蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台监控系统开发与研究

摘要

煤矿乏风瓦斯是一种洁净且潜力巨大的能源，由于其主要成分甲烷的浓度较低，通常难以利用。热逆流氧化技术是开发利用煤矿乏风瓦斯的有效技术之一，它利用蜂窝陶瓷蓄热体氧化煤矿乏风瓦斯中的低浓度甲烷气体，同时将热量回收加以利用。蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台主要是为研究蜂窝陶瓷蓄热体的阻力特性和传热特性而搭建，监控系统是实验台的重要组成部分。实验的控制和数据采集功能都需要由监控系统来完成，为了实验的正常进行，一套稳定、可靠的实验台监控系统必不可少。
　　本文根据蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台的特点，采用上位机与下位机相结合的方式构建了实验台监控系统。采用可编程控制器(PLC)作为下位机控制系统，在详细分析了实验台的控制流程和输入输出点数后，完成了PLC及功能模块的选型工作。根据实验台的控制流程编制了PLC控制程序，并利用CX-Programmer软件的分段功能对控制程序实现分段编制，方便了后期对程序的调试与管理。基于组态王的上位机监视控制系统具有强大的功能和友好的用户界面，构建了主画面、控制画面和历史画面三个监控画面。实现了界面实时显示、实时控制和历史趋势曲线查询功能，并利用组态王提供的ODBC技术连接Access数据库，实现了数据存储功能。实验过程中对温度和流量实验条件进行调节难度较大，因此，引入PLC的PID功能对实验条件进行调节，并利用PIDAT指令实现PID参数的自整定，提高了实验的调节效率。
　　运行结果表明，基于组态王和PLC的蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台监控系统运行状态良好，控制响应和数据采集及时准确。PLC的PID参数自整定功能工作可靠，对实验时温度和流量的调节速度快，工作稳定。因此，本监控系统可以满足蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台的需要。

目录

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正文摘要

第一章 绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.1.1研究背景

1.1.2课题意义

1.2课题研究内容与主要任务

1.2.1课题研究内容

1.2.2课题主要任务

第二章 蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台

2.1实验台基本结构与工作原理

2.1.1实验台基本结构

2.1.2实验台工作原理

2.2主要参数测量原理

2.2.1实验台测点布置

2.2.2主要参数测量原理

2.3控制策略

2.3.1PID控制算法

2.3.2 PID工作原理和特点

2.4本章小结

第三章 基于PLC的实验台控制系统设计

3.1 PLC结构与工作原理

3.1.1 PLC基本结构

3.1.2 PLC工作原理

3.2控制系统PLC与功能模块选型

3.3模块工作原理及硬件设置

3.3.1模块工作原理

3.3.2模块硬件设置

3.4控制系统硬件结构与IO分配

3.5控制程序主要指令

3.5.1 PIDAT指令

3.5.2量程换算指令

3.6PLC控制程序设计

3.6.1编程软件介绍

3.6.2 CX-P软件应用过程

3.6.3控制系统程序设计

3.7程序传输与通信模式转换

3.7.1程序传输

3.7.2通信模式转换

3.8本章小结

第四章 蜂窝陶瓷蓄热体综合性能实验台监控系统设计

4.1组态王

4.2监视系统组成及各部分功能

4.2.1主画面

4.2.2控制画面

4.2.3历史画面

4.3实验台监控系统设计过程

4.3.1新建工程

4.3.2监控画面设计

4.3.3定义外部设备与构造数据库

4.3.4建立动画连接与编写命令语言

4.3.5数据存储功能的实现

4.3.6运行系统设置

4.4组态王与PLC通信

4.4.1通讯电缆制作

4.4.2在组态王中的设置

4.5本章小结

第五章 监控系统整体调试

5.1模拟调试

5.2现场调试

5.3本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

在学期间公开发表论文及著作情况

附录 数据库变量表