基于PLC实现的真空冻干生产线的自动控制系统

摘要

随着真空冷冻干燥技术的普及和发展，相应提高了对真空冻干设备控制精度和控制稳定性的要求。本论文从这两方面要求入手，提出了“PLC做下位机+PC做上位机+Fuzzy算法”的控制模式。这种模式集PLC控制的稳定性，PC控制的直观、友好性，和Fuzzy控制的智能性为一体。论文重点论述PLC的自动、半自动化流程控制的实现，PLC与PC上下位机之间通讯的实现，模糊控制器的设计及其在PLC程序中的实现；另外还有使用MicrosoftVisual C++开发的上位机软件。 本系统将模糊控制与PLC结合应用于真空冻干生产线上，解决了加热板温度、物料温度、真空度、冷阱温度相互影响，且影响程度难以确定，从而温度控制模型难以建立，温度曲线超调大、难控制的问题，还充分发挥了PLC 控制灵活、稳定，编程方便的优点，和上位机具有友好交互界面的优点。这种控制方式的综合控制性能较好，而且在很多类似的工控场合，都是一种比较理想的控制方式。 研究本课题的过程中，本人主要完成以下工作： 1、深入研究了真空冻干设备的特点、功能、关键技术以及实施步骤，总结了现有设备的优缺点，并在此基础上，提出了一种新的控制模式——“PLC做下位机+PC做上位机+Fuzzy算法”。 2、分析了模糊控制算法，并进行模糊控制器的设计。 3、调研了PLC在真空冻干设备中应用的可行性后，选择 OMRON 的CJ1 系列的PLC，并针对系统选择了适用的模块。 4、详细分析了冻干设备的生产流程，然后依据流程图编制了PLC的程序和上位机的程序，并通过串口实现上下位机间的实时通讯。 5、在工程中进行试运行。

目录

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声明

第1章 引言

1.1真空冻干技术的应用背景

1.1.1什么是真空冻干

1.1.2食品冻干原理

1.1.3冻干食品的品质

1.1.4可冻干的食品

1.2真空冻干生产线

1.3真空冻干的发展概况

第2章 PLC的发展概况

2.1PLC的分类

2.1.1根据I/O点数分类

2.1.2根据结构、形状分类

2.1.3根据生产厂家分类

2.2PLC的特点

2.2.1可编程控制器的特点

2.2.2可编程控制器的主要功能

2.3PLC的通讯

2.3.1PLC网络构成

2.3.2PLC通信的实现

2.4CJ1系列的PLC

2.4.1基本系统配置

2.4.2I/O单元

2.4.3扩展系统配置

2.4.4单元电流消耗

第3章 模糊控制

3.1模糊控制的基本原理

3.2模糊控制器的设计

3.2.1控制器结构的选择

3.2.2语言变量和模糊化策略的确定

3.2.3建立模糊控制规则

3.2.4确定模糊推理机制

3.2.5确定解模糊策略

3.3模糊控制算法的实现

第4章 总体设计

4.1控制系统的工作流程

4.1.1进舱流程

4.1.2抽真空流程

4.1.3加热流程

4.1.4出舱流程

4.1.5冲霜流程

4.1.6热媒压力监测流程

4.2控制量的统计

4.2.1用到的传感器

4.2.2生产线的主要机械设备

4.2.3PLC的输入、输出点数

4.3PLC的选型

4.3.1CPU模块：CJ1M-CPU11

4.3.2I/O模块：CJ1W-MD563

4.3.3温度传感模块：CJ1W-PTS16或CJ1W-PTS52

4.3.4模拟量I/O模块：CJ1W-MAD42

4.3.5电源模块：CJ1W-PA202

第5章 下位机程序的设计

5.1I/O点分配

5.2相关模块的应用

5.3工作流程的实现

5.4PLC与上位机的通讯

5.5模糊控制在PLC中的应用

第6章 上位机程序的设计

6.1上位机程序的显示界面

6.2上位机与PLC中的通讯

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果