流态化预氧化及炭化焦油消除控制系统研究

论文摘要

本文在综述国内外计算机控制系统的现状及发展趋势的基础上,结合我国碳纤维研究的实际需求,研制了一套用于流态化预氧化及炭化焦油消除的计算机控制系统,并开发了配套的上位机监控软件。 该系统采用分布式结构,具有温度监控、牵伸控制、保护气氛监控、流量控制功能。其中温度控制采用自适应PID控制,配合先进的混合控制策略,升温速度快,控温精度高;牵伸控制采用先进的伺服电机调速取代传统的步进电机调速,调节更灵活、精确,噪音低;保护气氛监控通过监控氮气中微量氧和微量水分的含量,配合相应的气体净化设备,既可保证炭化质量,又可降低成本。 上位机软件利用Windows API函数实现串行通信,可以运行于Windows 98/2000/XP多个系统下;使用多线程技术提高了系统性能;监控画面可同时显示多条控制参数变化曲线,并具有强大的定制功能;数据处理及伺服电机监控界面友好,操作简单;软件开发充分利用了成熟的技术,运行稳定,可靠性高。 系统已配合863课题需求投入实验运行。运行结果表明:控制系统设计合理,控制准确,运行稳定,上位机软件具有良好的人机界面,功能完善,达到了设计要求。 通过对实验数据的分析,初步建立了流态化预氧炉传热温度(T)—时间(t)模型,应用该模型计算数据与实验数据吻合。在此模型基础上,编写了工艺仿真程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 研究意义与目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 计算机控制系统的分类
• 1.2.2 计算机控制系统的发展
• 1.2.3 用于碳纤维生产的计算机控制系统
• 1.3 需要控制的工艺参数
• 1.4 传感器
• 1.5 控制执行机构
• 1.5.1 温度控制执行机构
• 1.5.2 牵伸控制执行机构
• 1.6 控制算法
• 1.6.1 PID控制
• 1.6.2 模糊控制
• 1.6.3 专家系统
• 2. 控制系统的总体设计
• 2.1 流态化预氧炉结构图
• 2.2 系统设计要求
• 2.3 控制系统总体设计
• 2.3.1 通信标准的确定
• 2.3.2 控温仪表
• 2.3.3 微量水分检测
• 2.3.4 微量氧气监测
• 2.3.5 流量控制
• 2.3.6 牵伸控制
• 2.4 控制策略设计
• 2.4.1 PID算法的计算机实现
• 2.4.2 温度控制策略设计
• 2.4.3 伺服电机控制策略设计
• 2.4.4 PID参数的整定
• 3. 控制系统软件开发
• 3.1 软件的开发运行环境
• 3.2 软件开发的几个关键技术
• 3.2.1 串行通信的实现
• 3.2.2 串行通信的几种方式
• 3.2.3 多线程下实现串行通信
• 3.2.4 串行通信的数据校验
• 3.2.5 PMACZ控制器编程
• 3.2.6 数据库编程
• 3.2.7 系统日志编程
• 3.2.8 注册表编程
• 3.3 软件调试
• 4. 控制系统运行
• 4.1 软件功能模块
• 4.1.1 启动界面
• 4.1.2 系统设置
• 4.1.3 系统自检
• 4.1.4 参数维护
• 4.1.5 系统日志
• 4.1.6 温度监控
• 4.1.7 保护气氛监控
• 4.1.8 伺服电机控制
• 4.1.9 工艺记录查询、打印
• 4.1.10 打印预置参数与实时数据
• 4.2 系统运行情况总结
• 5. 工艺试验及数据分析
• 5.1 热风炉温度控制特性
• 5.1.1 热风炉实验数据
• 5.1.2 实验数据分析
• 5.2 流态化预氧炉温度特性
• 5.2.1 流态化预氧炉实验数据
• 5.2.2 实验数据分析
• 5.3 工艺实验情况总结
• 5.4 流态化预氧炉传热数学模型
• 5.4.1 数学模型的建立
• 5.4.2 关于数学模型的说明
• 6. 工艺过程仿真
• 6.1 仿真规则维护
• 6.2 温度-时间仿真
• 6.3 仿真程序存在的问题
• 7. 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表