炒青绿茶自动化生产线数据采集与监控系统的设计与实现

摘要

随着茶叶产业在农业经济中的地位提升，制茶行业正在经历由传统加工方式到现代化加工方式的逐步转型。本文以炒青绿茶自动化生产线为研究对象，根据炒青绿茶加工工艺特点，紧密结合自动化生产线的控制需求，并借鉴国内外先进的控制技术和成功经验，设计适合中小型控制领域需求新一代基于PLC(可编程逻辑控制器)的SCADA(数据采集与监控)系统对整个生产线进行过程控制和管理服务。
　　文中所开发的茶叶生产线SCADA系统依据控制功能要求分为三层:现场控制层，过程集中监控层，管理服务层，此三层功能具体通过上、下位机两级结构实现。下位机系统由PLC，自动测量仪表（温度传感器，压力传感器，变频器等）完成现场控制层数据采集与控制功能，并通过现场操作终端实现人机交互;上位机系统通过组态软件编写监控程序实现生产的过程集中监控，在此基础上，同时利用Web组件和Visual Basic编写的数据处理程序共同完成管理服务功能。
　　温度是影响茶叶品质的最关键工艺参数，传统茶叶加工的人工经验控温方式难以实现温度的稳定控制，本文采用工业上技术成熟的模糊控制技术，为减少上下位机通信量，以PLC作为模糊控制器实现生产线的温度稳定控制。
　　根据系统的总体设计，下位机采用西门子S7-200 PLC作为核心控制单元，上位机监控软件采用工业自动化中成熟的组态软件Simatic WinCC，服务管理程序在WinCC的数据处理和网络服务的基础上，采用Visual Basic+SQL(结构化查询语言)+OPC（过程控制的对象链接嵌入）+IIS（互联网信息服务）组合进行开发。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 茶叶生产线发展状况

1．2．2 SCADA技术发展状况

1．3 本文研究内容

1．4 论文组织形式

2 炒青绿茶自动化生产线控制系统的架构设计

2．1 系统需求分析

2．1．1 炒青绿茶加工工艺以及自动化生产线结构

2．1．2 炒青绿茶自动化生产线自动控制系统要求

2．2 系统架构设计

2．2．1 SCADA系统的总体结构设计

2．2．2 系统总体功能设计

2．3 开发工具选择

2．3．1 操作系统选择

2．3．2 现场控制开发工具

2．3．3 过程集中监控开发工具

2．3．4 生产管理服务开发工具

2．4 本章小结

3 基于PLC的生产线SCADA系统详细设计

3．1 SCADA下位机系统详细设计

3．1．1 检测信号前置处理

3．1．2 PLC选型和下位机系统结构设计

3．1．3 PLC程序模块化设计

3．1．4 现场操作终端设计

3．2 SCADA上位机组态软件详细设计

3．2．1 上位机监控软件选择

3．2．2 WinCC监控程序详细设计

3．3 通讯设计

3．3．1 远程客户与现场控制中心组态软件WinCC的通信设计

3．3．2 WinCC与S7-200 PLC的通信设计

3．4 关键工艺参数的控制技术设计

3．4．1 温度模糊控制器设计

3．4．3 模糊控制规则设计

3．4．2 温度模糊控制仿真

3．5 本章小结

4 基于PLC的生产线SCADA系统实现

4．1 下位机控制功能实现

4．1．1 PLC控制实现

4．1．2 现场人机交互实现

4．2 上位机监控功能实现

4．2．1 监控程序实现

4．2．2 数据归档及数据转移存储实现

4．2．3 Web功能实现

4．3 上位机与下位机通讯实现

4．4 基于PLC的温度模糊控制实现

4．4．1 输入变量模糊化

4．4．2 模糊控制查询表实现

4．4．3 运行结果分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢