基于PLC的液氨处理设备控制系统研究与设计

论文摘要

随着生活水平的不断提高,以棉麻纤维等天然织物为面料的服装日益得到人们的青睐,液氨处理技术以其天然、环保的特点在高档面料的整理加工中具有重要的作用。棉麻纤维液氨处理设备的研发对于提升我国纺织产业链的国际竞争力,促进产业升级具有重要的意义。在对棉麻纤维液氨处理工艺流程计算分析的基础上,考虑到系统需要根据工艺和生产规模进行灵活的变更和扩展,设计了将现场总线技术、组态技术和PLC控制技术有机结合起来的混合式控制系统,以实现集中管理、分散控制的要求。通过对液氨处理各子系统工艺特点的分析,制定了相应的自动控制策略。在此基础上研究和设计了基于OMRON CS1 PLC的Ethernet和DeviceNet两级网络控制系统。采用模块化的方法设计了控制系统的PLC程序,实现了液氨处理核心工艺部分的调压罐压力控制、氨气压缩机组控制等重要子系统的自动控制。针对液氨处理过程中微波除氨工艺阶段不易准确建立数学模型,具有非线性、大时滞、时变和干扰性强的特点,采用了以纱线温差、温差变化率以及处理罐压力偏差、处理罐压力偏差变化率为输入量,微波加热装置档位为输出量的两个独立的二维模糊控制器的策略。根据专家和现场总结的控制经验优化和调整了模糊控制系统的结构和参数,并在分析模糊控制的原理及其分类的基础上,设计了针对微波除氨工艺过程的模糊控制系统。利用MATLAB提供的模糊工具箱设计并得出了纱线温度和罐内压力的两个独立的模糊控制系统的控制查询表,最后利用软件编程的方法在PLC内部实现了上述模糊控制算法。运用MCGS组态软件对液氨处理系统控制对象进行了仿真模拟,对PLC控制程序进行仿真调试与验证。研究结果表明,基于PLC网络结构的液氨处理控制系统是必要和可行的,系统的设计体现了先进性和实用性的统一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 相关领域研究现状
• 1.2.1 液氨处理设备研究现状
• 1.2.2 间歇生产过程控制自动化现状
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 棉麻纤维液氨处理过程分析及其控制策略设计
• 2.1 间歇式液氨处理工艺简介
• 2.2 棉麻纤维液氨处理机理
• 2.3 微波除氨工艺分析
• 2.3.1 微波除氨理论分析
• 2.3.2 液氨的供热速率计算
• 2.3.3 液氨的蒸发量计算与压缩机抽速计算
• 2.4 系统控制策略分析与制定
• 2.4.1 微波除氨控制策略分析
• 2.4.2 调压罐温度控制方案
• 2.4.3 氨气压缩机控制策略
• 2.4.4 真空泵、冷却水泵多机自动切换控制
• 2.5 本章小结
• 第三章 液氨处理控制系统设计与实现
• 3.1 棉麻液氨处理系统控制要求
• 3.2 系统总体设计
• 3.2.1 系统控制方案设计
• 3.2.2 控制系统特点
• 3.3 系统具体设计
• 3.3.1 上位机系统配置
• 3.3.2 下位机系统配置
• 3.3.3 外围设备选型
• 3.3.4 上位机监控系统设计
• 3.4 系统硬件设置
• 3.4.1 系统通信网络设置
• 3.4.2 输入输出模块配置
• 3.5 PLC控制程序设计
• 3.5.1 程序设计流程及分析
• 3.5.2 输入、输出信号处理
• 3.5.3 调压罐温度控制系统设计
• 3.5.4 氨气压缩机控制设计与实现
• 3.5.5 真空泵双机切换
• 3.6 本章小结
• 第四章 微波除氨工艺的控制算法研究与设计
• 4.1 模糊控制算法的引入
• 4.2 模糊控制器的设计
• 4.2.1 模糊控制器的结构选择
• 4.2.2 控制参数的模糊化
• 4.2.3 隶属函数及隶属函数的选择
• 4.2.4 模糊控制规则的制订
• 4.3 基于MATLAB的模糊控制器可视化设计与实现
• 4.3.1 模糊控制器设计
• 4.3.2 模糊控制查询表的求解
• 4.4 模糊控制的PLC实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 PLC控制程序仿真调试
• 5.1 PLC控制程序仿真的意义
• 5.2 CX-ONE集成仿真环境
• 5.3 组态软件仿真系统的结构及工作原理
• 5.3.1 结构及工作原理
• 5.3.2 PLC与MCGS仿真液氨泵控制
• 5.3.3 PLC与上位机的通讯
• 5.3.4 MCGS虚拟对象构建
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文