基于LabVIEW的智能温度压力控制系统设计毕业论文.doc

本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于LabVIEW的智能 温度压力控制系统学生姓名：学 号：专 业： 班 级：指导教师： 基于LabVIEW的智能温度压力控制系统摘 要本设计是基于LabVIEW设计的温度压力控制系统,采用了现在国际上比较先进的技术-虚拟仪器。虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面（简称前面板）来操作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示、数据存储等。本文简要介绍了实心轮胎硫化生产过程，主要阐述了一种实心轮胎硫化控制系统的控制方法及其实现。硫化是轮胎生产中影响轮胎质量的一个重要环节。硫化过程受多种因素的影响，其中，温度、压力、时间被称为硫化的三要素。影响轮胎硫化的三要素中由于对温度的控制比较复杂，所以在实心轮胎硫化控制系统中，它就成为系统控制的关键。该控制系统，包括温度压力给定信号的设定、现场温度压力信号的采集以及温度压力的调节等等。最终通过计算机输出的控制信号去驱动执行机构来控制阀门的开度，进而实现现场温度压力的控制。关键词：实心轮胎；轮胎硫化；PID控制；LabVIEW；虚拟仪器毕业设计说明书（毕业论文）The Intellelctual Temperature & Pressure Control System Based On LabVIEWAbstractThe design is the temperature & pressure control system based on labview design, which uses a more advanced technology today-imitative instrument .The imitative instrument means that to conjuncte the function module of computer and software with the hardware of the instrument through the applied program，so that the user can operate the computer through a friendly figure face (short for front board) as that the user operates a personal instrument ,which is definited and designed by the user himself ,then to complete the gathering、analysing、judging、showing and data store of the measured signal.This article is a brief introduction about the solid tyre vulcanization production, mainly elaborates the control method and the implementation of one kind of solid tyre vulcanization control system. The vulcanization is a mid-production influence about tire quality in the tyre production. Vulcanization process is affected by a many factors，Among that, temperature, pressure and time was called the three essential elements of vulcanization. In the three essential factors, because the temperature control is more complicated in the solid tire vulcanization control system, it is taken as the key. The control system ,including the setting of the given signal of the temperature & pressure 、the gathering of the signal of field temperature & pressure and the control of temperature & pressure and so on. To drive the executive mechanism the control the range of the valve through the output control signal of the computer, in the end, realizing the control of the field temperature & pressure.Key words: solid tyre；tyre vulcanization；PID control；LabVIEW；imitative instrument内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 轮胎硫化的工艺要求（1）本控制系统为可按设定的硫化曲线，对整个硫化过程进行自动控制，且各段温度、时间皆可调。下图分别为温度设定曲线。 图1.1 温度控制曲线（2）压力为可设定的硫化曲线，对整个硫化过程进行自动控制，且各段压力、时间皆可调。下图分别为压力设定曲线。 图1.2 压力控制曲线第二章 智能温度压力控制系统设计总体概述 了解了目前轮胎硫化工艺的基本情况及该实心轮胎硫化控制系统的具体要求之后，硫化过程温度压力控制系统总体设计原理框图如下：2.1 系统设计总原理框图图2.1 系统原理框图本设计的系统设计原理框图如上。整体设计可以分为两部分：软件设计和硬件设计。其中软件设计由五个子程序组成，分别为：数据采集子程序、标度变换子程序、温度压力给定子程序、温度压力调节子程序和输出子程序。各个子程序的正确连接就可以实现对温度压力的调节，起到调节器的作用，即图中的PC机部分。各子程序的具体介绍将在第五章详细说明。硬件部分由两部分组成，即数据采集部分和执行部分。数据采集部分是由传感器、信号调理模块、DAQ板卡和数据传输总线组成。传感器包括温度传感器-铜热电阻传感器，压力传感器-扩散硅式差压变送器。信号调理模块只有热电阻调理模块，扩散硅式差压变送器输出的信号可以直接给DAQ板卡。DAQ板卡是选用的NI公司的PCI-6221数据采集卡。数据传输总线为PCI总线。执行部分是由伺服放大器、手操器和电动执行机构组成。伺服放大器对DAQ板卡输出的微弱信号进行放大，手操器可以进行手自动切换，电动执行机构最终对控制阀动作。其中控制阀包括进气阀和排气阀。进气阀是一个电磁阀(开度阀)，而排气阀是一个气开阀（开关阀）。第三章 智能温度压力控制系统硬件设计3.1 数据采集（DAQ）系统本设计一共设计九个采集点。八个温度采集点，一个压力采集点。其中温度采集选用的是八只铜热电阻，这样就需要有四个铜热电阻调理模块。每个铜热电阻模块有两个采集通道。温度采集与输出分别占用八个模拟采集通道和八个模拟输出通道；压力采集选用扩散硅式差压变送器，其采集输出的就是420mA的标准电信号。可以直接被板卡采集。压力采集与输出分别占用DAQ板卡的一个模拟采集通道和一个数字量输出通道。数据采集（DAQ）是指从传感器和其他待测设备等模拟或数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。一个完整的DAQ系统包括传感器或变换器、信号调理设备、数据采集和分析硬件、计算机、驱动程序和应用软件等10，如下图。图3.1 数据采集系统3.2 执行部分接线图下图为伺服放大器、手操器及电动执行机构之间的接线图。参考上面的文字说明及该图连线，正确的接线便可以实现对控制阀的动作。从而对现场温度压力进行准确的控制。图3.2 执行部分接线图第四章 智能温度压力控制系统软件设计4.1 总面板及程序框图设计4.1.1 实验室模拟温度控制系统软件设计在现有的实验条件下，只能实现了一个智能温度控制系统。传感器选用Pt100，温度调理模块为SCC-RTD01。前面板选用选项卡结构，包括三部分：温度采集部分，温度给定部分和温度PID调节部分。前面板如图4.1，4.2和4.3。程序框图见附录A。本系统的调试环境为室温环境，所以采集进来的信号应该是一个室温值。图4.1为温度PID调节部分。此面板功能包括：温度给定和采集曲线的同步显示，温度PID调节输出控制量曲线，给定、采集和输出控制量的实时数值显示，PID参数调节和紧急停止按钮。由图中曲线可以看到，给定温度符合工艺要求，采集温度也符合现场室温环境。输出控制量为05V电压，再通过外接模块或转换电路把电压转换为420mA电流送往执行机构。在开始由于测量值大于设定值，偏差为正，所以输出控制量为最小值0V，对应驱动电流4mA，使进气阀开度关闭，不再进热气。当两条曲线相遇后，测量值又小于给定值，偏差小于0，则输出控制量最大值5V，对应驱动电流20mA，使阀门开度增大，增大进热气量。图4.1 智能温度控制系统面板一 图4.2为温度给定部分。该面板可以实现给定曲线的实时显示以及曲线参数的设定，通过此参数的设定可以改变曲线的形状。图4.2 智能温度控制系统面板二图4.3 智能温度控制系统面板三图4.3为温度采集部分。图中曲线为采集的一个室温环境所对应的电压信号。查Pt100传感器分度表，室温按30可以计算出此电压为2.91V，与采集的2.77电压值几乎相等。再经过标度变换，显示温度值为28.3812。本面板功能包括：采集通到、采集模式、采样率、和最大最小值的设定，采集电压曲线的显示和标度变换后的温度值显示。参 考 文 献1. 潘少永,虚拟仪器技术研究D,解放军信息工程大学,20052. 周彦豪,董智贤,陈福林,刘洪涛,高琼芝.橡胶硫化技术的新进展J,中国橡胶,2003,20(4):20-26.3. 潭德征.轮胎硫化工艺的优选J,轮胎工业,2005,25(2):109-111.4. 梁垂燕,孙万亮,沈世刚.轮胎的硫化测温J,轮胎工业,2006,26(9):557-560.5. 王英双,汪传生.轮胎蒸气氮气硫化理论分析及数学模型的建立J,橡胶工业，2007,54(3):172-174.6. 聂宗瑶,马修水,谢发忠.基于过程控制技术对轮胎硫化过热水主管道振动问题的解决J,微机应用与自动控制,2007,33(4):55-58.7. 余丽平.虚拟仪器的硫化罐智能温度控制系统的研究D,西安建筑科技大学,20078. 童刚.虚拟仪器实用编程技术M,北京:机械工业出版社,2008,58-70.内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）附录