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1、江苏大学毕业论文开题报告论文题目:电动阀门智能控制器设计专 业：测控技术与仪器学 生 姓 名：许兴指 导 老 师：陆欣教授一、课题的依据、目的、意义，国内外研究概况分析和预测课题的依据、目的、意义1、本课题的依据、目的本课题是一智能型多总线电动阀执行机构，是开发电动阀智能控制器以取代原来的PLC，增加多总线接口，可以降低成本、增强企业产品的竞争力。2、本课题的意义PROFIBUS-DP是西门子公司推出的一种现场总线，在中国市场占有较大的市场份额。能够可靠实现通信双方数据的传输、对控制器的可靠控制，在己有研究成果和开发经验的基础之上，对PROFIBUS-DP技术做出更深一步的剖析和研究，同时把P
2、ROFIBUS-DP技术应用于阀门控制领域，设计开发出实用的PROFIBUS-DP阀门控制器，为今后在阀门控制领域应用现场总线技术提供有益的尝试。国内外研究概况分析和预测随着自动控制、计算机、通信、网络等技术的发展，企业的信息管理范围正在逐渐的从传统的经营、管理信息扩展到工厂的主控信息及现场控制信息。对于企业而言，将整个工厂的生产流程和自动化控制系统纳入到统一的信息管理平台上已经不再是遥远的梦。借助强大的工业通信网络，企业的信息管理平台不仅可以对市场信息和管理信息进行处理，还可以囊括从原料采购、生产加工到成品存储的全部生产流程。这意味着在工厂中形成了强大的集成工业通信网络，为企业管控一体化功能
3、的实现提供了坚实的基础。工业通信网络与信息技术的无缝链接彻底改变了传统的信息管理方式，它将企业的生产管理带入到一个全新的境界。纵观自动化控制系统的发展，我们可以发现自动化控制系统的发展和工业通信技术的不断成熟是相辅相成的。自动化控制系统的发展给工业通信提出了新的要求;反过来，工业通信技术的进步也极大的提升了自动化控制系统的性能，为用户带来了巨大的收益。简单的说，自动化控制系统的发展过程大致可以分为三个阶段:1.集中式控制系统20世纪50年代前后，现场仪表和自动化设备提供的都是模拟信号，这些模拟信号统一送往集中控制的控制盘上，操作员可以在控制室中集中观测生产流程各处的情况。但是，模拟信号的传递是
4、一对一的物理联接，信号变化缓慢，计算机速度和精度都难以保证，信号传输的抗干扰能力差，传输距离也比较短。为了解决模拟信号的这些缺点，一部分模拟信号被数字信号所取代，这些数字信号和模拟信号都接入到主控室的中心计算机上，由中心计算机统一进行监视和处理。不过，由于当时计算机技术的限制，中心计算机并不可靠。一旦中心计算机出现故障，就会导致整个系统的瘫痪。2.集散式控制系统随着计算机技术的发展、计算机的可靠性不断提高、价格大幅度地下降，出现了可编程序控制器(PLC)及多个递阶结构的集中式与分散式相结合的集散式控制系统(Distributed Control System, DCS)。集散式控制系统弥补了传
5、统的集中式控制系统的缺陷，实现了集中控制、分散处理。这种系统在功能、性能上较集中式控制系统有了很大进步，实现了控制室与DCS控制站或PLC之间的网络通信，减少了控制室与现场之间的电缆数目。但是现场的传感器、执行器与DCS控制站之间仍然是一个信号对应一根电缆的传输方式，电缆数量较多，信号传送过程中的干扰问题仍然很突出。而且，在DCS形成的过程中，各个厂家的产品自成体系，难以实现不同系统之间的相互操作。3.现场总线控制系统随着智能芯片技术的发展成熟，设备的智能程度越来越高，成本在不断地下降。因此，在智能设备之间使用基于开放标准的现场总线技术构建自动化系统的技术也逐渐成熟。应用标准的现场总线控制系统
6、、通过一根总线电缆传递所有的数据信号，替代了原来的成百上千根电缆，大大降低了布线的成本，提高了控制系统的可靠性。全集成自动化作为全球领先的自动化系统提供商，西门子公司在1996年提出了全集成自动化的概念，在工厂信息化的浪潮中再次成为市场的领先者。1.企业对自动化系统的需求随着市场竞争的逐渐激烈，企业在市场上面临的压力越来越大。出于对市场需求的考虑，企业要能够做到及时、相应，同时还要控制成本、保证质量。因此，您需要的是一个完整的、从现场级到工厂管理级的完整的自动化控制解决方案，帮助工厂降低单位能耗，提高产品质量，实现更好的供应链管理，从而提高自身在市场上的竞争力。而传统的自动化系统大多是以单元生
7、产设备为核心进行检测与控制，生产设备之间易形成“自动化孤岛效应”。这种“孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，已经无法满足现代工业生产的要求。为了提高企业的市场竞争力，实现其最佳经济效益的目标，必须将自动化控制、制造业执行系统(Manufacture Execute System, MES)和企业资源计划(Enterprise Resource Planning, ERP)系统三者完美地整合在一起。SIMATIC NET工业通信网络西门子工业通信网络的结构可以分为三级:企业级、车间级和现场级。(1)企业级通信网络企业级通信网络用于企业的上层管理，为企业提供生产、经营、管理
8、等数据，通过信息化的方式优化企业资源，提高企业管理水平。主要解决方案是Internet和Intranet等。(2)车间级通信网络车间级通信网络介于企业级和现场级之间。它的主要任务是解决车间内各个需要协调工作的不同工艺段之间的通信，要求网络通信能够高速传递大量信息数据和少量控制数据，同时具有较强的实时性。主要解决方案是工业以太网。(3)现场级通信网络现场级通信网络处于工业网络的最底层，直接连接现场的各种设备，包括I/0设备、传感器、变送器、变频器与驱动器等装置，因此对网络的实时性和确定性有很高的要求。该层的主要解决方案是PROFIBUS，同时，SIMATIC NET也支持诸如AS-Interfa
9、ce, EIB等现场总线技术。现场总线技术的国内外发展现状 20世纪七十年代，过程仪表开始采用4-20mA信号标准。到八十年代，微处理器技术应用于工业自动化领域，集散控制系统(DCS)开始广泛应用。到八十年代中期，以微处理器为核心的智能仪表诞生了，它将现场仪表的信号经过数据运算处理后送往计算机，极大地提高了仪表的精度和可靠性，并且克服了模拟信号传输所存在的信号衰减、精度降低、干扰信号的引入等问题。到九十年代中期，以现场总线网络为总体标志的现场总线技术产生，并且迅速发展。 现场总线可定义为“一种安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、双向传输和多分
10、支结构的通信网络”。现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线连接，实现信息互换，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统，是计算机控制与通信技术融合的产物，是新一代全数字、全分散和全开放的现场控制系统，被认为是工业过程控制领域的发展方向。现场总线技术的特点 由于现场总线具有可开放性、互操作性、彻底的分散性、稳定可靠、低成本等特点，特别是现场总线系统结构的简化，使得控制系统的设计、安装、投入到正常生产运行及其检修维护，都体现出以下优越性:(1)节省硬件数量与投资;(2)节省安装、维护费用;(3)用户有高度的系统集成主动权;(4)提高了系统的准确性与可靠性。 尽管
11、现场总线有许多优点，但现场总线也存在一些缺点，虽然这些缺点可采用一些措施来克服，但在设计现场总线控制系统时，这些缺点仍不容忽视:(1)缺乏一致性;(2)故障冗错;(3)现阶段各种标准并存，无法统一。电动阀执行机构国内外发展现状 我国的自动化仪表与国外的差距较大。国内仪表行业的主要执行机构产品是DDZ一工I，DDZ一工II和DDZ一型，产品大量采用分立元件，只能接受输入模拟信号，伺服电机的制动器使用寿命短，可靠性低，使用维修困难。虽然国内各主要生产厂家投入人力对电动执行机构进行了一些改进和开发，但总是不尽理想，八十年代以来，行业中的几个骨干企业相继引进国外技术，如法国Banard，德国SIEME
12、NS、日本工装、英国ROTORK以及ABB公司RS/RHA等电动执行机构。通过引进技术、消化吸收，这些产品已成为国内系统配套的主要产品。但是，这些产品都属于模拟仪表，不具有智能功能，只是在组合化多功能化和集成化方面有所进步。 近年来，我国电动阀门研制行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀(拥有专利)、宁波华液公司的电液比例压力流量阀(已申请专利)，均为机电一体化的高新技术产品，并己投入批量生产，取得了较好的经济效益。目前国内研制的新型智能电动执行器的主要特点是:主要技术指标正在向国际90年代初水
13、平看齐，工作死区小于0.8级，回差和基本误差都小于1级。使用方便，具有自诊断、自调整和PID调节功能。 但是，目前国产的执行机构，只能满足一般的冶金、化工、电站等成套工程40%左右的配套，不具备为500万吨炼油、1200立方米高炉、30MW发电机组等大型成套工程的配套能力。更不能满足当今现场总线及开放式控制系统的要求。然而，已取得的成果和经验为我们进一步开发基于现场总线的智能执行器提供了一定的基础。二、本课题研究的研究内容本课题的主要内容本论文的主要工作包括以下几个方面:1.微处理器的选取及整个控制系统的整体设计；2.系统中各功能模块的设计。主要包括:硬件总体设计模块，键盘指示灯显示模块，电机
14、驱动电路，通信电路，软件总体设计模块等；3.整个系统的软件设计(包括PROFIBUS-DP的下位机部分)；4.上位机的组态、监控、编程；5.系统的调试。 三、时间和相应的任务安排2009.2.23-3.1 明确任务，收集资料，外文翻译，提出总体方案2009.3.2-3.15 外文翻译、文献综述，递交开题报告2009.3.16-4.5 外文翻译，外出调研，进行理论研究2009.4.6-4.26 硬件的设计2009.4.27-5.3 毕业设计中期检查2009.5.4-5.22 硬件调试，软件编程，撰写小论文2009.5.23-5.31 系统调试，改进完善2009.6.1-6.7 编写毕业设计说明书
15、，论文修改2009.6.8-6.12 资料总结，打印，归档，毕业设计答辩四、论文的创新点1、它是一智能型多总线电动阀执行机构2、能够可靠实现通信双方数据的传输、对控制器的可靠控制3、可以降低成本、增强企业产品的竞争力 4、设计组态安装调试简便，系统的总体安全稳定性更好五、主要参考资料:1潘琢金，施国君，C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用，北京，北京航空航天大学出版社，2002，51潘琢金，孙德龙，夏绣峰，C8051F单片机应用解析，北京:北京航空航天大学出版社，2002，102李正军，现场总线及其应用技术，机械工业出版社，2005，13马忠梅，籍顺心，张凯马岩，单片机的C语言应用程序设计，北京:北京航空航天大学出版社，1999，14刘欣，张勇东等智能化电动阀门装置的开发，自动化与仪表，1998第06期5萨拜因.冯塔纳，智能阀门的应用日益普及，水利水电快报，第21卷18期6黄继强，智能阀门定位器的原理和发展趋势，齐鲁石油化工，2003年04期7庞彦斌，王胜，程炜，基于FF协议的智能气动阀门定位器开发，仪器仪表学报，第22卷第3期增刊8童诗白，模拟电子技术基础，北京:高等教育出版社，1988，59沈德金，MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例，北京，北京航空航天大
