串联密炼机胶料温度控制系统设计

摘要

炼胶是轮胎生产的第一道工序，也是决定轮胎性能的关键工序。炼胶过程非常复杂，炼胶车间的环境也十分恶劣，由于缺乏必要的控制措施，传统的炼胶工艺对密炼机内胶料温度的控制不够灵活，当胶料达到一定的温度时，只能做排胶处理。目前混炼胶料的生产工艺是以多段炼胶法为主，这样会导致多次搬运母炼胶料，造成存放场地、存放时间的占用，产生能源浪费。降低炼胶能耗，提高炼胶质量，提高轮胎性能，实现节能降耗目标，成为行业发展的一项重要研究课题。
　　为了改进橡胶制品质量，近年来在国外兴起的串联炼胶技术研究，解决混炼胶温度难以控制而产生凝胶的技术难题，成为炼胶技术发展的一个重要方向。在炼胶过程中，对胶料温度有效控制是串联密炼工艺的关键技术之一。由于密炼机的工作环境比较恶劣，常规的PID控制技术难以满足要求。模糊控制技术对于处理温度这一类具有时滞性特点的控制效果比较好，因此本文采用模糊控制与PID控制相结合的智能控制技术，实现低温炼胶工艺要求的目标。
　　首先，本文介绍了密炼工艺要求，密炼机的功能、主要结构和发展历史。指出目前密炼工艺的不足，引出了串联密炼机的研究需求。阐述了串联炼胶技术及温度控制系统的发展现状、意义。分析了常规的密炼机控制功能和过程控制中的温度控制方式。通过分析串联密炼机的工艺功能需求、密炼机控制系统和温度控制技术的发展状况，明确提出了串联密炼机胶料温度的控制系统设计需求，提出了系统设计的控制目标和控制方式。
　　其次，介绍了常规PID控制技术的原理、功能和整定方法。作为过程控制领域的常用控制技术，PID控制方法具有很多优点。同时也存在一定的问题，当被控对象特性变化，系统变得不稳定。介绍了模糊控制系统的组成、工作原理和特点。分析了常规PID控制和模糊控制技术，提出了模糊PID控制理论的工作原理和参数整定方法。
　　然后，根据密炼机胶料混炼生产特性，分析各种影响密炼胶料温度的因素。明确了影响密炼过程胶料温度的主要和次要因素。通过研究胶料密炼过程的能量平衡关系，确定了串联密炼机胶料温度的控制策略。本文建立基于模糊控制技术的串联密炼机胶料温度控制系统架构。对控制对象进行了模糊化处理，提出控制系统的模糊控制规则。通过MATLAB进行了模拟仿真运行。
　　串联炼胶温度控制系统硬件选型和程序设计。选择西门子大型交流变频电机驱动设备转子，选用带有源滤波回馈功能的交流变频驱动控制器。以SIMATICS7-300PLC作为控制系统的核心，通过网络接口与各个系统通讯，可以从上位机获得生产配方，并且上传生产数据。采用基于WinCC flexible的精智系列触摸屏TP1200作为人机交互界面，实时监控胶料温度和设备状况。选择西门子大型控制系统平台，增强了控制系统运行的可靠性，并为实现复杂算法和系统扩展提供了硬件平台。为实现串联密炼机的温度控制功能，给出了主程序流程图和模糊运算程序流程图。
　　最后，对本文的研究工作做出了总结，指出了目前存在的一些问题，并提出了进一步完善的建议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 研究现状和文献综述

1．2．1 密炼机简介

1．2．2 串联密炼机的发展及研究现状

1．2．3 密炼机控制系统简介

1．2．4 温度控制系统设计的研究简介

1．3 论文的主要研究内容及关键问题分析

2 PID控制理论及模糊控制原理分析

2．1 常规PlD控制理论

2．1．1 PID算法

2．1．2 PID控制算法参数整定

2．1．3 常规PID控制算法的不足及改进方向

2．2 模糊控制理论

2．2．1 模糊控制概述

2．2．2 模糊控制系统组成及工作原理

2．3 模糊PID控制理论

2．3．1 参数自调节模糊PID控制算法

2．3．2 参数自调节模糊-PID控制的参数整定原则

2．4 本章小结

3 串联密炼机胶料温度控制系统研究

3．1 影响密炼机混炼的因素

3．2 影响密炼机胶料温度的因素分析

3．3 密炼机混炼过程的能量平衡

3．4 串联密炼机炼胶温度控制策略

3．5 本章小结

4 串联密炼机胶料温度模糊控制器的设计

4．1 串联密炼机胶料温度模糊控制器的设计

4．2 串联密炼机胶料温度模糊控制系统的仿真研究

4．3 本章小结

5 串联密炼机胶料温度控制系统硬件及软件设计

5．1 串联密炼机胶料温度控制系统的硬件设计

5．1．1 串联密炼机驱动系统设计

5．1．2 串联密炼机主控系统设计

5．1．3 串联密炼机控制系统触摸屏选型设计

5．2 串联密炼机胶料温度模糊控制系统的软件设计

5．2．1 控制系统的PLC程序设计

5．2．2 采用WinCC flexible组态软件设计触摸屏操作功能

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

附录

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果