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一、毕业设计（论文）选题的目的和意义。[ ⑴ 课题名称；⑵ 有关的研究方向的历史、现状和发展情况分析；⑶ 前人在本选题研究领域中的工作成果简述]
1.1 课题名称：基于PLC的烘箱集中控制系统设计。
1.2 研究方向情况分析：
在工业、农业、医学、科研等方面，烘箱的应用极为广泛。有很多领域的温度和电流控制较复杂,人员无法靠近或者现场无需人力进行监控, 这时可以使用远程控制对现场进行监控,既方便又节省人力。随着科学技术的快速发展，烘箱控制系统已经从传统的人工监控发展到现在的智能控制。传统烘箱存在的问题是人工监控困难，准确度低，易造成设备的损坏和产品的质量问题。因此，针对烘箱的控制系统进行改造设计，对于增强设备管理、保证产品质量具有十分重要的意义。随着技术的发展, 传统的监控方式已经不能满足现代工业生产的需要,远程控制系统得到越来越广泛的应用。本课题采用PLC采集数据, 然后通过虚拟仪器实现对工作现场设备中的重要参数进行实时监控、数据传送、实时处理等。烘箱控制系统主要由控制对象、感应元件、调节器和执行机构等组成。PLC的特殊功能模块将采集到的温度模拟量和电流模拟量转化为数字量送往PLC的CPU与设定值进行对比，PLC进行PID运算得出控制量。PLC的特殊功能模块再将控制量由数字量转化为模拟量送执行机构, 从而实现对烘箱的控制。
PLC选西门子的 烘箱的加热范围是
0-300度
通常由位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统，其主回路由接触器控制时因为不能快速反应，所以控温精度都比较低，大多在几度甚至十几度以上。随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几种解决的方案：
主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统[5]， 其控温精度大大提高，常在±2℃以内，优势是采用模糊控制与PID 控制相结合，对控制范围宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性。
采用单片机温度控制系统[16]。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D 转换采集温度的思路。 用单片机对数字进行处理和控制,通过RS - 232 串口传到PC 机对温度进行监视与报警,设置温度的上限和下限。其优势是结构简单，编程不需要用专用的编程器,只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易。
ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控制[4]。利用ARM处理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统μCLinux获得极好的实时性，并且通过TCP/IP协议能与PC机很快的通讯。其优势不只是温度控制精度高，而且能够通过现场跟远程两种方式来设定控制温度。
如加热炉这样的大惯性系统，在采用PID调节模式时， 其参数随物料的物理特性及质量而变，参数整定需要比较高的专业知识和经验，如果参数配置不好也难获得好的效果，所以使用比较复杂。在一些比较大的系统，或还有其它控制目标的场合也常采用工业控制机和PLC（可编程逻辑控制器），加上相应的温度转换摸块构成温度控制系统，大多也采用PID 或模糊逻辑控制模型。
模糊控制过程包括以下部分:
(1) 模糊化 将输入变量(温差和温差变化率) 的精确值变换成其对应论域上的模糊集;
(2) 模糊逻辑推理 模仿人的思维特征,根据专家知识或控制经验取得的模糊控制规则进行模糊推理,决策出模糊输出控制量;
(3) 反模糊化 对经模糊逻辑推理所得的模糊控制量进行模糊表决,把输出的模糊量转化为精确量,作用于被控对象。
通用的A/D转换模块如图1：
图1 通用A/D 转换模块温控系统
PT100温度传感器
PT100温度传感器是比较常用的铂电阻温度传感器，它适用于测量-60℃到+400℃之间的温度，工业应用通常在0～150℃之间。为了把温度传感器PT100随温度变化的电阻转换成相应的温度变化值，利用下面的温度公式求得：
T℃=（温度数字量-0℃偏置量）/1℃数字量
温度数字量=存储在AIWx（x=0,2,4）中的值
0℃偏置量=在0℃测量出的数字量
1℃数字量=温度每升高1℃的数字量
（二 ）CPM2AH-20/30/40/60CDR-A属于小型应用PLC
如CPM2AH-20技术参数: CPM2AH系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
1.3 以往研究情况：
20世纪70年代，计算机技术全面引入PLC，PLC进入实用化阶段。更快的运算速度、超小型的体积、更强的抗干扰设计、模拟量运算、PID功能以及极高的性价比奠定了PLC在现代工业中的地位。20世纪80年代，PLC在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期生产PLC的国家逐渐增多，产量逐渐上升，标志着PLC发展已步入成熟阶段。20世纪末期，PLC的发展更加适应现代工业。诞生了各式各样的特殊功能单元，用于温度、压力、转速、位移等各式各样的控制场合。出现各种人机界面单元、通信单元，使应用PLC的工业控制设备的配套更加简单。
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
二、设计或研究主要内容和重点，预期达到的目标及拟解决的主要问题和技术关键，有何创新之处。（此部分为重点阐述内容）
2.1 研究主要内容和重点：
主要内容是对烘箱的集中控制，重点是对烘箱内样品击穿或试样电流超过25mA和温度超过或低于设定温度（温度控制精度为±5度）时的保护系统研究。
2.2 预期达到的目标：
将上位机与PLC控制器通过以太网连接，PLC控制器将采集的实时数据通过工业以太网传输到上位机以实现对烘箱的远程监控。当烘箱出现过流或者超温现象时，系统自动报警并切断电源以实现对烘箱的保护。
2.3 主要问题和技术关键：
本研究的关键在于PLC控制器编程，上位机与PLC控制器之间的远程控制以及数据的采集和传输过程中的抗干扰问题。
2.4 技术创新：
本研究将计算机与PLC控制技术结合，发挥PLC控制器的优异性能，采集传输现场实时数据，对现场情况进行全天候远程管理和控制，构建“无人”看守站。这种方法，便于直接了解设备现场的状况，及时地做出决策，不但节省人力劳力，而且较传统的人工管理更加高效稳定，更有利于设备控制与管理。
三、研究方案：[ ⑴ 技术方案（有关方法、技术路线、技术措施）；⑵ 实施方案所需的条件（技术条件、试验条件等）]
3.1 技术方案：
图1 系统组成框图
（1）现场数据采集：
采用PLC实现现场数据的采集与控制。同时，PLC具有RS-323标准串口可与下位工控机相连，实现数据的通信。
（2）下位机：
采用工业控制计算机IPC（Inter-Process Communication，进程间通信），与PLC一起组成两级式计算机控制系统，负责完成对现场数据的监视，并通过工业MODEM与上位计算机进行通信。
（3）工业MODEM：
为适应现场的环境，能够抗强电磁干扰，选用了工业MODEM来完成线路的连接。两个MODEM采用专线方式分别与上位机、下位机相连，而MODEM与MODEM之间通过已有的线路连接，根据实际线路调整MODEM的设置。
（4）通信线路：
在单位原有线路的基础上，占用其中的某二个频率段来完成数据的远程传输。由于实际设备的调制和解调是分开的，每个都有两条线，所以上位的MODEM和下位的MODEM相连时，调制与解调线要交叉。
（5）上位机与PLC之间的通讯：
通过标准串口，将下位机与PLC相连，根据工艺要求完成对PLC的组态，包括60个模拟量输入，30个模拟量输出，30个数字量输入和20个数字量输出。然后，使用IFIX组态软件、VBA编程软件组建上、下位机的监控界面。
工业MODEM完成通信线路的建立。数据通信方式采用编程方式，实现数据的远程传输在IFIX软件中使用VBA语言编写上位机与下位机之间的通信程序。
图2 下位机端的程序框图 图3 上位机端的程序框图
（6）PLC数据采集系统：
PLC控制数据采集系统的机构如图4所示：
图4 PLC控制数据采集系统
监测点由1台PLC、辅助设备、执行组件等组成PLC控制系统。PLC采集现场的实时数据并处理，按照规定的通讯协议进行数据上报。模拟信号主要是烘箱的温度和电流。
（7）系统配置：
选用德国西门子公司生产的S7-200-216型PLC，它具有体积小、软硬件设计合理、编程简单、数据处理功能强、指令系统丰富、抗干扰能力强、使用方便灵活等特点。模拟量输入模块选用西门子EM231，它提供3个模拟量输入信道：A+、A-；B+、B- ；C+、 C-；对应地址由高到低排列，但具体地址下标则由扩展的输入模块个数和与PLC连接的先后顺序决定。设计中要用1块EM231，地址排列依次为AIW0（温度），AIW2（电流）。EM231和PLC主机通过专门的总线联接器直接相联。
四、主要参考文献目录
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五、毕业设计（论文）工作进度计划。（必须包含一定工作量的计算机知识综合应用环节）
1、开题论证阶段。 1～2周（共2周）
2、分析、研究、设计、实施、报告编写阶段。 3～10周（共8周）
3、11～12周：指导教师审阅论文，提出修改意见，学生编辑修论文，学生论文打印稿经指导老师评定之后交给评阅教师评阅。 11～13周（共3周）
4、毕业答辩阶段： 第14周（共1周）
5、毕业设计工作总结阶段。 15～16周（共2周）
