南京工程学院-开题报告

南京工程学院

自动化学院

本科毕业设计（论文）开题报告

题目：基于PLC的孵化室控制系统设计

—PLC控制单元设计

专业：自动化

班级：自动化学号：

学生姓名：

指导教师：

2012年3月

说明

1．根据南京工程学院《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，院系分管教学领导批准后实施。

2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。

3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。

4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。

5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各院系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。

本科毕业设计(论文)开题报告

学生姓名学号专业自动化指导教师职称实验师所在院系自动化学院课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称

基于PLC的孵化室控制系统设计

——PLC控制单元设计

毕业设计的内容和意义毕业设计内容：

一．总体方案设计

二．硬件系统设计

1.测量孵化室环境温度模块设计

2.测量孵化室环境湿度模块设计

3.孵化室门禁系统设计

4.孵化室通风系统设计

5.孵化室温度控制模块设计

6.孵化室湿度控制模块设计

7.孵化室上位机监控系统设计（现场）

8.孵化室上位机监控系统设计（远程）三．软件系统设计

1.主程序和中段程序设计

2.多路温度采集控制程序设计

3.湿度采集控制程序设计

4.通风系统程序设计

5.门禁系统程序设计

6.上位机监控系统程序设计

课题的意义：

随着科学技术的日益发达，传统的孵化设备显得陈旧落后，目前一些养殖场的孵化设备功能不全，温度湿度控制精度不高，效果不明显，使得出雏率和健雏率不高，经济效益受到影响。同时，养殖场的自动化程度不高，需要消耗大量人力物力，不利于集中的控制管理。

本次课题通过PLC控制器来进行温湿度的采集处理和控制，输出分别控制电热炉和加湿器，形成闭环控制，通风系统的加入，可以提高孵化率。同时，为了加强自动化程度，便于养殖场的统一管理，增加门禁系统，PLC同时接上位机，实现现场和远程的检测与控制。本设计具有很大的实用价值，生产自动化程度进一步提高，控制效果明显，经济效益好。

文献综述

围绕孵化室设计这一课题为中心，查阅了一些著名的学术期刊杂志和专业书籍，检索了一些比较好的专业网站，收集了相关的知识要点，并且进行了仔细的阅读和研究，现将文献概述如下：

随着物质生活水平的提高，经济的迅速发展，养殖产业发展迅速，为农村经济注入了新的活力。然而，在孵化设备这个环节上出现了不少问题，许多养殖场所使用的孵化设备年限较长，部分功能已经失效，控温，控湿精度达不到孵化要求，使得出雏率和健雏率较低，经济效益受到影响。

同时，本人了解到当前孵化设备存在的主要问题是：

1.温度，湿度控制精度不高，与设定值偏差较大，而且控制过程中不可确定因素太多，从而不能满足较高的出雏率和健雏率。

2.孵化室的投入成本较高，但设备使用周期却短，对养殖用户来说负担较大。

3.孵化设备基本为单机工作，不能实现远程检测和控制，自动化程度不高，使得管理效率低下。

我国的孵化设备制造起步较晚，起初是引进国外设备，经过多年的发展，我国也已经具有一定从事规模的孵化设备设计和制造的专业队伍，基本满足了国内养殖产业的需要。但是，和国外先进技术相比，我国的孵化设备还是存在着很大差距。

随着养殖产业的不断发展，孵化场向大型化方向发展已经是大势所趋。孵化场的大型化对生产的组织管理提出了更高的要求。因而仅能实现机械化，自

文献综述动化的孵化设备远远不能满足人们的需要。新一代的孵化设备应该朝着人性化，智能化，网络化，高可靠性和节能性的方向发展，以下是孵化设备的发展趋势：

1.控制精度的提高随着孵化器容量的增加和对胚胎发育生理的不断研究，要求孵化器的控制精度越来越高。新型传感器向智能化，数字化，标准化发展，使得孵化机的控制效果更佳精确。

2.网络资源的利用一个公司可能有若干个分散在全国各地的孵化场，每个孵化场又有若干个孵化设备，为了便于统一的管理，将每个孵化场的若干设备通过某种通信途径连接起来，由一台计算机控制，这台计算机可以和公司总部和孵化场通信，管理者可以方便的进行监视和控制孵化场的运转情况。[2][11]研究表明，基于PLC的孵化室控制系统具有较高的开发前景。PLC具有抗干扰能力强，可靠性高，控制系统结构简单，通用性强，功能强大，成本低，维护方便的特点。

S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种控制工程的理想控制器。S7-200PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。S7-200的编程软件STEP7-Micro/WIN32可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。[1]

EM235是模拟量输入/输出扩展模块，具有4路AI/1路AO通道，可以用来连接标准的电流和电压信号。孵化室中的温度和湿度需要经传感器检测，变送转化成标准信号送入该模块，统一送给PLC处理。在经过程序运算后，输出控制量控制相应的执行器件，以达到闭环控制。[4][6]

在工程实例中，应用最广泛的控制规律为比例，积分，微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近80年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积

文献综述分、微分计算出控制量进行控制的。[3][5]

西门子公司的WinCC是WlndowsControIConter(视窗控制中心)的简称。它集成了SCADA、组态、脚本(Script)语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统(W1ndows2000或XP)环境下使用各种通用软件的功能。WinCC 继承了西门子公司的全集成自动化(TIA)产品的技术先进和无缝集成的特点。WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。

将Wincc引进孵化室系统中，可以方便的进行监视和控制，能提高管理效率，从而实现孵化场的自动化，人性化和智能化。[9][10]

参考文献：

[1] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术（第二版）北京航空航天大学出版社,2008.2

[2] 兰海军.基于单片机的多孵化箱温湿度控制系统的研究华中农业大学, 2008.6

[3] 西门子.S7-200PLC编程手册西门子股份公司,2004.6

[4] 熊印国.基于PLC的温湿度控制宜春学院,2008

[5] 陶永华.新型PID控制及其应用[M]，机械工业出版社，1998

[6]袁宝歧.加热炉原理与设计[M]．航空工业出版社，1989-06

[7] 孙洪程等编著过程控制工程[M]，高等教育出版社，2006.7

[8] 张宇.电加热器的模糊控制及PLC实现[J]，中国学术期刊电子杂志社，2006

[9] 实晓明.深入浅出西门子Wincc[M] 北京：北京航空航天大学出版社,2004.5

[10] 李江全.西门子PLC通讯与控制应用编程实例中国电力出版社,2012.1

[11] 周中华.鸡鸭鹅的育种与孵化技术金盾出版社 ,2008.4

研究内容

孵化室的设计主要分为几个方面的工作，首先是总统方案的设计，明确孵化室系统的工作机理，确定控制对象，将整个系统细分成若干模块，分别为温度采集模块，湿度采集模块，PLC程序控制，温度控制执行模块，湿度控制执行模块，通风系统模块，门禁系统模块，监控系统模块。

在硬件系统设计部分，主要有几个方面的工作，首先是多路温度，湿度采集，变送，然后有执行器的电路设计，即电热炉和加湿器的相应控制电路。再有就是通风系统和门禁系统的硬件设计，最后就有远程控制的相应硬件设计，远程监视和控制使用Wincc来实现。

在软件系统设计部分，主要工作有以下几方面，第一是准确将采集到的温度湿度被控量转化为PLC可以识别的数字量，如何实现温度湿度变量与数字量的一一对应，影响到整个系统的功能实现，在本次设计中使用EM235模块，来实现模拟量和数字量的转化以及对应。第二，如何快速有效的根据采集到的相关数据进行控制作用，也就是说控制作用如何实现。通过查阅资料，决定采用PID控制规律，在温度控制方面，通过PID程序设计，输出转化为PWM信号来控制电热炉功率，控制作用明显且有效，湿度方面输出控制信号控制水泵水压，进行加湿处理。第三，考虑到孵化室是一个封闭的空间，要进行必要的通风处理，因此采用定时中断的方式控制电机进行通风。第四，门禁系统和组态设计方面，通过相应的程序设计，及相关的通信处理可以实现。

在硬件系统设计和软件系统设计完成后，软硬件联合调试，其中主要的工作是温度，湿度PID调节时的参数整定，在这个问题上采用经验参数法和工程适凑法进行整定。还有就是PLC与上位机通信后的调试，最后实现远程监视和控制。

最后进行整个系统的联合调试，确定每个一个模块都能工作，且相应的功能都能达到预期的设计目标。

研究计划第一周熟悉课题，查找相关资料

第二周查找相关资料，熟悉西门子S7-200PLC 第三周查找相关资料，熟悉西门子S7-200PLC 第四周查找相关资料，撰写开题报告

第五周系统硬件设计

第六周系统软件设计

第七周系统软件设计

第八周系统软件设计

第九周系统软件设计

第十周系统联调

第十一周系统联调

第十二周系统联调

第十三周撰写毕业设计论文

第十四周撰写毕业设计论文

第十五周撰写毕业设计论文

第十六周撰写毕业设计论文，准备毕业答辩

特色与创新

本系统采用西门子S7-200PLC作为主控制器，利用温度，湿度传感器对孵化室温湿度进行监测，并进行相应控制，同时加入通风系统和门禁系统，进一步完善和丰富孵化室的功能，由Wincc与PLC连接，可以实现远程监控的功能，大大提高了该系统的智能化和人性化。

指导教

师意见指导教师签名：

年月日

教研室意见主任签名：

年月日

院系意

见分管领导签名：

年月日