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气垫式流浆箱控制系统的研究和改进

作　者: 张卫江
导　师: 孟彦京
学　校: 陕西科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 气垫式流浆箱 PID算法自动运行 S7-300
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着人们生活水平的提高，纸张的需求量显著的提高，也推动了造纸业快速发展。流浆箱是整个造纸过程中很重要的设备，它是连接浆料制备和纸页成形的关键，决定着纸张的质量和纸机抄纸速度。处于整个纸机的咽喉部位，被称为造纸机的心脏和加速器。因此加强对流浆箱自动控制系统的研究与开发的意义重大。基于我国造纸行业的现状，本文以气垫式流浆箱为研究对象，通过理论与实践结合的方法对气垫式流浆箱的工作特性和各个控制参数作了深入的分析，并从进浆量对总压、浆位；进风量对总压、浆位的影响，以数据和图表的形式加以详细的分析，为控制方案的设计提供了有用的依据。控制算法是控制系统的“灵魂”，一个好的控制算法可以对控制精度、控制器的硬件选择都产生决定性的影响。虽然有诸多的文献提出较为高级的控制算法对气垫式流浆箱加以控制，但是这种算法的实施过于复杂，不利于工程实践。本文提出了不依赖于对象的数学模型的PID算法，这种算法不但性能稳定可靠，而且实施起来非常的方便。流浆箱控制方案一般来说有两种，一种是以进浆量来稳定浆位，以进气量来稳定总压，但是这种控制方案在车速不高的情况下可以满足要求，但是在车速较高的情况下，系统的稳定性较差。由于进浆量对总压的补偿效果较好，本文采用了以进浆量来稳定总压，而以进气量来调节浆位的控制方案。在以上方案确定之后，本文结合了西门子S7-300PLC开发出三叠网流浆箱控制系统。由于气垫式流浆箱在启动的过程中需要手动调节，不利于整个纸机过程的自动化运行而且增加了人工负担，因此本设计中采用软件的方法保证了整个启动过程的自动运行模式，给出了启动过程的自动运行的软件流程图，提高了系统的快速性与准确性。详细的列举了系统的硬件配置和硬件的接线图。对于控制程序如何在S7-300中的实施，本文给出了详细的流程说明，并对程序中如何对模拟量滤波的两个算法给予了的解释和程序的运行做了说明。系统总调是一个设计系统在最后的实施环节，它决定着所设计的系统能否可靠运行的关键。由于在造纸现场，干扰信号较多，给总调带来了很大的困难。因此本文给出了系统总调的具体操作流程图。在系统运行之后必须对系统的可靠性、控制精度、系统的动态性能做最后的评价以检测所设计的系统是否达到了预期目的。实践证明所设计的系统方案合理、算法运行可靠、很好的改善了流浆箱的性能达到了预期的目的。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-14
  1.1 课题的目的和意义  11-12
  1.2 文章的结构  12-13
  1.3 研究内容及技术难点  13
  1.4 本章小结  13-14
2 气垫式流浆箱的特性分析  14-27
  2.1 流浆箱主要功能  14-15
  2.2 流浆箱组成及作用  15
  2.3 气垫式流浆箱的工作机理与分析  15-16
  2.4 气垫式流浆箱的工作数据采集分析  16-24
  2.5 气垫式流浆箱的控制参数  24-26
  2.6 本章总结  26-27
3 控制思路的确定与算法的实施  27-35
  3.1 控制方案的确定  27-32
  3.3 PID 参数对系统的影响及参数的整定  32-33
    3.3.1 PID 参数的意义  32
    3.3.2 参数整定  32-33
  3.4 本章总结  33-35
4 多叠网控制系统的硬件实施  35-55
  4.1 西门子 S7-300PLC 简介  35-36
  4.2 控制程序在 S7-300 中的实现  36-42
  4.3 控制器的选用与实施  42-45
  4.4 其他硬件的配置  45-50
    4.4.1 变频器的选择  45-46
    4.4.2 主从站的搭建  46-47
    4.4.3 压力变送器和差压变送器的选择  47-48
    4.4.4 冲浆泵和罗茨风机的选择  48
    4.4.5 系统的工作过程如下  48-50
  4.5 系统的总调过程  50-53
  4.6 本章小结  53-55
5 总结与展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-61
附录 D:流浆箱控制程序  61-72
攻读硕士期间发表的学术论文目录  72-73

气垫式流浆箱控制系统的研究和改进

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