基于SIEMENS TIA Portal V13的风洞温度监控系统设计与算法研究

摘要

随着科技的进步，人们的探索的范围增大，对特种设备的要求也越来越严苛，随之而来的就是对环境模拟设备模拟能力提出了更高的要求，而作为对试验材料检验的一项重要试验手段——风洞试验，也变的越发重要并得到了高速发展。风洞试验过程中，尤其是马赫数和攻角的改变引起风洞热负荷的剧烈变化，对风洞内温度的稳定提出了巨大的挑战，风洞温度控制也成为如今风洞试验技术的一个重要研究方向。
　　论文以某研究所的0.6m连续式跨声速风洞的温度控制为背景，设计了风洞温度监控系统，系统主要由内循环子系统和外循环子系统组成，选用西门子S7-300、S7-200PLC、西门子触摸屏和上位机WINCC作为系统的监控设备。
　　首先，对风洞温度监控系统的工艺流程和控制需求进行了分析，设计出系统的控制架构与总体控制方案;
　　其次，分析系统的整体控制流程和子系统控制流程，完成PLC的硬件设计和软件设计。
　　然后，根据风洞温度控制工艺，对气动三通比例阀、换热器等风洞温度控制环节和风洞主压缩机产热环节建立数学模型，采用前馈PID和模糊前馈PID控制算法进行算法研究，并把模糊前馈PID控制算法应用于实际控制过程。
　　最后，系统监控界面设置，展示了通讯调试、硬件调试和软件调试等系统调试过程和系统的运行情况。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展状况

1．2．1 风洞的国外发展状况

1．2．2 风洞的国内发展状况

1．3 风洞试验研究现状

1．4 论文研究的主要内容

2 风洞温度监控系统总体设计

2．1 风洞温度监控系统概况

2．1．1 风洞试验室简介

2．1．2 系统功能及设备简介

2．1．3 系统技术指标

2．2 风洞温度监控系统需求分析

2．2．1 风洞结构分析

2．2．2 系统工艺分析

2．2．2 工艺特性分析

2．3 风洞温度监控系统总体设计方案

2．3．1 监控系统功能需求分析

2．3．2 监控系统通讯方式分析

2．3．3 监控系统总体架构设计

2．4 本章小结

3 监控系统PLC软硬件设计

3．1 西门子PLC概述

3．2 控制系统PLC硬件设计

3．2．1 PLC硬件选型与配置

3．2．2 控制系统组态设计

3．3 系统控制PLC软件设计

3．3．1 系统总体控制流程

3．3．2 子系统控制流程

3．3．3 PLC程序框架

3．4 本章小结

4 系统温度控制算法研究

4．1 控制模型建立

4．1．1 气动三通阀模型建立

4．1．2 换热器模型建立

4．1．3 风洞产热模型建立

4．2 控制算法仿真研究

4．2．1 前馈PID控制算法的仿真研究

4．2．2 模糊前馈PID控制算法仿真研究

4．3 温度控制算法实现与试验分析

4．4 本章小结

5 系统调试与运行

5．1 上位机监控系统界面

5．1．1 监控系统框架结构

5．1．2 功能实现

5．2 系统调试

5．2．1 通讯调试

5．2．2 硬件调试

5．2．3 软件调试

5．3 系统运行

5．4 调试过程的问题与解决方法

5．5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献