基于LabVIEW的智能温度压力控制系统.docx

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基于LabVIEW的智能温度压力控制系统

基于LabVIEW的智能温度压力控制系统

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

TheIntellelctualTemperature&PressureControlSystemBasedOnLabVIEW

Thedesignisthetemperature&pressurecontrolsystembasedonlabviewdesign,whichusesamoreadvancedtechnologytoday-imitativeinstrument.Theimitativeinstrumentmeansthattoconjunctethefunctionmoduleofcomputerandsoftwarewiththehardwareoftheinstrumentthroughtheappliedprogram，sothattheusercanoperatethecomputerthroughafriendlyfigureface（shortforfrontboard）asthattheuseroperatesapersonalinstrument,whichisdefinitedanddesignedbytheuserhimself,thentocompletethegathering、analysing、judging、showinganddatastoreofthemeasuredsignal.

Thisarticleisabriefintroductionaboutthesolidtyrevulcanizationproduction,mainlyelaboratesthecontrolmethodandtheimplementationofonekindofsolidtyrevulcanizationcontrolsystem.Thevulcanizationisamid-productioninfluenceabouttirequalityinthetyreproduction.Vulcanizationprocessisaffectedbyamanyfactors，Amongthat,temperature,pressureandtimewascalledthethreeessentialelementsofvulcanization.Inthethreeessentialfactors,becausethetemperaturecontrolismorecomplicatedinthesolidtirevulcanizationcontrolsystem,itistakenasthekey.Thecontrolsystem,includingthesettingofthegivensignalofthetemperature&pressure、thegatheringofthesignaloffieldtemperature&pressureandthecontroloftemperature&pressureandsoon.Todrivetheexecutivemechanismthecontroltherangeofthevalvethroughtheoutputcontrolsignalofthecomputer,intheend,realizingthecontrolofthefieldtemperature&pressure.

Keywords:

solidtyre；tyrevulcanization；PIDcontrol；LabVIEW；imitativeinstrument

目录

摘要I

AbstractII

第一章引言1

1.1轮胎硫化的目的及意义1

1.2轮胎硫化的方式及步骤1

1.2.1硫化的方式1

1.2.2硫化的步骤3

1.3轮胎硫化的工艺要求4

1.4硫化过程的主要问题5

第二章虚拟仪器的概述7

2.1虚拟仪器的产生7

2.2虚拟仪器的概念7

2.3虚拟仪器的构成8

2.4虚拟仪器的特点11

2.5虚拟仪器软件开发平台LabVIEW12

2.5.1虚拟仪器开发软件的比较选择12

2.5.2LabVIEW简介13

2.5.3LabVIEW程序组成14

第三章智能温度压力控制系统设计总体概述16

3.1系统设计总原理框图16

3.2温度压力反馈控制系统方块图17

第四章智能温度压力控制系统硬件设计19

4.1数据采集（DAQ）系统19

4.1.1传感器和变送器20

4.1.2信号调理21

4.1.3数据采集设备22

4.1.4PC与软件26

4.2伺服放大器DFC-110027

4.3手操器DFD-050030

4.4电动执行机构DKZ5500M32

4.5执行部分接线图32

第五章智能温度压力控制系统软件设计34

5.1各子程序设计34

5.1.1温度压力给定子程序34

5.1.2数据采集子程序36

5.1.3标度变换子程序37

5.1.4温度压力调节子程序38

5.1.5输出子程序41

5.2总面板及程序框图设计42

5.2.1实验室模拟温度控制系统软件设计42

5.2.2实际现场温度压力控制系统软件设计44

第六章系统调试49

6.1找出语法错误49

6.2慢速跟踪49

6.3断点与单步执行50

6.4设置探针50

总结51

参考文献52

附录A54

附录B55

致谢56

第一章引言

一.1轮胎硫化的目的及意义

本设计以轮胎硫化工艺过程为例，将对其温度和压力控制过程做一详细研究。

设计了基于LabVIEW的智能温度压力控制系统。

轮胎硫化是轮胎加工生产过程中很重要的一个环节。

橡胶在未硫化之前，分子之间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。

当橡胶加入硫化剂以后，经热处理或其他方式能使橡胶分子之间产生交联，形成三维网状结构，从而使其性能大大改善，尤其是橡胶的定伸应力、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大大提高[1]。

硫化是制造轮胎的最后工序，硫化质量的好坏，直接关系轮胎产品的质量和成品合格率。

自1839年美国人Goodyear发现橡胶硫化至今，人们对硫化所用材料和工艺以及硫化机理的研究从未间断过。

硫化是一个微观的分子反应过程，由于混炼胶中原材料较多，性能各不相同，反应非常复杂，因此对硫化的研究一般都是采用对硫化后的胶料进行各种分析（如游离硫含量、溶胀、撕裂强度、永久变形及生热等），根据产品对各项性能（如耐磨、耐刺、耐热及耐油等）的要求不同，对配方、结构和硫化工艺进行适当的调整，从而达到设计要求[2][3]。

硫化的三要素[4]为时间、温度和压力，其中时间和温度具有密切的关联性。

本文对与轮胎硫化相关的一些主要方面进行分析。

一.2轮胎硫化的方式及步骤

一.2.1硫化的方式

硫化工艺过程根据硫化介质的不同而有明显的区别，硫化介质主要给硫化过程提供温度和压力，硫化中，内温和外温通常不为同一热源，外温介质一般为蒸汽，内温介质一般分为“过热水”、“高温蒸汽”、“蒸汽/氮气”和“热氮”四种。

国内轮胎厂家一般采用“过热水”和“蒸汽”作为内温介质。

下面简要介绍四种内温硫化方式[5]的基本步骤及优缺点。

（1）过热水硫化。

首先采用低压蒸气使轮胎定型，然后利用高压过热水进行硫化，硫化中温度一般为170~180度，内压一般在2.2~2.6兆帕。

它的优点是，硫化效果比较均匀，外观合格率较高，过热水性质稳定，不存在温度衰减等问题；缺点是，硫化温度低，时间长，效率低，设备不易于安装和维护。

（2）高温蒸汽硫化。

该方式直接将高压饱和蒸汽通入胶囊中，内压一般为1.6~1.9兆帕，内温一般为190~210度。

优点是，时间短，硫化效率高，饱和蒸汽使硫化中能耗降低，削减了设备投资；缺点是，对轮胎生产中其它工序的设备和装置有严格的要求，硫化中，内压偏低，容易造成局部压力不足。

（3）蒸汽/氮气硫化。

首先向胶囊中通入低压氮气或蒸汽进行定型，然后在通入190~210度高压饱和蒸汽之后，再向胶囊中通入2.0~2.6兆帕高纯氮气进行增压硫化。

优点是，与全蒸汽硫化方式相比，减少了蒸汽耗费，降低了能源消耗，增加了胶囊寿命，提高了合格率。

（4）热氮硫化。

将经过提纯和干燥后的氮气电加热至180度左右之后，再用压缩机将其加压至3.0兆帕，通过专用循环装置使其在胶囊内循环。

目前，后两种硫化方式较前两种有明显的优势和更广阔市场前景。

但在实际应用中，它们都有一些共同的问题需要考虑，如气体泄露、温差、温度下降等，其硫化工艺也尚存在一些不完善的地方，有待进一步从理论和实际两个方面着手改进。

硫化工艺过程取决硫化介质，而硫化介质的选取必须综合考虑两个方面的因素，一是对轮胎各项物理机械性能的保证，如抓着力、耐久性能和外观质量等；二是要求能在生产过程中降低成本，提高生产效率，减少能耗和环境污染。

一.2.2硫化的步骤

各轮胎公司采用的硫化步骤不尽相同，但主要由以下步骤组成：

（1）通高温饱和蒸汽

（2）充填水（视情况而定）

（3）通过热水

（4）热水回收

（5）通冷却水（视情况而定）

（6）主排

（7）抽真空

（8）开模

第3步可采用3种方式：

循环、半循环或不循环，需根据实际情况进行选取。

第4步可采用两种方式：

用高压蒸汽把胶囊中的过热水赶回除氧器或设置一热水回收罐。

第6和7步可采用单路或双路。

第8步的开模压力一般设置为0.03MPa。

全蒸汽硫化一般有两种方式：

高温蒸汽进加热排或高温蒸汽进，然后主排，再抽真空；高温蒸汽进加热排，然后低压蒸汽进，再主排、抽真空。

其中热排是为了把胶囊中的冷凝水排出。

充氮气硫化还需要增加两个步骤，即放气（排出胶囊下部的低温氮气）和查漏（关闭所有阀门，看内压有无下降，以观察有无阀门泄漏）。

由于主排时间的长短直接影响到硫化效率，因此主排管径的设定和走向以及辅助措施（如安装排空管）对主排的效果至关重要。