压缩空气之智能控制节能系统的研发

论文摘要

压缩空气作为一种重要的动力源,广泛用于工业生产和科学实验中,如各种风动机械、风动工具、气动夹具、自动检测、自动控制、喷漆以及风动实验等。它是工业生产不可或缺的二次能源。随着制造业的大力发展,自动化机械大量应用,压缩空气的使用范围日益扩大。然而,目前压缩空气系统主要采用继电器或可编程序控制器控制,这种控制方式智能化程度不高,输出压力不稳定,能源浪费严重。因此,如何对老系统进行技术改造,使压缩空气的压力控制在一定的范围内,以满足工业现场设备的要求,一直是科技人员努力想要解决的问题。针对上面提到的问题,本文运用变频控制和节能设计理念,研发了具有模糊控制功能的压缩空气智能控制系统,系统包括控制策略设计、硬件设计和软件设计三部分。在控制策略方面,针对压缩机供气系统具有大滞后特性及系统稳定性差的问题,介绍了一种基于模糊PID控制器的压缩机恒压供气系统的设计。该系统中的模糊PID控制器结合了传统PID控制与模糊控制技术,可完成整个系统的参数自动调整,最终实现系统恒压供气的目的。设备出口的压力开关,将实际运行中的压力信号变换成标准电信号输入给PID调节器,与设定信号进行比较,经比例、积分、微分计算等处理,得出最佳控制参数来控制变频调速器输出,从而控制空压机运行。在硬件设计方面,本系统的架构分为三层：设备层、数据采集层、管理层。设计思想是：以计算机为控制核心,配以必要的PLC、A/D、D/A模块、组态软件组成的智能控制及实时多参数采集系统,采用PLC对压缩机的启动、停止进行控制。系统选用SIMATIC WinCC Explorer、PC AccessSTEP 7 MicroWIN开发压缩空气智能控制软件,使用C++、LAD、FDB语言编写开发程序,控制软件实现了对压缩空气系统的专家控制、参数设置、系统自检、手动控制、报警处理、数据管理和系统管理功能。实际运行结果表明,该系统能根据供气设备及环境的变化做出最优控制,有效提高了整个系统的可靠性、稳定性、动态响应速度及节能效果,实现了预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及文献综述
• 1.3 研究目标与内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 本文的主要工作和组织结构
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文的组织结构
• 第2章 需求分析与获取
• 2.1 系统概述
• 2.2 系统目标和拟解决的关键问题
• 2.2.1 系统目标
• 2.2.2 拟解决的关键问题
• 2.3 系统研发的技术路线
• 2.4 系统需求描述
• 2.4.1 系统功能性需求
• 2.4.2 系统非功能性需求
• 第3章 系统架构设计
• 3.1 技术架构
• 3.2 功能架构
• 3.2.1 专家控制
• 3.2.2 参数设置
• 3.2.3 系统自检
• 3.2.4 手动控制
• 3.2.5 报警处理
• 3.2.6 数据管理
• 3.2.7 系统管理
• 第4章 系统详细设计
• 4.1 压缩空气系统特点与分析
• 4.1.1 压缩空气系统的组成
• 4.1.2 压缩空气系统特性
• 4.2 基于压力的常规控制方案
• 4.3 基于压力的PID控制方案
• 4.4 模糊控制设计
• 4.4.1 模糊控制器的基本结构
• 4.4.2 模糊控制系统组成
• 4.4.3 模糊控制系统原理
• 4.5 PID模糊控制设计
• 4.5.1 常规压力模糊控制器设计
• 4.5.2 常规压力模糊控制器的不足与改进
• 4.5.3 自适应PID模糊控制器设计
• 4.6 系统硬件选择与使用
• 4.6.1 可编程序控制器
• 4.6.2 本系统中的变频器的选择与使用
• 4.6.3 传感器
• 4.7 系统软件设计
• 4.7.1 人机界面设计
• 4.7.2 数据库的建立
• 4.7.3 部分详细设计
• 第5章 系统实现与测试
• 5.1 系统实现
• 5.1.1 人机界面实现
• 5.1.2 控制程序实现
• 5.2 系统测试
• 5.2.1 系统响应情况分析
• 5.2.2 系统节能效果分析
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表