基于PLC的大型基础环境模拟试验室温度控制系统的设计

摘要

我国大型飞行器的设计和制造能力近年来得到了快速发展。为保证装备设计的可靠性以及对各类气候环境的适应性，在投入批量生产之前，必须对其进行环境适应性试验。为节省人力、物力以及财力，有必要建设一个大规模的环境模拟试验室，在试验室中模拟再现飞行器可能遇到的气候状况。本文以某大型基础环境模拟试验室工程项目为背景，基于PLC并且结合WinCC设计了基础环境模拟试验室控制系统，并以大环境室内温度控制部分为对象进行了研究。
　　本文大型基础环境模拟试验系统由大环境室、小环境室以及冷却水、载冷载热、循环风等子系统组成，通过协调控制各个子系统的运行来实现高温、低温、降雨、结冰、降雪等各类气候状况的模拟。首先，根据控制系统总体结构分析了系统总体工艺流程，结合控制系统的技术指标和功能需求，设计了基础环境模拟控制系统的总体方案;其次，以西门子S7-300系列PLC为各个子系统以及集中控制系统的主控制器，完成了温度控制各个子系统的软硬件设计;然后，采用机理法，分别建立了循环风系统中表冷器、阀门处混流部分以及大环境室温度对象的数学模型，在MATLAB/Simulink中对单回路控制、串级控制以及串级模糊PID控制进行了仿真研究，并且采用了模糊PID串级控制对典型顺序试验温度流程进行了仿真验证，在Step7中实现了串级模糊PID控制算法。最后，采用WinCC设计实现了运行监控系统软件，用于控制系统的在线监控。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 环境模拟实验技术国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状和趋势

1．2．2 国内研究现状和趋势

1．3 课题研究的难点

1．4 本文主要研究内容

2 基础环境模拟试验室温度控制系统总体设计

2．1 基础环境模拟试验室结构

2．2 试验系统技术指标

2．3 基础环境模拟试验室温度控制系统工艺分析

2．3．1 系统工艺流程

2．3．2 系统工艺特性

2．4 基础环境模拟系统总体设计方案

2．4．1 系统功能需求分析

2．4．2 系统通讯方式

2．4．3 系统总体架构设计

2．5 本章小结

3 基础环境模拟试验室温度控制系统软硬件设计

3．1 控制系统硬件设计

3．1．1 控制系统的硬件选型

3．1．2 控制系统组态设计

3．2 温度控制系统软件设计

3．2．1 PLC程序整体框架

3．2．2 系统整体控制流程

3．2．3 冷却水子系统控制流程

3．2．4 循环风子系统控制流程

3．2．5 载冷剂子系统控制流程

3．3 本章小结

4 温度控制系统控制算法研究

4．1 控制对象的建模

4．1．1 控制对象的模型分析

4．1．2 试验室温度对象模型的建立

4．2 环境模拟试验室温度控制系统仿真研究

4．2．1 温度控制系统传统PID单回路控制仿真

4．2．2 温度控制系统串级PID控制仿真

4．2．3 温度控制系统模糊PID串级控制仿真

4．2．4 典型顺序试验温度模糊PID串级控制仿真

4．2．4 系统仿真结果分析

4．3 模糊PID串级控制算法在PLC中的设计和实现

4．3．1 模糊PID控制算法PLC程序设计

4．3．2 模糊PID控制算法PLC程序实现

4．3．3 串级控制算法PLC程序实现

4．4 本章小结

5 监控系统软件设计与系统调试

5．1 监控系统设计要求

5．2 监控系统框架结构

5．3 监控系统软件实现

5．3．1 用户登录界面

5．3．2 系统主界面

5．3．3 高温试验界面

5．3．4 组合试验界面

5．4 系统调试

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况