基于工业以太网的碳化炉温度监控系统的设计与研究

论文摘要

工厂现有的碳化炉是以电气仪表控制为主的关键设备。传统的碳化炉监控系统靠的是工人的手动调节和人工报警等,随着工业现代控制的高速发展,这些设备手工的现场控制技术已不能远远满足实际的工作需要。为进一步提高生产设备的自动化程度,实现生产数据的集中控制和保护,有必要研发一套可实时监控的碳化炉温度监控系统。硬件的实现上,碳化炉通过温度传感器采集现场温度数据,传至温度控制仪表或温度记录仪,温度控制表和记录仪则通过以太网服务器而后经网卡将数据传至上位工控机。工业以太网所具有的低成本,高时效,高扩展性以及高智能性的特点,使得本监控系统的控制更可靠,布线更方便,维护也更便利。软件的设计上,采用了力控组态软件。组态软件具有强大的画面显示组态功能和丰富的功能模块,支持多种通信协议。通过组态软件的使用,本系统实现了温度数据实时显示,历史数据查询以及打印输出等功能。温度记录仪用来采集和记录现场温度传感器的数据,经以太网服务器可以很方便地将数据上传到上位机,采用的通讯协议为MODBUS协议。而温度的控制功能则是通过OPC来实现的。下位机的温度控制功能由温度控制器来实现,温度控制器和上位机的数据交换通过OPC来进行连接。最后,针对温度监控系统经常出现的传感器故障问题给出了相应的解决办法。根据本系统的实际,即碳化炉中传感器的分布情况,采用RBF神经网络预测的方法实现双传感器的故障诊断,通过比较神经网络的预测输出和传感器的实际输出即可判断传感器的故障情况。碳化炉温度监控系统已交付给用户,经过一段时间的使用,本系统硬件,软件均运行良好,达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 温度监控的必要性
• 1.2 温度监控的研究现状和发展趋势
• 1.3 本课题研究的意义和主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 碳化炉温度监控系统的总体设计
• 2.1 系统的设计原则
• 2.2 分布式控制系统概述
• 2.3 温度监控系统硬件的整体组成结构
• 2.3.1 系统设计实施的原则
• 2.3.2 监控系统的基本功能
• 2.3.3 系统硬件部分的实现
• 2.4 工业以太网简介
• 2.4.1 工业以太网的产生背景
• 2.4.2 工业以太网的优点
• 2.4.3 以太网服务器介绍
• 2.5 本章小结
• 3 上位机组态软件的设计与实现
• 3.1 系统软件设计需求与原则
• 3.2 组态软件简介
• 3.2.1 组态软件的任务以及功能特点
• 3.2.2 主要组态软件产品
• 3.2.3 力控组态软件
• 3.3 组态软件图形显示界面设计
• 3.3.1 主画面模块
• 3.3.2 趋势曲线模块
• 3.3.3 数据库模块
• 3.3.4 温度控制模块
• 3.3.5 数据查询及备份模块
• 3.3.6 I/O通讯模块
• 3.4 本章小结
• 4 温度控制仪表与组态软件的通讯以及数据采集设置
• 4.1 串行通信接口RS-485 介绍
• 4.2 MODBUS通讯协议简介
• 4.3 OPC介绍
• 4.4 数据采集设置
• 4.4.1 以太网服务器的设置
• 4.4.2 PC机的OPC设置
• 4.4.3 OPC Client--组态软件设置
• 4.4.4 第三方OPC服务器--itools软件设置
• 4.5 组态软件通讯接口设置
• 4.5.1 温度记录仪的接口设置
• 4.5.2 温度控制表的接口设置
• 4.6 本章小结
• 5 碳化炉温度传感器故障诊断模型的研究
• 5.1 人工神经网络简介
• 5.1.1 神经网络的基本特征
• 5.1.2 神经网络的分类
• 5.2 人工神经网络用于智能诊断的发展与现状
• 5.3 RBF神经网络结构及工作原理
• 5.3.1 RBF神经网络的结构
• 5.3.2 RBF神经网络的算法学习
• 5.4 RBF神经网络预测原理及方法
• 5.5 基于MATLAB仿真实验及结果分析
• 5.5.1 MATLAB简介
• 5.5.2 双传感器故障诊断实验仿真
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录