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一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献）
1、 选题背景：
在全球制造业的迅猛发展背景下，特别是汽车、电子和家电等行业的繁荣推动下，涂装工艺的需求不断增加，并对涂装质量和效率提出了更高的要求。PLC（可编程逻辑控制器）作为工业自动化领域的核心控制设备，具有体积小、重量轻、应用灵活、抗干扰性强以及连续工作可靠性高等优点，在涂装控制系统中的应用日益广泛。消费者对产品外观和质量的追求，使得自动化涂装技术的市场需求持续增长，特别是在电子、汽车、医疗和航空航天等领域，对涂装工艺的品质和生产效率的要求更高。
随着环保意识的提升，企业对涂装过程中的废气、废水等排放要求更加严格，这需要设计更加环保和节能的自动涂装控制系统。同时，随着物联网、大数据和人工智能等技术的普及和应用，涂装行业也逐步向智能化和数字化方向发展，PLC的应用将进一步深化。
尽管自动涂装技术已经取得了一定的进展，但在涂布均匀性、涂装效率和涂层质量等方面仍存在技术瓶颈，需要不断优化和创新。通过引入先进的传感技术、图像处理技术和智能控制算法，可以进一步提升自动涂装系统的性能，满足不断变化的市场需求和严格的环保要求
2、 文献综述：
2.1、国内文献综述
《全自动涂装设备用控制系统的控制方法》（李业军,张新华,谢清,卢长春,何镜锋,吴超新,刘宁，2018）
该文献提出了一种全自动涂装设备用控制系统的控制方法，系统包括PLC控制单元、传送单元、喷漆单元、喷漆伺服单元与操控单元。操控单元发出指令，PLC控制单元根据指令控制传送单元、喷漆伺服单元与喷漆单元配合完成喷漆工作。此外系统还包含上下料单元、翻转单元以及激光传感器与光电传感器，以提高工件定位准确性。研究表明，该系统实现了上料、传送、喷漆、翻转、下料的全自动工作流程，显著提高了生产质量与效率。
《基于PLC的自动涂装控制系统设计》（刘淇名，2019）
本文旨在开发一款满足中小型企业需求的自动涂装系统。研究在原有半自动涂装系统的基础上进行改进，利用TIA博途平台构建工控网络，增加PID控制用于涂料存储输送部分的液位控制。通过PLC对模拟控制量的闭环控制，提升了涂装出料环节的稳定性。此外改进了涂装环节，使用单轴伺服系统搭配转盘电机对工件立体面进行加工。系统采用西门子S7-300系列CPU314C-2 PN/DP为主站，结合WINCC人机界面，实现了自动涂装系统的完整生产流程，解决了喷涂稳定性、单轴涂装效率及水平喷涂稳定性等问题。
《电气设备自动控制系统中PLC的设计与应用探究》（王珺，2015）
该文献分析了PLC控制系统在实际应用中的优势，如适应性强、高性价比、体积小等，并探讨了其在电气设备自动控制系统中的应用。研究表明，PLC的应用能有效提高系统整体性能，满足企业对系统运行效率的需求。
《浅谈电气设备自动控制系统中PLC的设计与运用》（石磊，2016）
本文着重分析了电气设备自动控制系统中PLC的设计与应用。随着自动化技术水平的提升，PLC控制系统因其适应性强、性价比高、体积小等特点，在电气设备自动控制系统中得到广泛应用。研究为相关领域的工作提供了参考。
《一种全自动涂装设备》（刘成章,占菊凤，2015）
该文献介绍了一种包括PLC控制系统、清洗箱与旋转装置的全自动涂装设备。PLC控制系统通过变频器与编码器控制横动电机，提高喷涂均匀度。设置旋转装置与清洗箱，保证了铸件的清洗效率。研究表明，该设备能根据实际升温时间自动开启加热系统，显著提高涂装效率与质量。
《自动涂装系统的PLC控制》（陈娟，2021）
本文研究了自动涂装系统中PLC的控制应用。系统采用一个主站加两个从站的控制系统，上位界面采用MCGS组态软件实现监控功能。S7-300作为主站负责数据交换，S7-200SMART SR型PLC负责接通交流接触器线圈，S7-200SMART ST型PLC负责伺服与步进控制。研究表明，该系统能有效实现自动涂装过程。
2.2、国外文献综述
《Development and application of coating thickness control system for cold rolling continuous galvanizing line》（Jing, Fei, Yan, Zhang, Jun-Sheng, Wang, Da-Wei, Qin, Yong-Gang, Hou, Han-Bing, X. U., 2016）
研究内容：该研究主要针对冷轧连续镀锌生产线的涂装厚度控制问题。作者通过FLUENT软件对气喷擦拭过程进行数值模拟，分析了影响涂装厚度精度的关键因素。在此基础上，采用空气刀压力前馈控制与Smith预测补偿控制方法，建立了涂装厚度控制系统的关键模型。利用LABVIEW软件开发系统，实现了涂装厚度的精确控制。生产结果表明，该控制系统的应用显著降低了涂装厚度的偏差，取得了良好的控制效果。这不仅满足了提高产品表面质量的需求，还在降低成本与减少锌原料消耗方面具有重要意义。
《Automatic control system for a pipe's inner surface coating》（Zaretskaya, M. I., Skvortsov, B. V., 2017）
研究内容：该文献探讨了基于稳定涂装材料在产品腔体内速度的理论基础，以实现对管材与其他空心产品内表面涂装的控制。作者考虑了温度与粘度的影响，设计了一种能够自动补偿涂装厚度变化的装置。文中详细描述了涂装厚度与温度与材料速度之间的依赖关系，并在MATLAB + SIMULINK环境中进行了系统仿真。通过优化系统增益与液位传感器灵敏度，最小化了控制系统的动态误差，从而提高了涂装控制的精度与稳定性。
《Continuous Integration for PLC-based Control System Development》（Schofield, Brad, 2022）
研究内容：本文介绍了持续集成与持续部署（CI/CD）在工业控制系统开发中的应用。作者指出，尽管CI/CD在软件工程中已广泛应用，但在工业控制系统开发中尚未普及。文中详细描述了一个完整的CI/CD流程，该流程能够自动构建Siemens PLC项目，将程序下载到PLC，并通过Simulation Unit Profibus模拟器与Simatic NET提供的OPC UA接口运行一系列测试。为了实现这一目标，作者使用gRPC服务封装Simatic API，提供了从管道到PLC项目的接口，并创建了Python封装器用于Simulation Unit API与OPC UA接口，使测试套件得以在Python中实现。以基于Siemens S7-300 PLC的粒子加速器联锁系统为案例，展示了该概念的实际应用。
《Design and Development of Control System for Pneumatic Manipulator Based on PLC》（Qing-Ke, Yuan, Chong, Zhao, Li-Ren, Lin, 2015）
研究内容：该研究旨在开发一种简单灵活的气动机械手，用于注塑机。作者详细阐述了基于PLC的气动机械手的组成与控制要求，建立了气缸驱动系统与控制系统的原理图，分析了PLC的输入输出信号与类型，设计了PLC控制系统的接线图、控制程序与状态转换图。通过使用电磁阀进行气路转换，优化了结构，利用PLC提高了控制系统的灵活性，并通过非接触传感器接收信号，实现了远程控制。该系统在提高生产效率与操作灵活性方面具有显著优势。
《Mobile function block for a plc based distributed control system》（George, L. O., Yan, L. U., Dong, Wei, 2017）
研究内容：本文描述了一种基于PLC的分布式控制系统中的移动功能块方法及其架构。每个配置有移动功能块（MFBs）的PLC可以转发与执行来自其他PLC的MFBs。为了实现MFB在通信总线上的移动性，每个配置有MFBs的PLC需要配置一个通信功能块（CFB）与一个MFB目录数据块。每个PLC维护一个MFB目录数据块，用于存储其MFB目录，当其他PLC发送请求以检查所需MFBs的可用性时使用。该方法提高了系统的灵活性与可扩展性，为分布式控制系统的设计与实现提供了新的思路。
3、 论文大纲
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的和意义
第二章 PLC技术概述
2.1 PLC的基本概念
2.2 PLC的发展历程
2.3 PLC的工作原理
2.4 PLC在自动化中的应用
第三章 自动涂装控制系统的组成
3.1 系统框架
3.2 主要硬件组件
3.2.1 传感器与执行器
3.2.2 控制单元
3.2.3 通信模块
3.3 软件系统
3.3.1 控制算法
3.3.2 人机界面设计
第四章 PLC在涂装控制中的实现
4.1 控制方案设计
4.1.1 布局设计
4.1.2 控制策略选择
4.2 涂装工艺流程
4.3 系统集成与调试
4.3.1 硬件集成
4.3.2 软件调试
第五章 结论
参考文献
致谢
4、参考文献
[1]李业军,张新华,谢清,卢长春,何镜锋,吴超新,刘宁.全自动涂装设备用控制系统的控制方法[G].2018.
[2]刘淇名.基于PLC的自动涂装控制系统设计[T].2019.
[3]王珺.电气设备自动控制系统中PLC的设计与应用探究[J].中小企业管理与科技, 2015(35):1.
[4]石磊.浅谈电气设备自动控制系统中PLC的设计与运用[J].环球市场, 2016.
[5]陈志帮.型钢自动化涂装生产线设计[T].2022.
[6]刘成章,占菊凤.一种全自动涂装设备[G].2015.
[7]陈娟.自动涂装系统的PLC控制[J].濮阳职业技术学院学报, 2021(4):6.
[8]耿青涛,肖军,耿青红,侯晓静.自动涂装系统的设计[J].电气传动自动化, 2019(3):7.
[9]张娜.电气设备自动控制系统中PLC的设计与运用分析[J].电子技术与软件工程, 2015(6):1.
[10]柯丽媛.自动化控制系统中PLC技术的应用[J].集成电路应用, 2023(10):228-229.
[11]宋逸.管道内壁自动涂装机器人[G].2016.
[12]张少锦,王伟,朱世峰,王勇,陈小伟,韩永平,赵超,韩涛,李双,姚建勇.桥梁自动涂装系统[G].2021.
[13]邓洪波,张浩浩.一种基于工业物联网的柔性涂装自动控制系统的实现方法[G].2022.
[14]陈灿威.一种自动喷涂系统喷涂不良检测的方法和技术[C].2018.
[15]赵乾,李喜鸽.现代电气控制及PLC应用技术[J].信息记录材料, 2017(2):2.
[16]周军.电气控制及PLC[B].2015.
[17]罗正延.试论PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程, 2015(11):1.
[18]张振国.PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程, 2015(9):1.
[19]覃桂全.电气自动化设备中PLC控制系统的应用分析[J].时代农机, 2015(12):2.
[20]黄诚雄.一种PLC控制系统以及PLC扩展总线实现方法[G].2018.
[21]刘鲁,常晓玲.基于工业控制网络的立体仓库堆垛机PLC控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术, 2015(1):4.
[22]樊莉.DCS和PLC控制系统在冶金自动化中的应用[J].工业设计, 2016(1):2.
[23]陈丽.PLC控制系统编程与实现[B].2020.
[24]周柏青,李方园.PLC控制系统设计与应用:西门子S7-200/1200[B].2015.
[25]左一凡,宋帆.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用[J].科技创新导报, 2018(7):2.
[26]Jing, Fei,Yan, Zhang,Jun-Sheng, Wang,Da-Wei, Qin,Yong-Gang, Hou,Han-Bing, X. U..Development and application of coating thickness control system for cold rolling continuous galvanizing line[J].Iron & Steel, 2016.
[27]Zaretskaya, M. I.,Skvortsov, B. V..Automatic control system for a pipe's inner surface coating[J].Pleiades Publishing, 2017(2):.
[28]Schofield, Brad.Continuous Integration for PLC-based Control System Development[J].2022.
[29]Qing-Ke, Yuan,Chong, Zhao,Li-Ren, Lin.Design and Development of Control System for Pneumatic Manipulator Based on PLC[J].Instrument Technique and Sensor, 2015.
[30]George, L. O.,Yan, L. U.,Dong, Wei.Mobile function block for a plc based distributed control system[J].2017.
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