压缩空气之智能控制节能系统的研发

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，以满足工业现场设各的要求，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 Access、STEP7 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。

目录

文摘

英文文摘

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

4.6.4 系统通讯方案

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

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