基于DCS的玻璃纤维拉丝机张力控制系统的研究

论文摘要

拉丝机缠绕是玻璃纤维生产工艺中重要的一环，而缠绕过程中张力的控制是缠绕技术的关键所在，不仅影响缠绕制品本身的质量，而且对后续加工工序的产品质量有着直接的影响。因此，张力控制系统是玻璃纤维生产中必备的辅助设备之一。本文建立了一个基于DCS的拉丝机张力控制系统，以实现张力的精确控制。在总结了国内外张力控制发展的基础上，通过对拉丝过程中张力的产生和控制方法的分析，提出了以PC为主控机，以变频器控制的三相异步电动机为张力执行元件，以线阵CCD图像传感器为张力测量元件的闭环张力控制系统。通过分析张力控制系统的原理，建立了张力控制系统中异步电机和单神经元自适应PID控制器的数学模型。由于张力控制系统是一个多输入、有耦合、时变的非线性系统，应用传统古典的控制方法很难获得满意的效果，在此利用神经网络所具有的不依赖于受控对象的数学模型、能适合于任何不确定性等特点，将单神经元自适应PID控制理论应用于该张力控制系统中。最后使用DCS对系统进行了集成，并使用浙大中自的工程管理器SunyTech进行了监控系统相关的设置、编程和组态。与其它传统的控制方法相比，该套控制系统可以实现玻璃纤维拉丝机张力的精确控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 玻璃纤维及其用途简介
• 1.2 玻璃纤维在我国的发展和利用状况
• 1.3 玻璃纤维的生产工艺介绍
• 1.4 玻璃纤维拉丝机张力控制的现状及改进方案
• 1.4.1 玻璃纤维张力控制的意义
• 1.4.2 玻纤拉丝机张力控制现状
• 1.4.3 玻纤张力控制的改进和控制方案
• 1.5 本课题要研究的目的及主要任务
• 2 拉丝机张力检测部分的设计
• 2.1 玻璃纤维丝的形成和张力的产生
• 2.1.1 玻璃纤维的拉丝成型
• 2.1.2 张力的产生
• 2.2 张力控制方式的选择
• 2.3 检测部分总体方案
• 2.4 CCD的原理、特性和具体使用
• 2.4.1 CCD简介
• 2.4.2 CCD工作原理
• 2.4.3 TCD1500C基本结构
• 2.4.4 TDC1500C脉冲驱动器
• 2.4.5 TCD1500C的特性参数
• 2.4.6 TDC1500C的检测部分构成原理
• 2.4.7 CCD信号放大电路
• 2.5 电机容量和变频器的选择
• 2.5.1 电机的选择
• 2.5.2 变频器的选择
• 2.5.3 变频器的无速度传感器矢量控制
• 2.5.4 变频器控制回路的抗干扰措施
• 2.6 本章小结
• 3 数学模型的建立
• 3.1 矢量变频控制的异步电动机的数学模型
• 3.2 单神经元自适应PID控制器数学模型
• 3.2.1 数字PID控制算法
• 3.2.2 基于单神经元的自适应PID控制算法
• 3.3 本章小结
• 4 张力控制系统的集成
• 4.1 工业DCS控制系统
• 4.1.1 DCS简介
• 4.1.2 DCS控制系统概述
• 4.2 池窑拉丝生产过程控制的要求
• 4.2.1 DCS控制的内容
• 4.2.2 硬件大致构成
• 4.3 本张力的DCS控制系统设计方案
• 4.3.1 系统硬件及网络结构
• 4.3.2 SunyPCC9200集成控制器简介
• 4.3.3 SunyTech通用监控简介
• 4.3.4 硬件模块的选取
• 4.3.5 控制器的组态与编制
• 4.3.6 SunyMaker监控软件的组态
• 4.4 DCS系统的接地
• 4.4.1 接地目的
• 4.4.2 接地类型
• 4.4.3 接地系统的组成
• 4.4.4 接地连接的方法
• 4.4.5 接地连接的要求
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 作者在读期间发表论文