基于PLC的碳纤维碳化装置控制系统设计与实现

论文摘要

碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼具纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。本文主要应用PLC控制技术实现对碳纤维化装置中关键点控制。针对驱动辊的恒速控制要求,设计两种闭环跟踪控制方法,对电机进行同步控制,达到热处理过程中对同步的严格要求。基于加热炉多变量、非线性、大惯性特点的考虑,针对加热炉的控制参数,以PID控制理论为基础详细阐述了连续温度控制功能的实现方法,并对PID算法的实现及可调节变量的计算给出可行的计算方法。使用西门子PLC人机界面(HMI)软件WinCC设计了交互式的操作画面,实现对现场仪表控制的人机交互。为使系统达到稳定控制,本文对在系统的调试和运行中至关重要的控制器参数整定与调优工作列出了详细的整定过程,为产品质量的稳定和提高打下坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 碳纤维国外发展概况
• 1.3 碳纤维国内发展现状
• 1.4 碳纤维的应用发展趋势
• 1.4.1 碳纤维的深加工及其产品的概况
• 1.4.2 碳纤维应用及发展趋势
• 1.5 论文主要内容及安排
• 第2章 碳纤维碳化工艺和关键控制点
• 2.1 工艺过程简述
• 2.2 工艺原理
• 2.2.1 退丝及预浸预热
• 2.2.2 预氧化
• 2.2.3 碳化
• 2.2.4 氮气净化
• 2.2.5 废气焚烧
• 2.2.6 表面处理
• 2.2.7 上胶
• 2.2.8 收丝
• 2.3 碳纤维产品质量的影响因素
• 2.3.1 驱动辊转速的影响
• 2.3.2 热处理炉温度的影响
• 2.4 解决办法及技术路线
• 2.4.1 驱动辊的恒速控制
• 2.4.2 热处理炉恒温控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 控制系统简介
• 3.1 可编程控制器（PLC）发展概况
• 3.2 PLC控制系统的特点
• 3.3 PLC控制系统的应用领域
• 3.4 PLC在应用中存在的问题
• 3.5 系统构成及相关简介
• 3.5.1 硬件部分功能介绍
• 3.5.2 软件部分功能介绍
• 3.6 本章小结
• 第4章 控制系统软硬件设计
• 4.1 系统硬件设计
• 4.1.1 PLC硬件系统配置
• 4.1.2 硬件布置
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 PID连续控制功能的实现
• 4.2.2 PID连续温度控制功能的实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 人机界面设计
• 5.1 系统人机界面设计
• 5.2 控制器优化及参数整定
• 5.2.1 控制器整定的阶段
• 5.2.2 准备工作
• 5.2.3 启动整定
• 5.2.4 搜索拐点和计算控制参数
• 5.2.5 检查过程类型
• 5.2.6 整定结果
• 5.2.7 控制模式中的手动微调
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢