基于现场总线的化工控制与管理系统

摘要

本文在分析化学工业控制技术发展和需求的基础上,提出了构建基于现场总线的化工控制与管理系统的方法,利用现场总线分散化、网络化、智能化的特点,设计和测试运行了高温固相反应过程监控系统和阴极电泳涂装监控系统、验证了基于现场总线的化工控制与管理系统设计在化工过程控制中的可行性。
　　 考虑到化工中参量的数字化处理是构建控制与管理系统的前提,本文针对化工过程中典型参量的数字化处理方法进行了归纳和分析,对各种方法的特点进行了对比,为构造控制与管理系统提供了基础。在此基础上,从硬件选择、功能电路设计、软件设计等方面分别阐述了液相物质浓度测量系统的设计方法,实现了对液相中物质浓度的数字化测量,并通过采用可调量程的模数转器、预留设置接口等方法将系统的功能通用化。
　　 结合化工控制与管理系统中对现场总线技术的需求,本文介绍了基于现场总线的控制系统和仪表的结构,完成了基于现场总线的控制与管理系统总体设计,并结合CAN总线的性能特点,提出了总线硬件电路设计方案,阐述了上位机组态软件和下位机软件的具体编程思路和程序设计方法。基于高温固相反应过程中各参数对产物物理、化学性质和空间结构的影响,根据基于现场总线的控制与管理系统设计方法,设计了使用上位机、下位机结合的基于现场总线的高温固相反应过程监控系统。经过调试和在炭气凝胶炭化过程中对温度流程的监控运行实验,发现系统运行稳定,功能符合设计要求,验证了基于现场总线化工控制与管理系统设计方法的可行性。
　　 最后,针对阴极电泳涂装过程控制的特点,分析了影响阴极电泳涂装成膜质量的各个参数的作用,并根据各个参数传感信号的特定输出,提出了最合适的数字化测量方法,完成了基于现场总线的阴极电泳涂装过程监控系统。经过调试运行表明,设计的监控系统工作性能稳定、工作可靠,具有精度高、灵活性好、成本低、人机界面友好、维护方便等特点,再次验证了基于现场总线化工控制与管理系统设计方法的可行性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

致谢

第一章 绪论

1.1 化工过程控制技术进展

1.2 化工过程与管理系统

1.3 现场总线技术特点及发展现状

1.3.1 现场总线技术概述

1.3.2 现场总线技术的特点

1.3.3 现场总线技术现状

1.4 现场总线在化工控制中的应用进展

1.5 本课题的研究内容和意义

1.5.1 本课题的研究内容

1.5.2 本课题的研究意义

第二章 化工过程常见参量的数字化处理

2.1 三传一反特征参量的检测

2.1.1 温度

2.1.2 压力

2.1.3 流量

2.1.4 液位

2.2 物质浓度和电导的测量

2.2.1 物质浓度的测量

2.2.2 电导

2.3 常见控制信号的数字化输出

2.3.1 数字量

2.3.2 模拟量

2.4 本章小结

第三章 液相物质浓度测量系统

3.1 物质浓度信号单片机处理的优点

3.2 液相物质浓度测量系统硬件设计

3.2.1 硬件设计原则

3.2.2 系统功能需求

3.2.3 硬件总体设计方案

3.2.4 系统硬件选择和电路设计

3.3 液相物质浓度测量系统软件设计

3.3.1 软件设计原则

3.3.2 液相物质浓度测量系统软件总体设计

3.3.3 系统功能模块设计

3.4 液相物质浓度测量系统性能测试

3.4.1 编程和调试软件介绍

3.4.2 运行结果

3.5 本章小结

第四章 基于现场总线的化工控制与管理系统设计

4.1 化工控制系统中现场总线的应用

4.1.1 化工控制需求

4.1.2 基于现场总线的控制系统结构

4.1.3 基于现场总线的仪表结构

4.2 系统总体设计

4.3 硬件设计

4.3.1 CAN现场总线特点

4.3.2 总线硬件电路设计

4.4 软件设计

4.4.1 上位机软件设计

4.4.2 下位机软件设计

4.5 本章小结

第五章 基于现场总线的高温固相反应过程监控系统

5.1 影响高温固相反应产物性质的因素

5.2 系统总体设计

5.2.1 系统功能需求

5.2.2 系统总体设计

5.3 下位机设计

5.3.1 硬件设计

5.3.2 温度检测

5.3.3 软件设计

5.4 上位机组态编程

5.5 系统调试和运行测试

5.5.1 系统调试工具介绍

5.5.2 系统调试和运行测试

5.6 本章小结

第六章 基于现场总线的阴极电泳涂装过程监控系统

6.1 阴极电泳涂装过程的成膜机理简介

6.2 影响电泳膜质量的因素

6.2.1 pH

6.2.2 电导率

6.2.3 槽液温度

6.2.4 泳涂电压

6.2.5 泳涂时间和电流密度

6.3 参量检测方法

6.3.1 pH值

6.3.2 电导率

6.3.3 温度

6.3.4 电压

6.3.5 电流

6.3.6 时间

6.4 下位机资源分配

6.5 上位机组态编程

6.6 运行效果

6.7 本章小结

第七章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文