基于组态软件的轨道板蒸汽养护监控系统的研究

论文摘要

随着我国铁路建设的不断发展,对高质量的轨道板的需求日益增大,这就对轨道板的生产效率提出了新的要求。在轨道板的生产过程中,蒸汽养护的技术水平直接影响到轨道板的质量、能源消耗、企业的经济效益和社会效益。因此,对轨道板蒸汽养护监控系统的研究有重大实际意义。论文在对工业计算机控制系统应用现状讨论的基础上,通过对蒸汽养护工艺流程分析,设计了一套蒸汽养护计算机控制系统,以代替现有的人工控制方式。根据蒸汽养护过程中温度控制具有大滞后、非线性的特点,对蒸汽窑的温度采用参数自整定模糊PID控制,从而提高温度的控制精度。论文首先给出了蒸汽养护监控系统的总体设计方案;然后针对温度控制系统的特点,设计了蒸汽窑温度的模糊PID控制器,并进行了仿真;接着详细讲述了基于组态软件MCGS的上位机应用软件的开发,通过组态软件将养护的工艺流程以直观的画面显示出来,记录在线检测的参数、设备运行状态和过程参数的历史曲线、实时诊断和报警,实现对整个蒸汽养护工艺流程和设备运行状态的实时监控。最后论文给出了以MiniARM工控板M2005-NU11为硬件开发平台,以嵌入式操作系统μC/OS-II为软件开发平台的温度采集控制器的设计。温度采集控制器主要功能是采集蒸汽窑的温度数据和通过模糊PID控制算法控制阀门的开度。它既可以作为整个监控系统的一部分,通过接收上位机的控制命令和养护参数来实现对蒸汽窑的养护过程,又可以直接作为一个独立控制系统,在现场通过键盘输入控制命令和养护参数,实现对蒸汽窑的养护工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 蒸汽养护的理论基础
• 1.2.2 蒸汽养护的应用现状
• 1.2.3 计算机控制系统应用现状
• 1.2.4 基于组态技术的DCS 计算机控制系统
• 1.3 课题的主要任务
• 第二章 蒸汽养护系统的总体设计
• 2.1 工业控制系统
• 2.2 蒸汽养护的总体结构设计
• 2.2.1 蒸汽养护系统功能分析
• 2.2.2 蒸汽养护系统总体设计方案
• 2.3 蒸汽养护监控系统软硬件开发平台的选择
• 2.3.1 上位机软件开发平台的选择
• 2.3.2 下位机硬件开发平台的选择
• 第三章 蒸汽窑的模糊PID 控制器的设计
• 3.1 PID 控制的理论基础
• 3.1.1 PID 控制器基本原理
• 3.1.2 数字PID 控制器
• 3.2 模糊控制的理论基础
• 3.2.1 模糊控制的基本原理
• 3.2.2 模糊控制器
• 3.2.3 模糊控制器的设计步骤
• 3.3 参数自整定模糊PID 控制
• 3.4 蒸汽养护温度控制系统的模糊PID 控制器设计
• 3.4.1 输入输出变量的确定
• 3.4.2 输入输出变量的模糊化
• 3.4.3 模糊控制规则设计
• 3.4.4 模糊控制合成推理与解模糊
• 3.4.5 模糊控制表调用
• 3.5 蒸汽养护窑温度控制系统的仿真实现
• 第四章 监控系统的上位机软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 MCGS 监控组态软件
• 4.2.1 MCGS 的概述
• 4.2.2 利用MCGS 设计集散控制系统的一般过程
• 4.3 MCGS 设备驱动的设计
• 4.3.1 设备驱动实现的方式
• 4.3.2 MCGS 设备驱动构件的运行机制
• 4.3.3 MCGS 设备驱动程序的总体结构
• 4.3.4 设备驱动程序的详细设计
• 4.3.5 MCGS 设备驱动的测试和挂接
• 4.4 监控系统的上位机组态设计
• 4.4.1 主控窗口组态
• 4.4.2 实时数据库设计
• 4.4.3 用户窗口设计
• 4.4.4 设备窗口的设计
• 4.4.5 运行策略的设计
• 第五章 温度采集控制器的软件设计
• 5.1 软件开发工具的选择
• 5.1.1 ARM 开发工具综述
• 5.1.2 ARM ADS 介绍
• 5.2 μC/OS-II 实时操作系统简介
• 5.3 嵌入式温度采集控制器的功能分析
• 5.4 功能模块的具体设计
• 5.4.1 显示任务
• 5.4.2 键盘任务
• 5.4.3 温度数据采集任务
• 5.4.4 串口通讯任务
• 5.4.5 阀门控制任务
• 5.4.6 时间任务
• 5.4.7 指示灯任务
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录（一）：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录（二）：本课题温度采集控制器硬件实物