橡胶挤出机温度控制系统的研究与开发

论文摘要

橡胶电缆相较于一般的PE、PVC电缆（塑料电缆）具有更好的柔软性、防水性、阻燃性和抗腐蚀性,因此它被广泛应用于高速铁路、风力发电、核能发电以及海洋石油平台等领域。随着现阶段我国在这些行业的不断投入,高性能橡胶电缆的市场需求必然将出现长时间的井喷。近期国内许多电缆制造企业都将大量的资金投入到了橡胶挤出生产线的购置和改造上,以期能够在激烈的市场竞争中占据优势。橡胶挤出机作为橡胶电缆生产的关键设备之一,其工作性能的优劣将越来越受到重视。本文的研究对象是橡胶挤出机的温度控制系统,其对橡胶挤出温度的连续性控制能力将直接影响到整个橡胶电缆生产过程的效率和质量。由于挤出机温度在现场生产过程中常常受到许多环境因素的干扰,属于典型的非线性、时变系统,如果要在考虑到所有的环境因素的前提下建立精确的数学模型,难度很大,因此本文拟采用模糊控制方法来实现该温度控制系统,从而避免了复杂的模型建立过程。本文首先分析了橡胶挤出机的结构和工艺流程,并根据其特点从加热器、冷却器、温度检测元件、控制部分和人机界面这五个部分着手,完成温度控制系统的硬件设计。其中控制部分采用S7-300 PLC配合Profibus和MPI网络的结构,保证系统的可靠性、灵活性以及高效性。然后结合挤出机温度控制系统的特点,设计基于模糊逻辑的温度控制器。该控制器根据不同的温度偏差值,通过预设的模糊规则计算出所需要的最优结果,并将该结果转化为精确的控制量。实践表明,该控制方法能够在保证获得所需的控制精度和响应速度的前提下,避免了繁琐的数学模型建立过程,并且具有对控制对象特性以及各种环境条件变化的较强适应性能。接着进行温控系统的软件设计。结合STEP7编程组态软件,完成控制系统PLC、输入/输出模块、各通讯模块及人机界面等的硬件组态,同时完成输入/输出信号转换、模糊控制功能和系统逻辑功能等的程序编制。最后,采用InTouch软件设计相应的人机界面,并实现人机界面与PLC之间的数据交换。该人机界面主要实现挤出机温控系统的各种参数设定、过程数据监控、数据归档、以及生产过程中的故障报警管理、信息打印等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外挤出机温度控制方法
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 挤出机结构和工艺流程
• 2.2 温度控制系统总体设计
• 2.2.1 加热器选择
• 2.2.2 冷却器选择
• 2.2.3 温度检测元件选择
• 2.2.4 控制部分选择
• 2.2.5 人机界面设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 挤出机温度模糊控制
• 3.1 模糊控制简介
• 3.1.1 模糊控制基本原理
• 3.1.2 模糊控制系统组成
• 3.2 温度控制对象分析
• 3.3 模糊控制器设计
• 3.3.1 模糊控制器的结构
• 3.3.2 确定语言变量
• 3.3.3 语言变量论域上的模糊子集
• 3.3.4 建立模糊控制规则
• 3.3.5 模糊推理
• 3.4 MATLAB 系统仿真
• 3.4.1 Matlab 简介
• 3.4.2 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 温度控制系统PLC 实现
• 4.1 可编程控制器概述
• 4.2 系统硬件组态及网络配置
• 4.2.1 硬件组态
• 4.2.2 网络组态
• 4.3 程序设计方案
• 4.4 模糊控制器PLC 实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 上位监控系统
• 5.1 INTOUCH 软件简介
• 5.2 监控界面设计
• 5.3 人机界面与PLC 通讯
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文