毕业设计（论文）-液压推板式隧道电阻炉计算机监控设计.doc

四川大学网络教育学院本科（业余）毕业论文（设计）任务书课题名称：计算机微机监控专业：电气工程及自动化年级：0709姓名：梁爱民毕业论文（设计）选题目的与意义通过计算机监控设计，巩固计算机监控理论知识，并掌握计算机监控的实际运用方法，加强运用所学知识综合分析和解决实际问题的能力、科学研究的初步能力和一定的创新能力。本选题与科研、生产和社会实际相结合，来自实际工作并对实际工作有指导和借鉴的意义。资料收集情况（含指定参考资料）(1) 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS用户手册.2003(2) MITSUBISHI可编程控制器使用说明书(3) 上润温度控制表使用说明书(4) 昌辉多回路巡回检测仪使用说明书(5) 于海生主编：微型计算机控制技术，清华大学出版社，1999.3 (6) 周明德主编：微型计算机系统原理及应用，清华大学出版社，2007.1毕业论文（设计）的完成计划：20090716-20090804 完成论文提纲20090807-20090902 完成论文初稿20090907-20090929 完成论文终稿按受任务日期 2009 年 07 月 08日 要求完成日期 2009 年09月 29 日学 生 梁爱民 （签名） 2009年 07月 08 日指 导 教 师 （签名） 年 月 日院 长 （签名） 年 月 日四川大学网络教育学院 本科生(业余)毕业论文（设计）题 目 液压推板式隧道式电阻炉 计算机监控设计 办学学院 四川大学 教学部（校内/校外）深圳奥鹏直属学习中心 专 业 电气工程及自动化 年 级 0709 指导教师 李远弘 学生姓名 梁爱民 学 号 DH1072j2001 2009年 07月26日四川大学网络教育学院本科生毕业论文 液压推板式隧道电阻炉计算机监控设计学生：梁爱民 指导教师：李远弘 摘 要全自动液压推板式隧道电阻炉是完成陶瓷器件烧成工艺的自动化生产线，设备占地面积小，操作方便，具有热效率高、适应性强、烧制质量好、控温精确等优良特点。循环推进、送料装置控制采用MITSUBISHI PLC（可编程控制器）作为控制核心，抗干扰能力强，动作可靠。配有计算机监控系统，对设备运行状况进行实时监控和记录，以及设备运行参数进行设定。这里主要介绍其计算机监控系统的设计，以加强对计算机监控系统的设计运用的理解。关键词：MITSUBISHI PLC、工业计算机、控制系统Automatic hydraulic propelling tunnel resistance furnace industrial computer control system designStudent: Aimin Liang Supervisor: Yuanhong Li Abstracts Automatic hydraulic propelling tunnel resistance furnace is a automatic production line which is used for firing the chinaware,It needs little floor area to occupied, nor special foundation and has many advantages such as easy to operation, high heating efficiency, high quality burned products, and high controlling precision etc. The MISUBISHI PLC is employed as the controlling core for cycle propelling and feeding to realize high reliable effects and stronger anti-inerference capabilities. The industrial computer control system will monitor, control, record and setting parameters for the all production line. In this article, we introduce the industrial computer control system design for the Automatic hydraulic propelling tunnel resistance furnace for strengthen apprehend about the industrial computer control system design.Keywords: MISUBISHI PLC、industrial computer、control system 目 录前言计算机控制技术的发展及应用第一章1.1 液压推板式隧道电阻炉系统构造原理1.2液压推板式隧道电阻炉系统功能1.3液压推板式隧道电阻炉系统控制要求 第二章2.1液压推板式隧道电阻炉监控系统数据采集2.2液压推板式隧道电阻炉监控系统数据处理2. 3液压推板式隧道电阻炉监控系统显示功能2. 4液压推板式隧道电阻炉监控系统报警功能2. 5液压推板式隧道电阻炉监控系统控制功能 第三章3. 1液压推板式隧道电阻炉监控系统硬件设备结构设计3. 2液压推板式隧道电阻炉监控系统硬件设备介绍及设备性能。3. 3液压推板式隧道电阻炉监控系统硬件工作原理 第四章4. 1监控系统软件功能介绍4. 2软件程序主要流程图及画面组织 第五章5. 1液压推板式隧道电阻炉监控系统的调试、运行管理5. 2液压推板式隧道电阻炉系统故障及处理5. 3 液压推板式隧道电阻炉监控系统控制效果 第六章6. 结论参考文献前言随着科学技术的进步，人们越来越多的用计算机来实现控制系统，因此，充分理解计算机控制系统是十分重要的。近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的变革。人们利用这种技术可能完成常规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到的性能指标。随着计算机技术、高级控制策略、现场总线智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平也在不断的提高。计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在恒温控制、化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在工业生产中发挥越来越显著的作用。在满足液压推板式隧道电阻炉连续、安全、稳定的前提下，本文介绍了集工业控制计算机、组态软件、PLC（可编程控制器）于一体的液压推板式隧道电阻炉的自动监控系统的设计。第一章1.1 液压推板式隧道电阻炉系统构造原理。隧道窑是一种连续式窑炉，由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成，主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷、陶瓷元器件等烧制。隧道窑的控制涉及传动控制，温度控制以及其它控制。传动控制使用PLC控制液压系统推板式进行产品的循环推进；温度控制使用温度控制器及功率调整器对作为加热元件的电阻硅碳棒加热控制，配制排烟风机、助燃风机、急冷风机、抽热风机、快冷风机等用于温区的辅助温度控制；其它细节控制均由PLC程序控制来完成。设备主体结构见下图：前液压推进器温区后液压推进器传送带取料工作台 设备主体结构图（俯视图）1.2液压推板式隧道电阻炉系统功能。1.2.1温度控制:稳定工作温度范围450-1350摄氏度,能精准的控制各温区温度在规定的设定温度偏差范围内（5摄氏度）,并能在工控机上设定不同的工艺温度曲线进行温区的自动控温,也能进行手动控温。温度状态及异常情况均要求能在工控机上监控、记录及报警。1.2.2传动控制：全自动稳定的循环推进方式，也能进行手动推进，能对推进速度进行调节，装设前后两个推进控制操作台并能在工控机上进行相关操作及设定，动作状态及异常情况均要求能在工控机上监控、记录及警报。1.3液压推板式隧道电阻炉系统控制要求。采用工业控制计算机、控制面板、控制柜继电元件、PLC、温控器等实现对设备状态的实时记录、状态监控、操作控制、检测、报警反馈等。第二章2.1液压推板式隧道电阻炉监控系统数据采集。 数据采集主要有温度采集、电阻值采集、开关量采集。2.1.1温度采集方式：每个温区分上、中、下三路采用热电偶传感器进行测温采集，其中上、下测量温度信号经补偿导线直接进入温度控制器，中间测量温度经补偿导线进入温度信号采集仪表然后送入工控计算机进行相关监控、计算及反馈给温控器。本设计采用与温控器（CHINO LT35030S00-10A）匹配的WRN2-122、WRP2-122两种型号的K型热电偶。采集信号利用温控器、温度信号采集仪表内部程序根据热电偶型号、测量温度范围设定后自动校正及标度变换。热电偶WRP2-122采集器工控机热电偶WRN2-122温控器 信号采集原理图2.1.2电阻值采集方式通过对电流及电压的采集取得电阻值数据通过仪表通信送入工控计算机进行监控、计算及记录。电流采集方式：每组加热电阻丝电流由测量电流信号经电流变送器进入信号采集仪表。本设计采用电流变送器型号：WP201IC20(0-5AAC)，采用信号采集器型号：SWP-SPC2000(16路)。采集信号利用信号采集仪表内部程序根据热电偶型号、测量温度范围设定后自动校正及标度变换。电压方式采集：每组加热电阻丝电流由测量电压信号经电压变送器进入信号采集仪表。采用电压变送器型号：WP201IC20(0-300V)，采用信号采集器型号：SWP-SPC2000(16路)。采集信号利用信号采集仪表内部程序根据热电偶型号、测量温度范围设定后自动校正及标度变换。2.1.3开关量采集方式：开关量信号直接进入PLC信号采集模块并经通信接口进入工控计算机。2.2液压推板式隧道电阻炉监控系统数据处理数据处理主要利用信号变送器及采集仪表进行数据的滤波、稳定保持、送入工控计算机后利用组态软件内部数据库管理系统功能根据监控需要进行数据变换、数字滤波、冷端补偿、控制计算等。数据变换：指由信号变送器及采集仪表送入工控机的数据如温度、压力、电流、电压，并不是实际的温度、压力、电流、电压单位的工程值，而是一组数值，需要在组态软件中进行数据的预处理，即进行比例单位的变换、标度的变换（线性变换及非线性变换等）后才能为人所识别、理解并进行相应的控制计算。数字滤波：一般微机应用系统的模拟输入信号中，均含有种种噪音和干扰，它们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪音和干扰。对于随机干扰，我们可以用数字滤波方法以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。例如算术平均值、中位值滤波法，还有限幅及惯性滤波法等。冷端补偿：这里主要指对温度测量值的线性及非线性补偿。控制计算：指根据设备运行要求及运行状况，建立相应的控制算法，进行如温度、压力、电流、电压的自动控制等。如PID调节器，就是根据工艺温度控制的要求及当前温度，建立了温度控制算法，通过计算实际温度与设定温度的温差幅度自动调节温控器温度升温与降温速度。2. 3液压推板式隧道电阻炉监控系统显示功能。 监控系统为全面掌握整个系统的运行工作状况，将实时监测并采集各温区有关工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将设备的图形连同相关运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。2. 4液压推板式隧道电阻炉监控系统报警功能。 监控系统的诊断故障与报警管理：主控中心可以显示、管理、传送窑炉运行的各种报警信号，从而使窑炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使操作者对于窑炉运行的各种问题、性能了如指掌。为保证窑炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。2. 5液压推板式隧道电阻炉监控系统控制功能。 监控系统能综合分析及时发出控制指令，监控系统根据监测到的窑炉运行数据（包括温度、压力、排风量、推进速度等），按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节窑炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。温度的控制原理图如下：监控系统PID调节器温控器电阻加热器热电偶温度变送采集器调功器 温度控制原理图温度变送器原理：把系统中检测到的模拟信号，经过如下变换过程变成二进制数字信号，经接口送往计算机。模拟信号 PC总线 变送器 I/V变换 多路转换器 采样保持器 A/D转换器 接口逻辑电路PID调节器原理：根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制简称PID控制，是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。在工业系统中，常常采用数字PID调节器进行相关温度等控制。原理图： r(t) e(t) u y(t) PID增量算法 调节器 对象被控第三章3. 1液压推板式隧道电阻炉监控系统硬件设备结构设计。监控系统硬件设备结构由研华工控机(IPC610)、显示器、打印机、三菱PLC（FX2N-128MR-001）、CHINO温控器（LT35030S00-10A）、热电偶（科达 WRN2-122、WRP2-122）、调功器（汇科 GEHK-380V-100A）、电流变送器（WP201IC20 0-5A AC）、电压变送器（WP201IC20 0-300V）、多路信号采集器（SWP-SPC2000 16路）、数显仪表、三菱通信模块（FX2N-485BD）、PC/PPI电缆、控制柜等组成。硬件配置图如下：显示器SAMSUNG打印机EPSONCRT COM3 COM4COM1COM2 COM5LPT COM6LAM 硬件配置图IPC610：工业控制主机，主要用于设备运行数据的处理、运算、记录及设备的操作等，为设备控制的核心主件。LT35030S00-10A:温度采集控制器，主要用于温度的采集、处理、控制。WRN2-122:温度热电偶，主要用于温度的测量。GEHK-380V-100A:调功器，主要用于对电阻丝输出功率的调整，配合温度控制器进行温度的自动控制。FX2N-485BD:PLC通信模块，用于PLC与IPC610控制主机的通信。FX2N-128MR-001:PLC控制模块，用于执行上位机控制指令、开关量信号采集反馈、数据处理、自动控制程序等。SWP-SPC2000:带通信模块的多路信号采集器，包括开关量信号、模拟量信号等，主要用于对电阻丝运行中电压、电流的采集，以便能计算出电阻丝电阻值的变化。WP201IC20 0-5A AC:电流信号变送器，用于电阻丝运行电流信号的采集与变送，配合多路信号采集器进行运行电流数据的处理。电流信号采集原理：WP201IC20 0-300V:电压信号变送器，用于电阻丝运行电压信号的采集与变送，配合多路信号采集器进行运行电压数据的处理。电压信号采集原理：开关量信号采集器：用于开关量信号的采集。开关量信号采集原理为通过数字电子技术将其转换为高低电平，然后是以二进制数的形式存入计算机中。显示器：用于显示设备运行数据。打印机：用于打印设备运行数据或历史记录。3. 2液压推板式隧道电阻炉监控系统硬件设备介绍及设备性能。 上位机采用研华工业控制计算机，具有性能稳定配置高、抗干扰能力强等优点，主要实现整个系统的数据监视和参数设定工作；下位机采用三菱公司的FX2N系列的FX2N-128MR-001可编程控制器，它具有功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强等多方面优点，本系统主要采用它作为数据采集、控制回路、自动顺序操作和数据运算的功能,其配备的FX2N-485BD通信模块具有通信速度快，响应时间周期短等良好的稳定性能；温控器采用CHINO公司的LT35030S00-10A，良好的PID调节功能及模拟量输入/模出功能，高温条件下稳定的工作能力;温度测量仪表采用上润仪表SWP-SPC2000进行数据的采集，据有良好的数据处理能力及滤波能力，高温环境下抗干扰性能优越等特点。3. 3液压推板式隧道电阻炉监控系统硬件工作原理。监控系统通过与数据采集器、控制仪表、可编程控制器等通信收集相关设备状态参数，如各温区实时温度、液压系统动作状态、炉内压力、报警信息等，将收集的数据信息通过一定的控制规律、算法、进行数据的分析计算，然后再通过与相关控制仪表、可编控制器通信输出相应的控制指令、从而达到监控设备自动运行的目地。第四章4. 1监控系统软件功能介绍。 计算机监控系统软件采用昆仑通态MCGS 5.1中文版开发而成。MCGS全中文工业自动化控制组态软件为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件，可稳定运行于Windows95/98/NT操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。4. 2软件程序主要流程图及画面组织。本系统采用菜单和切换按钮并行的方式，方便进行操作。它可以完成推进系统的监视，温度控制的自动调节，工艺的配方操作，完成生产过程中的工艺记录和报警的报表，查看温度控制的历史和实时曲线，并配有帮助信息。在设计软件只需进行相应的动画效果设计及数据库与外设备的连接及相关表达式的建立，每一步均有功能帮助指引，非常方便