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空气压缩机通过自身机械能的转换提高空气压力，同时也产生了大量的热能。无油螺杆空气压缩机正常运行过程中，被压缩后的空气温度可达到170℃至190℃，为了保证装置地正常运行，设计安装了冷却塔系统，使得冷却水与高温空气、润滑油进行换热，降低空气与润滑油温度，而冷却水所带的热能排放到大气当中。由此可见，空气压缩机所产生大量热能的排放不仅浪费了能源，而且对环境造成了污染。 本文以无油螺杆空气压缩机作为主要的研究对象，对其内部热能回收系统进行完善与改造，从而实现热能的有效回收与利用，以达到节约能源、降低污染的作用。根据无油螺杆空气压缩机的工作流程及热能产生的原理，在后冷却器前端实现对热能的回收是最有效的热能回收方式。通过将二级压缩机后端的压缩空气管道引出，使用高效的余热回收装置进行热量回收，实现对空气压缩机废热回收的目的。将回收的热量为淋浴水进行加热，实现热量再利用，节省蒸汽的使用量，实现节能的效果。 自控系统主站设计采用西门子公司的S7-315-2PN/DP可编程控制器，配置一定数量的功能模块和通讯模块，完成设备和仪表的信号和数据采集及控制。控制程序通过梯形图和语句表二者之间有机结合的方式来完成。在关键工艺参数控制时，需要复杂控制算法，则采用语句表相应的控制功能；一般的逻辑控制则采用基本的语句表的方式实现。 本设计已经投入运行，热回收系统所回收的热量全部使用于淋浴系统中。从运行数据上看，效果较好。在系统投入运行前，每年淋浴的蒸汽使用量大概为1900t左右，投入运行后蒸汽使用量不超过100t，每年节约蒸汽使用量在1800t左右，每吨蒸汽的成本约为330元左右，每年节约成本为59.4万元。另外，空压系统进行热回收以后，空压系统冷却水水温也降低11℃，降低幅度为31%。冷却水的降低不仅仅减少了冷却塔风机的运行时间，还能够进一步促进空气压缩机的效率的提升。

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产气效率 废热回收利用 空气压缩机

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近年来，随着国家重点节能工程的重视，电机系统节能作为关键方向尤为突出。因此，变频调速技术进步很大， 变频调速供水技术的应用变得广泛。论文通过对某半导体企业的半导体加工设备制程冷却水系统的实际需求进行研究。 传统的恒速泵加压供水、高塔供水等方式，不仅系统自动化程度较低，供水可靠性不高，而且能量利用率低，易造成资源的浪费。有些供水系统通过设计加入单片机控制器虽然提高了系统的自动化，但系统可靠性偏低且对所应用的环境有较高要求。半导体设备属于高精密装置，其所需要冷却水的压力和质量较高。论文在对恒速供水系统的比较，以及对恒压供水系统的研究后，通过将PLC作为控制中心，变频器进行现场水泵机组调节压力，电动阀门进行水温调节，实现制程冷却水系统的恒压供水。同时，设计加入了基于以太网的InTouch远程监控系统，对系统的运行状态及相关参数进行实时反映，提高了整个供水系统的信息化管理。论文通过对系统相关需求进行设备选型，控制端采用低压电气控制设备、PLC、变频器、数字调节器，反馈端采用压力变送器、温度传感器，再加上执行端的电动机水泵机组等设备，组成整个制程冷却水系统。系统通过软硬件结合满足了 制程冷却水系统的功能需求。 论文首先通过对系统类型进行理论分析，选择闭式循环水系统模式，附属子系统在补水和换热方式上，分别设计选择纯水补充水和冷冻水换热，并对纯水补水系统和热交换冷冻水系统进行介绍，阐述了系统管路水温的换热方式。通过研究变频恒压供水系统的特点以及工作理论，阐述了电动机在运行状态下的输出功率与水泵旋转过程中的转速的联系，根据电动机输出功率正比水泵转速三次方的理论，分析了变频器恒压供水过程，阐述了供水的节能方式和变频器的工作原理。 其次，探讨了并联供水模式下四台水泵的有效供水状态和自动切换方式，介绍了系统主电路及变频器电路的设计思路，并进一步对PLC电路以及控制电路做了相关的理论阐述和设计，以设定压力和设定温度，反馈压力和反馈温度为控制目标，实时收集管路系统的压力和水温，采用PID算法对系统形成闭环控制系统。对制程冷却水系统软件I/O和寄存器进行设计分配，对PLC程序工作方式进行介绍，同时给出了水泵机组启停和控制程序的梯形图，并在制程冷却水系统恒压运行状态下，对控制程序增加了自动加减载切换程序，提高了系统自动可调能力。 再次，制程冷却水系统的远程监控选择InTouch的上位机监控，通过对其工作原理和应用介绍，设计了满足制程冷却水系统的压力、温度监控和调节控制等相关功能，并进一步设计设备通信模块，使得远程监测和异常警报等功能更完善。同时，设计新增历史曲线图的窗口记录，方便人员的记录和操作。 最后，对半导体加工设备制程冷却水系统的实际应用进行相关测试验证，包括系统管路压力调节和水温的控制试验，水泵机组控制电路的启停试验和电动机试车，做了相关记录试验介绍。 论文设计的半导体加工设备制程冷却系统是变频恒压控制，将现场监测和远程监控合而为一，不但实现了系统恒压供水的需求，且稳定性和自动化程度均较高。

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PLC 变频器 恒压供水 制程冷却水

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随着当前我国电网建设的全面展开及工程进度的加快，高压开关产业在发展中迎来了属于自己的行业机遇。为适应电力系统容量的扩大、技术复杂程度（包括智能化，自动化的产品）的提高，高压开关标准与试验方法也随之不断的变化和发展。建设高压电器试验站，来支撑企业产品的开发、研制、检测、定型工作，对促进行业技术进步，推动和规范行业良性发展都是十分必要的。 目前国内大容量试验站主要有三种类型：网络试验站、短路冲击发电机为试验电源的高压大容量试验站和振荡回路试验站。由于试验系统中一次设备比较多，各一次设备的控制系统均是由各设备生产厂家配套单独提供，控制系统区别较大，无法实现试验控制系统整体集中控制。而在大容量试验系统中，控制系统作为实验室的“神经”，对于试验系统的运行可靠性和自动化程度起着至关重要的作用，因此设计一套基于PLC的能够在中央控制室实现集中控制、监控的大容量试验控制系统，很有意义。 本论文以大容量冲击发电机试验控制系统为设计目标，构建基于可编程逻辑控制器，结合组态技术的大容量冲击发电机的试验控制系统，主要内容包括： 1）简要介绍了课题背景及意义，并对当前国内大容量试验站及其控制系统的概况做了简明阐述。 2）分别从发电机控制系统和试验控制系统两方面，分析了大容量冲击发电机试验控制系统的设计要求，并确定了PLC品牌、控制平台类型及其功能模块选型。 3）研究了大容量冲击发电机试验控制系统的控制方案，采用欧姆龙CS1G-CPU45H系列PLC，结合组态王软件，设计了试验控制系统界面、控制电气原理图和相关梯形图程序。 4）以12kV25kA的交流高压真空断路器的基本短路开断T100a为例，对试验控制系统进行调试，运行结果满足预期要求，验证了设计的合理性。 本文所设计的试验控制系统，完成了冲击发电机进行大容量试验的控制，实现了该系统上位机与下位机之间的通讯连接，实现整个试验系统良好的监控与运行，能够很好的满足开关试验的需要，达到了预期设计目标。实验证明本设计比较合理，有良好的实用价值。

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PLC 大容量 发电机 试验系统

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工程上采用的现有的成品焊接机器人，价格昂贵，设备体积大，应用范围有限。而目前市场上小型的自动焊接小车数字化控制程度低，经常需要人工手动调整。因此，为了减少工人工作量，改善工作环境，研究一款重量轻、小巧灵活且自动化程度高的焊接设备具有十分重要的意义。 本课题参考市场上已有的自动焊接机构，采用模块化的设计理念，设计出一款三轴联动的自动焊接机械手。分别设计了自动焊接设备的行走机构及轨道，焊枪的横向纵向调整机构，焊枪夹持机构等部分，并且利用SolidWorks三维设计软件对各部分零部件进行了实体建模。利用SolidWorks Simulation插件对各个零部件进行了静态有限元分析，并根据分析结果对各个零部件进行了结构改进。改进后的零部件，完全满足负载条件下的强度和刚度要求。三轴机械手的质量由原来的10.722kg减轻至8.626kg。 其次，依据改进后的结构，完成了三轴机械手各个零部件的加工，并组装成型，对组装完成后的焊接机械手的运行平稳性进行了调试和检测。 再次，采用三菱FX-3U PLC利用梯形图编程对机械手的运动控制部分进行了设计。焊接机械手的行走速度和焊接速度设置，前进后退，上下左右调节等操作都集成于人机交互界面上，操作更简单，参数修改更容易。 最后，对三轴机械手进行了实体试验，机械手基本满足要求各项性能指标。

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PLC编程 SolidWorks仿真 人机交互界面 三轴机械手

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随着自动控制理论、计算机技术以及电力电子技术的快速发展，以可编程控制器（PLC）为核心的控制系统在自动化控制领域中获得了越来越广泛的应用。安康水电站排水系统包涵多个子单元，承担着各渗漏水、检修排水集水井水位的控制任务，是保证水电站主设备安全运行的重要辅助设备。每个排水泵房依据集水井来水情况配置有2到4台排水泵，对排水泵采用继电接触器系统进行控制，继电接触器控制系统虽然简单、成本低，但可靠性差，也无法与上位计算机进行通讯。加之这些设备自电站1992年投产以来使用至今已有22年，设备已严重老化落后，缺乏备件，存在着重大的安全隐患，所以急需对排水设备的控制系统进行升级改造，使用更为可靠、先进的PLC控制系统，以适应水电站安全生产，适应少人值守以及智能化控制的要求。 首先对原有继电器控制系统进行了详细分析，掌握了排水系统的工作过程和控制逻辑关系，通过对PLC控制系统与原有继电器控制系统优缺点的分析比较，并考虑了设备换型等因素，决定采用以PLC为核心的控制系统对排水系统进行控制；根据排水系统的控制要求确定了需要采集的信号和控制对象，在此基础上并考虑控制系统后续扩充的需要选定了PLC的硬件配置方案，根据控制流程绘制了流程图，编写PLC程序及与监控系统的通信程序，设计了控制系统盘柜以及硬件接线图并对控制系统的更换改造提出了施工方案。 基于智能化控制的需要，介绍了电站上位机监控组态软件H9000 V4.0系统以及排水系统与上位监控计算机的通讯硬件配置，确定了上位监控计算机需要监测的每个排水子单元的变量，组态了上位监控计算机排水系统的监控界面。H9000 V4.0系统监控界面能实时显示各排水子单元设备的工作状态和参数，如排水泵控制方式，排水泵运行状态，集水井水位。对故障信号能记录在故障报警数据库中，供事后查阅。 模拟测试和实际运行表明该控制系统功能正确，可靠性高，维护简单，达到了预期的设计要求。基于PLC为核心的现场级控制系统在排水系统中的成功应用对电站设备改造具有积极意义。

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PLC设计 监控系统 可编程控制器 排水系统 梯形图

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离散事件系统监督控制理论自20世纪80年代由Wonham教授与Ramadge教授提出以来便激起了控制界对离散事件系统的研究热潮。自动机与控制论的结合为离散事件系统的分析与综合开辟了新的研究思路。尽管离散事件系统监督控制的理论研究取得了长足的进展，但其工业应用的研究与探索仍较少，因此研究如何将该理论运用于实际工业控制对于推动该理论发展具有重要意义。在离散事件系统监督控制理论诞生之前，对离散事件系统的设计主要基于设计者自身的逻辑判断，当系统规模很大时，人脑已无法准确有效地得出系统的运行逻辑。而监督控制理论可根据系统的组成以及提出的控制要求自动运算出系统最优的运行逻辑。本文主要考虑如何将系统运行逻辑对应的监督控制器转换为PLC梯形图。本文首先介绍了离散事件系统监督控制理论中的集中监督控制、分散监督控制与递阶监督控制的理论基础与算法实现，针对这三种监督控制方法提出了各自的PLC实现思路。由于实际应用中某一时刻只允许有一个可控事件发生，而所得到的监督控制器往往在某一状态有多个可控事件具备发生资格，本文就同一状态可控事件的选择问题进行了深入的研究。为了验证三种监督控制PLC实现方法的正确性，本文将提出的方法应用于物流分拣装置，运行结果表明上述方法能够满足实际控制要求。此外，本文从控制器规模等角度对这三种监督控制进行了对比，为监督控制理论运用于其他离散事件系统提供了参考。

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离散事件系统集中监督控制分散监督控制递阶监督控制可编程逻辑控制器

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五轴加工中心是一种加工速度快、精度高，可用于加工复杂曲面和异型零件的先进数控机床，是加工发动机叶轮、螺旋桨、大型转子等精密部件的主要设备。随着我国制造业的发展，中低档经济型数控机床已不能满足用户需求，所以研制出具有自主知识产权的五轴加工中心数控系统尤为重要。本论文学习并分析了基于Windows CE 4.2的五轴加工中心控制软件，基于Windows CE 5.0进行了部分控制软件功能模块的移植工作。数控系统的内装式PLC采用DSP开发，本论文针对内装式PLC存在的问题进行了研究，提高了内装式PLC的运行速度，解决了内装式PLC的卡死问题，通过修改PLC与CNC的数据交换流程，对进一步加快内装式PLC的运行速度进行了初步的探讨。本论文针对在五轴加工中心上应用出现的问题，对运动控制板与PLC板的连接、换刀功能等进行了测试，加入了启动时六轴坐标值置零与六轴运动回零功能。五轴加工中心数控系统已在实际工业装备上得到了应用，本论文在Windows CE 5.0环境下已经移植了加工中心数控系统的部分功能，通过改进内装式PLC扫描梯形图基本指令的时间从41um减少到了28um，加快了PLC的运行速度。

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数控系统Windows CEPLC调试

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随着模具工业对表面质量和高速加工要求的提高，这几年高速数控模具雕铣法发展很快，而且应用面也越来越广。大型高速模具雕铣机所需的数控系统在国内是一个空白，全部被欧洲、台湾的厂家全部垄断。开发高速模具雕铣机用高性能数控系统具有很重要的经济价值和广阔的应用前景。本文首先论述了高速雕铣机数控系统的硬件组成，为了兼顾复杂形面高速加工功能和开放性提出了一种控制软件结构。首先从系统软件开放性的特点出发，对数控系统译码过程中的译码、刀补、NC代码的转换功能进行模块化设计，将可编程逻辑控制模块设计为动态链接库，以增强系统的可移植性和兼容性，构建了操作面板、PLC下位机、CNC以及PLC编译软件之间的通信模块，并解决了大段G代码程序无法正常运行的问题。其次为提高代码的加工效率和复杂形面加工功能，扩充了译码模块的功能，增加了固定循环功能以及一些复杂G代码的译码功能，方便用户加工零件NC代码编程，为提高数控系统的加工精度，设计实现了螺距补偿和间隙补偿功能。最后详细的介绍梯形图监控软件，设计并实现了通信模块、监控模块以及下传模块软件构架及实现。为了增强软件的易用性，增加了梯形图节点注释的智能同步功能。论文的研究工作已经在搭建的测试平台上进行了测试，测试表明设计方案合理，可编程逻辑控制器PLC编译软件已经进行了现场测试，满足设计的各项指标并能稳定运行。

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柔性数控系统译码模块高速切削

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目前随着生产自动化水平的提高，可编程控制器（PLC）以其简单的外围电路、模块化的结构、高度的可靠性、尤其是可以方便的实现顺序控制等特点，在工业控制中占据着举足轻重的地位。PLC编程软件朝着模块功能多样化、智能化、人机交互性能好等方面迅速发展。本文紧跟PLC的发展趋势，在课题组自主开发的一款PLC编程软件——PERECPLC软件系统的基础上，对该款软件系统的上、下位机两侧作了重要的改进。本文首先简要介绍了PLC的特点、国内外开发现状，列举了国内外两款成熟的PLC编程软件，然后概述了PERECPLC编程软件的开发现状，提出了改进的方案。方案涉及的增量开发主要表现在以下几个方面：首先，在上位机编程软件方面，设计了数据编辑器代替原有的局部变量表和全局变量表，引进了定位型变量、非定位型变量、自定义功能块、自定义数据类型等概念，优化了梯形图程序的组织结构；增添了中断、定时器、计数器等元件指令，修正了梯形图语言转C语言的动态链接库模块；其次，在下位机软件方面，定义了完整的PLC测点数据结构，设计了合理的数据使用方式，开发出了PLC应用程序的组织结构和代码本身；再次，增添了上、下位机联机通信模块，主要包括扩联机通信界面、数据监控表两部分。最后，利用软件工程中基本的软件测试方法，对软件系统进行了单元测试和系统测试，并给出了测试结果。目前对PERECPLC软件系统所进行的增量开发达到了预定的设计要求，整个系统工作正常、稳定，用户界面友好、操作方便。本文的工作为PERECPLC软件系统的市场化进程做了有益的探索和积极的尝试。

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可编程控制器数据编辑器联机通信增量开发

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针对钢管柔性生产的入口段张力控制问题,采用模糊控制方法,研究了由多台电机组成的恒张力控制系统模型,并给出了相应的二维模糊控制器设计方案,在此基础上完成了实验平台的搭建和算法的梯形图实现工作.SIMULINK仿真显示系统的超调量Mp<16%,调节时间小于35Ts,上升时间约为7Ts,结果表明所采用的模糊控制算法满足控制要求.测试表明改进后的控制器能够满足实际系统快速、稳定、准确的控制要求.

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精确柔性成型 模糊控制 张力控制

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