基于虚拟仪器的橡胶挤出机状态监控系统

摘要

近几年来，随着我国汽车保有量的不断增大，人们对汽车轮胎的质量要求不断提高，同时对轮胎的性能也提出了新的要求:刚性更好，重量更轻，密度更强。高质量的轮胎取决于橡胶质量，并与橡胶在炼制过程中需要有重要的工序—挤出作业密切相关，挤出作业需要工程人员在短时间内对系统的问题做出决策，传统的监控方式难以满足现代生产工序的要求，本论文针对橡胶螺杆挤出机检测系统进行研究，致力于开发稳定并兼有高效性的状态监控系统。
　　本设计硬件系统采用RockWell的ControlLogix控制器1756-L72，负责对每个过程进行控制，通过逻辑指令对伺服电机和变频器结合底层传感器进行逻辑运算。现场选择研华的IPPC-6152A-R1BE型带触摸屏工控机和RockWell的手动操作按键装置，工控机内部预装有Windows操作系统和串口驱动，并通过相关的IP地址和PLC连接。
　　工控机采用LabVIEW设计人机界面，结合模糊PID控制建立温度控制系统的数学模型，LabVIEW设计的画面风格友好，效果直观并能实现数据分析，并通过底层数据库驱动调用Access数据库存储数据和导出数据，可以完成调用Excel生成信息报告，采用过程能力控制算法对一段时间内系统运行质量考评和声光报警等多种功能。控制系统主体采用生产者/消费者设计模式，响应前面板控件操作调用相应的子程序完成功能。
　　本系统采用千兆工业以太网和设备网实现现场设备和PLC、变频器和PLC之间的通信，并通过研华以太网交换机拓展网络拓扑结构，实现数据从现场设备到管理层的传递。PLC也可以和机架内其他模块背板通信，只适用于模块和CPU之间的数据传递。经过在现场测试和客户现场的测试，验证了本套系统性能稳定，建立的数学模型能够符合现场的生产数据，对于设备出现的故障能进行分析，提高生产效率和设备利用率，本研究对于虚拟仪器技术和传感器结合数学模型综合分析法在大型机械生产设备中具有实际应用价值，具有现实意义。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 本课题研究领域的发展现状

1．3．1 生产设备状态监控系统的发展

1．3．2 虚拟仪器技术的发展现状

1．4 本论文的研究目标

2 销钉式冷喂料橡胶挤出机的设计

2．1 橡胶挤出机的设计总体概述

2．1．1 挤出机的发展近况

2．1．2 橡胶挤出机的基本构成

2．1．3 胶料的挤出过程和流动状态

2．1．4 温度控制

2．1．5 橡胶挤出机的发展趋势

2．2 系统测控体系的设计

2．2．1 挤出机的控制体系结构

2．2．2 监控系统的整体结构

2．2．3 状态监控系统的控制原理

3 测控系统现场设备选择

3．1 传感器系统

3．1．1 温度传感器

3．1．2 光电传感器

3．2 控制系统

3．2．1 ControlLogix控制系统

3．2．2 运动控制系统

3．2．3 变频器系统

3．3 网络通信系统

3．3．1 NetLinx系统网络

3．3．2 SERCOS通信协议

4 数据通信

4．1 连接数据库并访问

4．1．1 设定数据源的连接

4．2 OPC

4．2．1 OPC访问方式

4．2．2 OPO服务器组成

5 挤出机的控制算法

5．1 PID控制

5．2 橡胶挤出机温度模糊PID控制

5．2．1 模糊子集

5．2．2 模糊控制规则的建立

5．2．3 模糊推理过程和解模糊

5．2．4 变论域控制

5．2．5 现场实验测试

6 监控程序的设计

6．1．2 PLC控制程序实现

6．2 现场检测站设计

6．2．1 虚拟仪器技术

6．2．2 软件开发的样式

6．2．3 软件开发的结构

6．3 软件开发调试

6．4 监控系统的功能实现

6．4．1 初始化

6．4．2 状态显示部分

6．4．3 数据保存分析系统

6．4．4 过程能力参数

7 结论

8 展望

参考文献

致谢

附录