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工业退火炉控制系统的设计与实现

作　者: 黄少友
导　师: 杜京义
学　校: 西安科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 工业退火炉 现场总线 协调控制 上位机监控 物料追踪
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本课题是以某铜材厂罩式炉控制系统为研究背景,提出了基于现场总线的自动化控制方案,设计了整个系统的通讯网络,针对内罩温度和底座热循环风机转速的非线性耦合关系,提出了一种基于神经网络的协调控制方法,并进行了上位机监控系统的设计。论文主要内容如下:1.介绍了罩式退火炉在国内外发展历史及其特点和主要研究方向,罩式炉控制系统的基本构成、工作原理及其常用控制方法。2.以S7-300系列PLC为核心控制器,设计了退火炉控制系统的硬件电路,还进行了各控制单元模块的设计,主要包括温度控制模块和风机转速控制模块,并设计了基于西门子STEP7的控制系统的软件部分。3.设计了控制系统基于PROFIBUS-DP现场总线的通讯网络,包括S7-300通过PM120与3204调节器之间的通信,S7-300与MM430变频器之间的通信,以及PLC之间的通信,阐明了数据交互的方法,以及整个控制系统通讯组网的实现。4.针对控制系统中的耦合关系,进行了基于BP神经网络的辨识系统建模,并利用工业现场的实时数据,在MATLAB中对网络模型进行训练及仿真测试,验证了协调控制方法的可行性。5.根据工业现场的实际需要,设计了基于组态王6.53的上位机监控界面,完成了工业生产中常用的工艺指示、实时数据显示、历史数据操作、报警操作等界面的设计,借助于组态王ODBC数据库访问功能和Microsoft Office Access数据表,还完成了适用于大型流水线工厂的物料追踪软件监控平台的设计。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-14
  1.1 选题背景及研究意义  7
  1.2 退火炉控制系统的研究现状  7-9
  1.3 退火工艺及主要设备  9-13
    1.3.1 罩式炉退火简介  9-10
    1.3.2 罩式炉设备基本参数  10-11
    1.3.3 生产过程分析  11-13
  1.4 主要研究内容  13-14
2 总体方案及控制单元设计  14-30
  2.1 控制系统总体概况  14-15
  2.2 温度控制单元  15-21
    2.2.1 3204 调节器简介  15-19
    2.2.2 炉座加热分区控制  19-20
    2.2.3 负载连接方式  20-21
  2.3 风机转速控制单元  21-24
    2.3.1 MM430 变频器简介  21-22
    2.3.2 风机变频控制接线图  22-23
    2.3.3 MM430 基本参数设置  23-24
  2.4 控制方案的软件实现  24-29
    2.4.1 主程序设计  24-25
    2.4.2 气氛阀门机构控制  25-27
    2.4.3 严格步进指令设计  27-28
    2.4.4 报警系统设计  28-29
  2.5 小结  29-30
3 PROFIBUS-DP 通讯网络设计  30-41
  3.1 PROFIBUS-DP 现场总线  30-31
  3.2 基于STEP7 的通信网络组态  31-40
    3.2.1 S7-300 与3204 调节器之间的通信  31-34
    3.2.2 S7-300 与MM430 变频器之间的通信  34-36
    3.2.3 S7-300 与S7-200 之间的通信  36-38
    3.2.4 硬件组态的总体配置设计  38-40
  3.3 小结  40-41
4 基于神经网络的协调控制方案设计  41-62
  4.1 神经网络在非线性系统的应用  41-44
    4.1.1 神经网络原理  41-42
    4.1.2 BP 神经网络  42-44
  4.2 传统控制方法  44-46
    4.2.1 传统控制方法介绍  44-45
    4.2.2 风机转速经验控制  45-46
    4.2.3 传统方法存在的问题  46
  4.3 基于神经网络的协调控制方法  46-61
    4.3.1 非线性耦合关系  46-48
    4.3.2 协调控制建模设计  48-51
    4.3.3 基于MATLAB 的仿真  51-60
    4.3.4 仿真结果评价  60-61
  4.4 小结  61-62
5 上位机监控平台设计  62-72
  5.1 总体监控方案设计  62-63
  5.2 监控功能模块设计  63-66
    5.2.1 工艺状态及实时数据显示  64
    5.2.2 参数给定及配方管理  64-65
    5.2.3 数据库写入功能  65-66
    5.2.4 历史数据曲线及报警  66
  5.3 物料追踪画面  66-71
    5.3.1 物料追踪主画面  67-68
    5.3.2 装料确认  68-69
    5.3.3 查看装料信息  69-70
    5.3.4 出炉操作  70-71
  5.4 小结  71-72
6 结论  72-73
  6.1 总结  72
  6.2 存在问题及展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录  77-79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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