热定型机拉伸同步控制系统的研究

摘要

工业纺织品是制造性企业的重要生产原料，对于特种纺织企业热定型工艺是造纸用聚酯网生产加工中的重要环节。热定型拉幅拉伸张力控制的精度与质量直接决定了聚酯织物的产品质量，也是众多控制领域工程技术人员现阶段研究的主要方向。
　　本文是在参考国内外有关文献和实物的基础上，根据织物定型工艺的实际要求，提出了基于PLC控制的拉伸张力同步控制系统的控制策略。并结合PLC为控制核心，以交流变频器对拉伸电机调速为手段，采用模糊PID控制方法完成了对热定型机拉伸张力控制的跟踪调试。
　　整体设计包括三个部分，分别为硬件电路设计、上位机软件设计以及模糊控制方法的构建。硬件电路设计包括PLC、变频器的选型、I/O接线以及通讯接口方式选择和抗干扰设计。上位机软件设计采用的是西门子STEP7编程软件和WINCC组态软件，用来实现拉伸张力同步控制系统的可视化调试及监控。模糊控制方法是系统设计的一大亮点，相较传统的控制方式，模糊控制算法有着更好的系统响应的及时性和有效性。
　　本系统设计采用模块化结构，循环扫描方式，并且根据聚酯织物定型工艺的实际需要，研发了上位机的监控系统，方便了现场操作人员对生产过程的掌控，提高了生产现场自动控制的有效性和及时性。在PLC为核心构成的拉伸张力同步控制系统中，特别加入了模糊PID控制策略优化了以往传统织物定型过程中拉伸张力速率不一致的缺陷，填补了国内空白。在该控制系统中还设计了上位机监控系统，它为现场工作人员提供了交互式人机界面，根据屏幕所显示内容，可快速设定参数、排除故障，能大幅度提高聚酯织物的定型效率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景、研究目的及意义

1．2 国内热定型设备发展现状及现代化水平

1．3 热定型设备控制技术的发展

1．4 论文研究的主要技术要求

1．5 论文的主要研究内容

2 拉幅拉伸热定型工艺的工艺原理

2．1 聚酯网生产工艺流程

2．2 热定型工艺的工艺要求

2．3 拉幅拉伸工艺的数学模型

2．4 热定型拉幅拉伸过程中织物张力的数学模型分析

2．5 热定型机的拉幅拉伸工艺工作原理

3 拉伸同步控制系统的硬件设计

3．1 拉伸同步控制系统的控制方式选择

3．1．1 可编程逻辑控制器的选择

3．1．2 西门子S7-300系列PLC的工作模式

3．1．3 基于PLC的查表法实现模糊控制

3．1．4 MICROMASTER 440系列变频器

3．2 数据通讯标准

3．2．1 RS—232总线标准

3．2．2 RS—422／RS—485总线标准

3．2．3 PROFIBUS通讯系统

3．3 拉伸同步控制的硬件设计

3．3．1 拉伸控制系统抗干扰设计思路

3．3．2 拉伸同步控制电气接线设计

3．4 热定型拉幅拉伸控制系统硬件系统分析

3．5 拉幅拉伸控制系统设备选型

4 拉伸同步控制系统的控制策略

4．1 传统的PID控制器在拉幅拉伸同步控制过程中的建模

4．2 传统PID控制器误差分析

4．3 异步电动机转速与拉伸速度的数学模型

4．4 模糊PID拉伸同步控制系统数学模型的建立

4．4．1 模糊PID控制策略

4．4．2 模糊PID控制系统的优势

4．5 模糊控制规则表的构建

4．6 隶属度函数求解及解模糊化

4．7 利用SIMULINK对控制系统仿真

5 拉伸同步控制系统的软件实现

5．1 PLC编程软件设计

5．1．1 STEP7软件简介

5．1．2 PLC系统硬件组态

5．1．3 拉幅拉伸同步控制系统的软件功能

5．2 上位机界面开发

5．2．1 WINCC组态软件简介

5．3 软件设计

6 总结与展望

参考文献

致谢