论文总字数：11445字

摘 要

阻燃材料，是当今社会预防火灾、减小火灾损失的一大有力武器，材料的阻燃化也成为人们研究的一大重点。所以，如何更加高效的测出材料的阻燃性能，就显得尤为重要了。而我国目前在氧指数仪研究领域相对落后，氧指数仪在精度和效率方面都存在很多问题。针对此情况，在本文中提出了基于PLC的氧指数仪的设计与制作。

本文首先介绍了氧指数仪的原理，并根据要求设计了总体方案。设计方案中，包括了温控系统、PLC、人机交互系统以及配气系统，并完成了各个系统中相关仪器设备的选择。之后，对PLC的编程软件STEP 7-Micro/Win进行了详细的介绍并且根据需要编写了程序。然后，设计了一个简单人机交互界面。最后，对本课题设计的氧指数仪进行控温以及氧浓度控制测试，实验表明，该氧指数仪能够实现控温及氧浓度控制的功能。

关键词：氧指数仪 可编程逻辑控制器 集成冷结温度补偿的K型热电偶放大器 质量流量控制器

Abstract

Flame retardant materials are a powerful weapon to prevent fires and reduce fire losses in today's society. The flame retardant of materials has also become a major focus of people's research. Therefore, it is particularly important to measure the flame retardancy of materials more efficiently. However, our country is relatively backward in the research field of oxygen index instruments. There are many problems in the accuracy and efficiency of oxygen index instruments. According to this situation, the design and manufacture of the oxygen index meter based on PLC is put forward in this paper.

Firstly, this paper introduces the principle of oxygen index meter and designs the overall plan according to the requirements.The design scheme includes temperature control system, PLC, human-computer interaction system and gas distribution system.The selection of relevant instruments and equipment in each system is also included. Afterwards, the PLC programming software STEP 7–Micro/WIN is introduced in detail and the program is written according to the need. Then, a simple human-computer interaction interface is designed. Finally, temperature control and oxygen concentration control tests are carried out on the oxygen index instrument designed in this topic. It is concluded from tests that the temperature and oxygen concentration can be controlled by the oxygen index instrument.

Keywords: Oxygen index instrument; PLC; AD595; Mass flow controller

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的研究背景 1

1.2 国内外氧指数仪研究现状 1

1.3 拟开展研究的价值和意义 2

1.4 本文主要研究内容 2

1.5 本章小结 2

第二章 氧指数仪原理及设计方案 3

2.1 氧指数仪原理 3

2.2 设计方案 3

2.3 温度控制系统 3

2.3.1 测温传感器 3

2.3.2 温度控制器 4

2.4 PLC 4

2.4.1 S7-200 CPU224XP CN型PLC 4

2.4.2 EM235模块 5

2.5 人机交互系统 5

2.6 配气系统 6

2.7 本章小结 6

第三章 软件部分的介绍 7

3.1 软件的介绍 7

3.2 程序的编写 9

第四章 人机交互界面设计 15

第五章 总结 16

致谢 17

参考文献 18

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

随着城市化进程加速，大量人口向城市迁移，城市人口密度上升，大小规模的火灾不时发生，威胁人们的生命财产安全。由于阻燃材料其不易被点燃的特性，使得阻燃材料越来越多地被应用到建筑材料之中，以此来减少火灾的发生，降低火灾发生后造成的损失。同时，一些易于发生火灾的领域，如石油天然气等能源领域，化工和金属冶炼领域，也已广泛地使用阻燃材料。因此，如何高效快速地测试材料的阻燃性能，成为阻燃材料研发的一大难题^[1]。

国内外提出了很多种方法来测试材料燃烧性能，并制定了有关材料燃烧性能的相关测试标准。在本文中将要介绍的，是在国际上最常使用的氧指数法^[2]。

1.2 国内外氧指数仪研究现状

目前国内生产厂家在氧指数仪的创新与开发方面的形势不容乐观，很多厂家只是一味仿制，不能开发出实用性很高的新型氧指数仪。其主要原因是国内生产厂家的创新能力不足，研发水平落后。

目前，只有美、英、意大利几国在氧指数仪开发方面有着自己的创新与发展。英国的FTT公司是一家专门制造和维修火灾测试仪器的公司，该公司成立于1989年，是世界上首家从事这一行业的公司。直至今日，在测试材料燃烧性能的硬件与软件开发领域，FTT公司仍然处于世界顶尖水平。

对于国内的生产厂家而言，天津合成材料研究所可以说是我国研究氧指数仪方面的代表性企业，该公司的首代产品在19世纪80年代便已经开发成功，是我国最早研制氧指数仪的单位。山东省纺织科学研究院仪器研究所研制出的LYF系列氧指数仪，实现了自动化控制，操作简便，并且在精度方面有了很大的提升，代表我国目前氧指数仪自动化控制方面的顶尖水平。

国内产品的普遍缺陷有以下几点：1、控制精度低，如果注入的氧气和氮气纯度不高，会产生较大的偏差；2、工作效率很难提高，氧浓度和温度等都需要特定人员调节控制，操作极为复杂；3、对操作人员也有很高的要求，如果操作人员不能熟练掌握实验步骤，也很可能会造成较大的误差^[3-5]。

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