纤维缠绕自动供胶控制系统的研究

论文摘要

在化工和医药等工业生产行业中,将各种原料按一定比例投入混合槽中进行物料配比的过程是极为常见的,在复合材料纤维缠绕行业也存在这样一个物料配比的过程,即胶液配比过程。传统的纤维缠绕系统中,胶液的调配都是人手工混合调制而成,各组分精度得不到保证,物料配比不精确,严重影响了产品质量;另外对于吨位较高,产量较大的系统,胶液的需求量也相应增大,如果用人手工配制胶液,将出现供不应求的情况,与此同时不仅大大增加了工人劳动强度,而且产品的质量更加难以保障,严重制约了生产。这样急需一套简便的自动供胶控制系统来精确控制配比投料。 本文所研究的纤维缠绕自动供胶控制系统实现了对3种胶液组分(树脂、促进剂、固化剂)的自动配比以及定量供给。整个系统分为控制部分与执行部分,在控制部分中包括上位机控制部分与变频器控制电机调速部分。上位机采用的是凌阳的SPCE061A,负责整个系统的控制,利用键盘对系统进行操作,通过LCD(SPLC501)液晶显示屏对系统进行实时监控,并通过RS485点对点通信网络实现了上位机与变频器的远程通信;执行部分包括抽取主物料(树脂)的执行机构与抽取介质(促进剂与固化剂)的执行机构,抽取主物料的执行机构为气动柱塞泵,利用气动柱塞泵强大的动力抽取粘度较大的树脂;抽取介质的执行机构采用计量柱塞泵,利用计量泵的定量抽取的特点对介质进行精确计量,使其与主物料(树脂)按照设定比例配制成胶液,并利用电磁流量计将各组分流量通过RS485网络反馈回上位机,实现整个系统的闭环控制。在控制算法上采用的是适合配料控制的累积量PID算法,解决了标准PID算法在配料控制系统中的问题。 整个系统实现了胶液的任意比例混合、自动配制、根据胶槽液位的定量供给以及在供胶完成后能够对整个系统管道自动清洗,解决了纤维缠绕过程中胶液的自动化供给以及生产环境的改善问题,大大提高了生产效率、产品的质量以及性能。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源与选题目的意义
• 1.2 缠绕成型工艺简介
• 1.2.1 缠绕成型工艺的特点
• 1.2.2 缠绕成型工艺的分类
• 1.2.3 原材料
• 1.2.4 工艺参数的选择
• 1.2.5 缠绕成型制品的应用
• 1.2.6 缠绕机的发展
• 1.3 本论文的主要研究目标以及研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 自动供胶控制系统技术要求及分析
• 2.1 技术要求
• 2.2 技术难点分析
• 第三章 技术可行性分析及控制系统方案的确定
• 3.1 控制系统实现方案
• 3.1.1 计算机与 PLC作为上位机控制
• 3.1.2 单片机作为上位机控制
• 3.2 执行机构实现方案
• 3.2.1 比值计量系统介绍
• 3.2.2 方案I-通过调节泵的往复行程S配比
• 3.2.3 方案II—通过调节泵的往复速度n配比
• 3.3 控制算法的确定
• 3.3.1 标准 PID算式在配料中的问题
• 3.3.2 适用于配料控制的累积量PID算法
• 3.4 元器件的选定
• 3.4.1 上位单片机的选定
• 3.4.2 变频器的选定
• 3.4.3 显示模组的选定
• 3.4.4 温度传感器的选定
• 3.4.5 抽取树脂的泵的选定
• 3.4.6 抽取促进剂与固化剂的泵选定
• 3.4.7 流量计的选定
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 控制系统电路设计与连接
• 4.1.1 系统控制部分方框图及说明
• 4.1.2 液晶显示接口电路
• 4.1.3 键盘操作电路设计
• 4.1.4 温度采集及加热管控制电路设计
• 4.1.5 RS-232/RS-485转换器
• 4.2 执行机构硬件设计与连接
• 4.2.1 抽取树脂执行机构
• 4.2.2 抽取介质执行机构
• 4.2.3 物料混合以及胶槽液位控制机构
• 4.2.4 系统液压气动回路以及自动清洗机构
• 第五章 系统软件设计与调试
• 5.1 上位机软件设计
• 5.1.1 液晶显示程序及上位机操作菜单设计
• 5.1.2 4×4键盘程序设计
• 5.1.3 温度采集以及继电器控制程序设计
• 5.2 上位机与变频器通讯设计
• 5.2.1 HFinverter RS485通信协议
• 5.2.2 变频器通讯参数及上位机调速设置
• 5.3 软件调试与控制效果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 研究生期间发表的主要论文
• 致谢
• 附录一
• 附录二