空调温度控制的核心设计方面，本课题把研究重点特别投向软件设计，毕竟自动控制功能大部分都要靠软件程序来完成。在本课题设计过程中，软件调试要花大量时间来调试运行，而硬件电路我们只需简单调试。因此可见硬件设计和软件设计有很大区别，而且在总体调试中还要对其进行调整。这都是本课题所研究的内容。我们从总体上把握了空调自动控制系统的设计思路，初步了解到该研究项目主要的研究工作内容和其采用的优点。倘若要具体进行各个细节
自动化控制系统设计方案 一、现地控制软件 现地采集控制软件采用业界领先的平台和面向对象机制的编程语言在数据库作业系统基础上进行高可靠性、实时性的现地控制应用软件 二、主控级 1、数据的采集及处理 接收现地控制单元的上送数据并进行处理及存入数据库，供分析计算、控制调节、画面显示、记录检索、操作指导、打印等使用。数据采集除周期性进行外，在所有时间内，可由操作员或应用程序发命令采集现地控制单元的过程信息。 2、运行监视、控制和调节 运行操作人员能通过上位机，对各闸门开度和启闭机的运行工况进行控制和监视。除了显示各孔闸门的位置图形和开度数据外，还设置“启动”、“停止”两个模拟操作按钮和“上升”、“下降”、“远程/现地”、“通讯状态”等模拟指示。主要内容如下： a、根据要求的过闸流量，计算出闸门当前应开启的高度（在 上下限范围内）电脑提示是否确认，若确认即可启动闸门； b、闸门启闭控制，根据给定值启闭闸门，到位停止； c图形、表格、参数限值、状态量等画面的选择和调用； d在主控级进行操作时，在屏幕上应显示整个操作过程中的每一步骤和执行情况； 三、打印记录 显示、记录、打印功能 所有监控对象的操作、实时参数都予记录，对故障信号进行事件顺序记录、显示，实行在打印机上打印出来。主要内容如下：（1）闸门动作过程动态显示； （2）给定开度值显示，闸门位置显示；
（3）闸门升降模拟显示图； （4）上、下游水位数据显示 （5）根据上下游水位和闸门开度，自动计算出当前流量，并进行累计 （6）运行显示、打印； 四、通信功能 主控级与现地控制单元采用RS485总线通信，当通讯不正常时，报警显示。 五、现地控制单元 1、实时自动采集闸门开度在现地显示并通过处理后传送至主控层； 2、根据主控层指令，或根据人工输入的合法控闸指令，在满足下列条件的情况下，自动控制闸门的升、降，并运行到指定位置； 3、当转换开关在现地状态时，可对闸门开度进行预置，并通过电控柜的升、降、停按钮实现闸门的启闭； 4、在现地控制单元，通过权限开关，可实现远程/现地切换； 5、保留原人工手动控闸功能，人工与自动并存，以便紧急状态及维护系统时使用。 六、系统组成 （1）系统主要由信息采集与控制、集中监控和信号传输三大部分组成。启闭机室设若干台现地控制柜(PLC),其中信息采集与控制由闸门开度传感器与开度仪、水位传感器等部件组成。集中监控由计算机、键盘鼠标、打印机、UPS电源及其他设备组成(不在供货范围)。而信号传输部分则是采用双绞屏蔽电缆来完成
东北大学 研究生考试试卷 评 分 考试科目：控制系统设计 课程编号：y2014607202 阅卷人：王明顺 考试日期：2015.05.21 姓名：马文彬 学号：1470739 注意事项 1．考前研究生将上述项目填写清楚 2．字迹要清楚，保持卷面清洁 3．交卷时请将本试卷和题签一起上交 东北大学研究生院
目录 摘要......................................................................................................................................................I 第1章绪论 (1) 1.1SMPT-1000系统介绍 (1) 1.1.1立体流程设备盘台 (2) 1.1.2钢制盘台 (2) 1.2上位机软件 (3) 1.2.1上位机软件SMPTLAB (3) 1.2.2实时仿真引擎软件SMPTRuntime (4) 第2章加热炉工艺流程与燃烧因素分析 (4) 2.1加热炉工艺流程 (5) 2.2燃烧控制要求 (6) 第3章炉膛燃烧控制器系统设计 (7) 3.1设计原理 (7) 3.1.1比值控制系统 (7) 3.1.2开环定比值控制系统 (8) 3.1.3单闭环定比值控制系统 (9) 3.1.4双闭环比值控制系统 (10) 3.2随动控制系统的控制器参数整定 (11) 第4章控制系统的控制器参数整定 (12) 4.1控制系统的控制器参数整定设计实验设计 (12) 4.1.1准备工作 (12) 4.1.2实验步骤 (12) 4.2控制系统的控制器参数整定实验操作 (12) 4.2.1比值控制器K值的确定 (12) 4.2.2主物料控制器PID参数的整定 (14) 4.2.1副物料控制器PID参数的整定 (15) 结论 (17) 参考文献 (18)
基于PLC的自动化生产线控制系统软件设计 摘要：自动化生产线由送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5 个单元组成。每个单元都有控制本单元工作过程的PLC。控制系统要求，每个都 要上电时先复位，然后才能工作；按了停止按钮后，每个单元都要把本单元的流 程进行完，然后停止；按下急停按钮，立即停止工作，急停按钮回复，寻找断点 继续工作。研究以上控制要求的编程思路，并且以自动线供料单元为例，研究复位、停止、急停等控制要求编程的方法。 关键词：PLC；自动线；控制；软件设计 1.自动化生产线概述 自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的，它不仅要求线体上各种 机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品；而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等 都能自动地进行。按照规定的程序自动地进行工作，这种自动工作的机械电气一 体化系统就是自动生产线（简称自动线）。自动线一般由送料、加工、装配、输 送和分拣五个单元组成。工作目标是将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物 料台，完成加工操作后，把加工好的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单 元料仓内不同颜色的小圆柱工件嵌入物料台上的工件中，完成装配后的成品送往 分拣单元分拣输出，分拣站根据工件的材质、颜色进行分拣。 文中研究的自动线由送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元 5个单元组成。工作目标是将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物料台，完 成加工操作后，把加工好的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单元料仓内 不同颜色的小园柱工件嵌入到物料台上的工件中完成装配后的成品送往分拣单元 分拣输出，分拣站根据工件的材质、颜色进行分拣。自动化生产线主要完成的是 顺序动作，其控制器多选用可编程控制器。可编程控制器根据检测传感部分送来 的信号，按照预先设计好的控制程序，控制执行机构完成相应的动作。文中主要 研究自动线控制软件设计。 自动化生产线由以下系统组成： （1）自动加工系统，这个系统是指生产线的基础系统，是整个生产线的框架。 （2）物流系统，这个系统是指生产线上的传送装置，例如轨道、输送带、 转盘等，主要是负责产品的运输。 （3）信息系统，这个系统是对生产线传输进行负责，例如生产线的信息、 控制等，同时还对计算机与其它控制系统进行信息传输，相当于人体的血液。 （4）软件系统，这个是生产线最重要的部分，他就像人体的大脑，它包括 控制软件、生产系统软件、运输软件、监控软件等。 自动化生产线是一个复杂的综合体，是解决机械硬件实现柔性化的关键技术，而它的优点有设备领用率高，可以将生产线上的设备柔性的连接；生产能力稳定；产品质量高，由于产品生产不间断，这样会使产品的质量得到保证；运行灵活， 生产、检验、维护方便。未来自动化生产线应该向着高速、精度高、效率高、智 能化的方向发展，实现用户界面的图像化，将机器与人直接对话，现在的生产线 只能行程简单的图形，实现的是图形的仿真与动态模拟，所以可视化是未来发展
控制系统软件设计 在本论文中，我们采用pro-motion软件作为多轴工业CT运动控制系统的控制软件，相对于运动控制卡的方式，很展现出很大的提升，比如在系统的同步控制、多轴运动控制和程序的执行性方面。 1.1 软件简介 1.1.1 连接控制器 在安装结束软件后，运行软件，会弹出“接口”的对话框，我们需要对其进行设置，如下图： 图1.1 pro-motion设置界面 1.1.2 配置的设置 在配置电机轴之前，我们首要选择配置的轴。可以在窗口中直接选择要配置的轴，被选中的轴将以蓝色背景标识，如下图：
3 图1.2 选中配置轴 图1.3 pro-motion输入波形选择 如上图，根据向导可一步步设置，比如交流和直流、有刷与无刷等，最终成为我们所需求的电机。 1.2 pro-motion软件工作环境 整个运动控制系统可以简单的使用软件来操作，在pro-motion软件中，我们可以看到控制系统的组成，如下图：
图1.4 控制系统原理图 我们可以看出，整个系统是一个反馈回路，系统会对反馈结果进行计算与修正，这使得我们能更加精确地、快速的控制工业CT平台，达到更好的要求。 1.2.1 编程语言 因为C语言具有简洁方便等特点，我们使用C语言程序对该系统进行编写，使得其控制整个运动平台，其中包括平台初始化部分、接口部分、执行程序部分等。 对于工业CT控制系统的软件设计必须要实现运动控制的功能，此外，还有大量的变量处理和参数计算，因此需要所编写程序的全面，来实现命令的发送和接收，以及状态的反馈、扫描参数的计算等功能。以下是为该系统所编写的一套C语言程序： //******************************************************** // PMDRPperiph.cpp // PMD Prodigy/CME Resource Protocol wrapper class implementation //******************************************************** //#include "stdafx.h" #include
X X X系统概要设计说明书 Version0.1 文挡编号 文挡名称概要设计文档撰写人 审核/批准 创建时间
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目录 1引言 (4) 1.1编写目的 (4) 1.2背景 (4) 1.3定义 (4) 1.4参考资料 (4) 2任务概述 (4) 2.1目标 (4) 2.2运行环境 (4) 2.3需求概述 (5) 3总体设计 (5) 3.1基本设计概念和处理流程 (5) 3.3功能分配 (7) 4接口设计 (8) 4.1用户接口 (8) 4.2外部接口 (8) 4.2.1调试接口： (8) 4.3内部接口 (9) 5运行设计 (10) 5.1运行模块组合 (10) 5.2运行控制 (12) 5.3运行时间 (12) 6系统数据结构设计 (12) 7系统出错处理设计 (12) 7.1出错信息 (12) 7.2补救措施 (12)
1引言 1.1编写目的 为明确上位运动控制系统的系统结构、安排项目规划与进度、制定详细测试计划、组织软件开发与测试，特撰写本文档。 本文档供项目经理、设计人员、开发人员参考。 1.2背景 1.3定义 1.4参考资料 2任务概述 2.1目标 2.2运行环境 硬件及软件环境： 一台工控机：XXXCPU，XXX硬盘，XXX内存，Windows XP，LabVIEW测试环境； 系统运行环境示意图1： 三 轴 控 制 器 1~4 驱 动 器 1~4 图1 子系统环境
2.3需求概述 上位机运动控制子系统主要需求列表如下： ?机械臂控制功能： （1）控制机械臂的XY平面内完成单X轴运动的定位操作； （2）控制机械臂的XY平面内完成单Y轴运动的定位操作； （3）控制机械臂的XY平面内完成双轴协同运动的定位操作。 ?滑台控制功能：控制滑台的左右移动。 ?末端执行器控制功能： （1）控制机械臂末端执行轴完成对手机操作面的带力反馈的操作； （2）控制机械臂末端执行轴完成对手机侧操作面的带位置反馈的操作。 3总体设计 3.1基本设计概念和处理流程 针对由集成层下发的命令，子系统的处理流程如图2所示： 图2 处理流程 3.2结构 用一览表及框图的形式说明本系统的系统元素（各层模块、子程序、公用程序等）的划分，扼要说明每个系统元素的标识符和功能，分层次地给出各元素之间的控制与被控制关系. 控制子系统的体系架构如图3所示：
基于机器人运动控制系统软件设计摘要：移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台，提供一种移动机器人的控制方式。本文通过对移动机器人的研究，实现了基于渡越时间法的超声波测距模块设计，为机器人提供简单方便的障碍物距离检测。本文主要完成对主控板控制器软件设计、电机驱动控制器软件设计和超声波测距软件的设计，使开发系统能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。 关键词：机器人；运动控制；软件设计；超声波测距 中途分类号：TP 9 文献标识码：B 0 引言 随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。同时，太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展提供了广阔的空间。目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，动态避障策略，避障时间等方面提出了更高的要求。地面智能机器人路径规划，是行驶在复杂，动态自然环境中的全自主机器人系统的重要环节，而地面智能机器人全地域全自主技术的研究，是当今国外学术界面临的挑战性问题。 智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。移动机器人技术研究综合了路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制等技术。涉及到包括距离探测、视频采集、温湿度以及声光等多种外部传感器，作为移动机器人的输入信息。移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台，提供一种移动机器人的控制方式。性能良好的移动机器人运动控制系统是移动机器人运行的基础，能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。 移动机器人技术研究综合了多学科领域的知识，关键技术可分为：路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制技术。路径规划又可分为全局和局部路径规划。全局路径规划是根据移动机器人总体任务进行路径规划，将总体路径任务分解，并建立全局地形数据库；局部路径规划是根据全局规划分解的子任务，结合移动机器人当前状态信息，实时规划可行路径；导航定位技术确定移动机器人在全局地图中的位置，并实时得到机器人与路径跟踪的相对位置关系，其关键技术是多传感器信息处理与数据融合技术。路径跟踪与运动控制技术的任务是控制移动机器人跟踪局部规划给出的路径，结合导航定位系统得到机器人本身状态信息与道