煙草企業(yè)煙葉儲(chǔ)藏房空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
發(fā)布時(shí)間：2014-08-20 10:15
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義
煙葉是卷煙工業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)安全的煙草原料是滿(mǎn)足卷煙工業(yè)需求、促進(jìn)煙草行業(yè)發(fā)展的前提。隨著社會(huì)生活水平的提高，對(duì)卷煙質(zhì)量檔次的要求也不斷提高，為了保證卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性，必須做好煙葉原料數(shù)量和質(zhì)量的保障工作。貯存是煙草加工過(guò)程中提高品質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是卷煙生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。貯葉工序的主要目是一方面通過(guò)對(duì)煙葉原料混配的存儲(chǔ)，使添加在煙草中的水分、料液、香料以及其他物料相互混配均勻且被煙片充分吸收；另一方面也起到調(diào)節(jié)和平衡制絲生產(chǎn)能力及生產(chǎn)時(shí)間的作用。煙葉在貯存過(guò)程中，需要為其貯存環(huán)境提供適宜的溫濕度條件，并且為了提高葉料混配的質(zhì)量還應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)貯葉時(shí)間。經(jīng)過(guò)貯存過(guò)程的煙葉品質(zhì)明顯改善、煙香增加、刺激性降低，其內(nèi)在化學(xué)成分趨于協(xié)調(diào)，感官質(zhì)量得到提高，能夠滿(mǎn)足卷煙配方的需求。近幾年，對(duì)煙草的需求越來(lái)越多，促使煙草行業(yè)發(fā)展的速度逐漸加快，對(duì)煙葉貯存的規(guī)模和數(shù)量的要求也越來(lái)越大，實(shí)現(xiàn)煙葉的安全存儲(chǔ)就成為亟待解決的問(wèn)題。如果沒(méi)有較好的煙葉貯存養(yǎng)護(hù)技術(shù)，沒(méi)有對(duì)煙葉貯存進(jìn)行科學(xué)的管理，就會(huì)在煙葉貯存過(guò)程中造成較高的損耗率，并且難以保證煙葉的質(zhì)量。
1.2 煙葉貯房控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
機(jī)理分析法指的是人們根據(jù)被控對(duì)象的特征，確定系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)理類(lèi)型，準(zhǔn)確表達(dá)出變量的因果關(guān)系，再對(duì)一些不確定因素進(jìn)行簡(jiǎn)化，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法得到描述被控對(duì)象特征的數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模法是新型建模方法中應(yīng)用比較多的建模方法，它根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出關(guān)系，不間斷的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的閾值和權(quán)值，來(lái)推導(dǎo)從輸入到輸出的映射關(guān)系，進(jìn)行模型建立時(shí)不需要具體的函數(shù)表達(dá)式，也不需要對(duì)方程進(jìn)行求解，就能推導(dǎo)出輸入輸出變量的函數(shù)表達(dá)式。
……………
第2章 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 貯葉房空調(diào)系統(tǒng)
貯葉房空調(diào)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、空氣處理設(shè)備、風(fēng)閥及風(fēng)道、新風(fēng)口和排風(fēng)口構(gòu)成。由于外界空氣中含有灰塵顆粒，最初室外新風(fēng)必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置的初次過(guò)濾，新風(fēng)經(jīng)過(guò)風(fēng)閥進(jìn)入組合式空調(diào)機(jī)組，再與貯葉房?jī)?nèi)的回風(fēng)進(jìn)行充分混合，經(jīng)過(guò)混合后的空氣再通過(guò)初效過(guò)濾、中效過(guò)濾、高效過(guò)濾以及加濕、冷熱交換后，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的空氣則由送風(fēng)機(jī)沿通風(fēng)管道送至貯葉房。而改變空氣溫濕度的方法是在空氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中利用空氣—水換熱的方式進(jìn)行的[15-17]。
2.2 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件選型
為了能夠滿(mǎn)足復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)合，本文設(shè)計(jì)中選用的是通用性好的模塊化通用型 PLC—S7-300 系列，其能夠在一個(gè)系統(tǒng)中擴(kuò)展 32 個(gè)不同的應(yīng)用模塊。在 SIMATIC 控制器銷(xiāo)售中 S7-300 是銷(xiāo)量最多的產(chǎn)品，并且被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)化方向。S7-300 的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、信號(hào)模塊（SM）和功能模塊（FM）等。用戶(hù)可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊，由于導(dǎo)軌上的槽位沒(méi)有限制，SM 模塊和 FM 模塊可以隨意插放，系統(tǒng)自行組態(tài)，維護(hù)也非常方便[22]。
貯葉房空調(diào) PLC 控制系統(tǒng)的組成，如表 2-5 所示。PLC 通過(guò)溫濕度傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)空氣參數(shù)；通過(guò) RS-485 串口通訊與 MP377(HMI)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能�？梢�(jiàn)，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及控制等功能僅由一臺(tái)西門(mén)子 S7-300PLC 即可完成。S7-300 系列 PLC 采用模塊化設(shè)計(jì)，為滿(mǎn)足控制任務(wù)增加的要求，可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行擴(kuò)展和組合。它的核心是 CPU模塊，通過(guò)總線擴(kuò)展輸入/輸出模塊、通信模塊等其他模塊組成系統(tǒng)[23,24]。
……………
第 3 章 貯葉房煙葉溫度場(chǎng)建模.............................19
3.1 溫度場(chǎng)理論............................. 19
3.1.1 溫度場(chǎng)的基本概念....................... 19
3.1.2 煙葉溫度場(chǎng)的控制方程和邊界條件.................. 20
3.2 溫度場(chǎng)的有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算................. 21
第 4 章 貯葉房空調(diào)系統(tǒng)仿真模型..................29
4.1 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.................... 29
4.2 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的仿真模型......................... 35
第 5 章 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)..................41
5.1 模糊控制器的組成........................ 41
5.2 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì) ........................ 42
第5章 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
5.1 模糊控制器的組成
模糊控制的關(guān)鍵部分就是模糊控制器。設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，要用到模糊集合、模糊關(guān)系以及模糊推理等，就是要把人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，人腦的推理方法轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的模型，讓計(jì)算機(jī)模仿人的思考來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。模糊控制器不需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制是根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行模仿，實(shí)際上它是非線性控制的一部分。所以模糊控制對(duì)于非線性的、不確定模型的系統(tǒng)有很好的控制效果。如果一個(gè)系統(tǒng)無(wú)法針對(duì)被控對(duì)象建立比較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，那么控制效果就會(huì)不夠理想。模糊控制在很多無(wú)法應(yīng)用傳統(tǒng)控制理念的系統(tǒng)中顯得尤為重要，其系統(tǒng)組成如圖 5-1 所示[38-40]。
5.2 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì)
通過(guò)第一章 1.2.2 小節(jié)的介紹，我們知道 PID 控制對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性有很好的控制效果。再將模糊理論應(yīng)用其中后對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量都會(huì)有較大程度的改進(jìn)，兩者互相配合能根據(jù)系統(tǒng)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié) PID 的參數(shù)，使這兩個(gè)控制方法的優(yōu)點(diǎn)都能很好的體現(xiàn)，兩者結(jié)合形成的模糊 PID 控制器就能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。綜上分析，為了使貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮其應(yīng)有作用，在本文中對(duì)模糊 PID 控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)[41-43]。
…………
結(jié)論
本文以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，完成了煙草貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)建模等工作，并基于堆積體熱傳導(dǎo)理論重點(diǎn)研究了在有機(jī)質(zhì)堆積自發(fā)熱情況下的熱耗散模型問(wèn)題，設(shè)計(jì)了實(shí)用的溫濕度控制器。本文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論不僅對(duì)煙草行業(yè)葉房、絲房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有實(shí)用價(jià)值，而且對(duì)相關(guān)的糧食、煤炭、食料倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)具有借鑒指導(dǎo)意義。論文的主要工作及結(jié)論如下：
1. 根據(jù)貯房空調(diào)系統(tǒng)的控制要求，結(jié)合系統(tǒng)信號(hào)數(shù)量的實(shí)際情況，在充分考慮系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上兼顧經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，完成了基于 PLC 的貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案， 進(jìn)行了 PLC 系統(tǒng)硬件模塊的選型配置，優(yōu)化設(shè)計(jì)了電氣拖動(dòng)系統(tǒng)，完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件配置，該設(shè)計(jì)能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)貯葉房溫濕度的監(jiān)測(cè)及控制。
本文編號(hào)：8421
1.1 研究背景及意義
煙葉是卷煙工業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)安全的煙草原料是滿(mǎn)足卷煙工業(yè)需求、促進(jìn)煙草行業(yè)發(fā)展的前提。隨著社會(huì)生活水平的提高，對(duì)卷煙質(zhì)量檔次的要求也不斷提高，為了保證卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性，必須做好煙葉原料數(shù)量和質(zhì)量的保障工作。貯存是煙草加工過(guò)程中提高品質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是卷煙生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。貯葉工序的主要目是一方面通過(guò)對(duì)煙葉原料混配的存儲(chǔ)，使添加在煙草中的水分、料液、香料以及其他物料相互混配均勻且被煙片充分吸收；另一方面也起到調(diào)節(jié)和平衡制絲生產(chǎn)能力及生產(chǎn)時(shí)間的作用。煙葉在貯存過(guò)程中，需要為其貯存環(huán)境提供適宜的溫濕度條件，并且為了提高葉料混配的質(zhì)量還應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)貯葉時(shí)間。經(jīng)過(guò)貯存過(guò)程的煙葉品質(zhì)明顯改善、煙香增加、刺激性降低，其內(nèi)在化學(xué)成分趨于協(xié)調(diào)，感官質(zhì)量得到提高，能夠滿(mǎn)足卷煙配方的需求。近幾年，對(duì)煙草的需求越來(lái)越多，促使煙草行業(yè)發(fā)展的速度逐漸加快，對(duì)煙葉貯存的規(guī)模和數(shù)量的要求也越來(lái)越大，實(shí)現(xiàn)煙葉的安全存儲(chǔ)就成為亟待解決的問(wèn)題。如果沒(méi)有較好的煙葉貯存養(yǎng)護(hù)技術(shù)，沒(méi)有對(duì)煙葉貯存進(jìn)行科學(xué)的管理，就會(huì)在煙葉貯存過(guò)程中造成較高的損耗率，并且難以保證煙葉的質(zhì)量。
1.2 煙葉貯房控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
機(jī)理分析法指的是人們根據(jù)被控對(duì)象的特征，確定系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)理類(lèi)型，準(zhǔn)確表達(dá)出變量的因果關(guān)系，再對(duì)一些不確定因素進(jìn)行簡(jiǎn)化，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法得到描述被控對(duì)象特征的數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模法是新型建模方法中應(yīng)用比較多的建模方法，它根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出關(guān)系，不間斷的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的閾值和權(quán)值，來(lái)推導(dǎo)從輸入到輸出的映射關(guān)系，進(jìn)行模型建立時(shí)不需要具體的函數(shù)表達(dá)式，也不需要對(duì)方程進(jìn)行求解，就能推導(dǎo)出輸入輸出變量的函數(shù)表達(dá)式。
……………
第2章 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 貯葉房空調(diào)系統(tǒng)
貯葉房空調(diào)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、空氣處理設(shè)備、風(fēng)閥及風(fēng)道、新風(fēng)口和排風(fēng)口構(gòu)成。由于外界空氣中含有灰塵顆粒，最初室外新風(fēng)必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置的初次過(guò)濾，新風(fēng)經(jīng)過(guò)風(fēng)閥進(jìn)入組合式空調(diào)機(jī)組，再與貯葉房?jī)?nèi)的回風(fēng)進(jìn)行充分混合，經(jīng)過(guò)混合后的空氣再通過(guò)初效過(guò)濾、中效過(guò)濾、高效過(guò)濾以及加濕、冷熱交換后，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的空氣則由送風(fēng)機(jī)沿通風(fēng)管道送至貯葉房。而改變空氣溫濕度的方法是在空氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中利用空氣—水換熱的方式進(jìn)行的[15-17]。
2.2 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件選型
為了能夠滿(mǎn)足復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)合，本文設(shè)計(jì)中選用的是通用性好的模塊化通用型 PLC—S7-300 系列，其能夠在一個(gè)系統(tǒng)中擴(kuò)展 32 個(gè)不同的應(yīng)用模塊。在 SIMATIC 控制器銷(xiāo)售中 S7-300 是銷(xiāo)量最多的產(chǎn)品，并且被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)化方向。S7-300 的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、信號(hào)模塊（SM）和功能模塊（FM）等。用戶(hù)可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊，由于導(dǎo)軌上的槽位沒(méi)有限制，SM 模塊和 FM 模塊可以隨意插放，系統(tǒng)自行組態(tài)，維護(hù)也非常方便[22]。
貯葉房空調(diào) PLC 控制系統(tǒng)的組成，如表 2-5 所示。PLC 通過(guò)溫濕度傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)空氣參數(shù)；通過(guò) RS-485 串口通訊與 MP377(HMI)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能�？梢�(jiàn)，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及控制等功能僅由一臺(tái)西門(mén)子 S7-300PLC 即可完成。S7-300 系列 PLC 采用模塊化設(shè)計(jì)，為滿(mǎn)足控制任務(wù)增加的要求，可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行擴(kuò)展和組合。它的核心是 CPU模塊，通過(guò)總線擴(kuò)展輸入/輸出模塊、通信模塊等其他模塊組成系統(tǒng)[23,24]。
……………
第 3 章 貯葉房煙葉溫度場(chǎng)建模.............................19
3.1 溫度場(chǎng)理論............................. 19
3.1.1 溫度場(chǎng)的基本概念....................... 19
3.1.2 煙葉溫度場(chǎng)的控制方程和邊界條件.................. 20
3.2 溫度場(chǎng)的有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算................. 21
第 4 章 貯葉房空調(diào)系統(tǒng)仿真模型..................29
4.1 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.................... 29
4.2 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的仿真模型......................... 35
第 5 章 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)..................41
5.1 模糊控制器的組成........................ 41
5.2 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì) ........................ 42
第5章 貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
5.1 模糊控制器的組成
模糊控制的關(guān)鍵部分就是模糊控制器。設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，要用到模糊集合、模糊關(guān)系以及模糊推理等，就是要把人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，人腦的推理方法轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的模型，讓計(jì)算機(jī)模仿人的思考來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。模糊控制器不需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制是根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行模仿，實(shí)際上它是非線性控制的一部分。所以模糊控制對(duì)于非線性的、不確定模型的系統(tǒng)有很好的控制效果。如果一個(gè)系統(tǒng)無(wú)法針對(duì)被控對(duì)象建立比較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，那么控制效果就會(huì)不夠理想。模糊控制在很多無(wú)法應(yīng)用傳統(tǒng)控制理念的系統(tǒng)中顯得尤為重要，其系統(tǒng)組成如圖 5-1 所示[38-40]。
5.2 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì)
通過(guò)第一章 1.2.2 小節(jié)的介紹，我們知道 PID 控制對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性有很好的控制效果。再將模糊理論應(yīng)用其中后對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量都會(huì)有較大程度的改進(jìn)，兩者互相配合能根據(jù)系統(tǒng)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié) PID 的參數(shù)，使這兩個(gè)控制方法的優(yōu)點(diǎn)都能很好的體現(xiàn)，兩者結(jié)合形成的模糊 PID 控制器就能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。綜上分析，為了使貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮其應(yīng)有作用，在本文中對(duì)模糊 PID 控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)[41-43]。
…………
結(jié)論
本文以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，完成了煙草貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)建模等工作，并基于堆積體熱傳導(dǎo)理論重點(diǎn)研究了在有機(jī)質(zhì)堆積自發(fā)熱情況下的熱耗散模型問(wèn)題，設(shè)計(jì)了實(shí)用的溫濕度控制器。本文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論不僅對(duì)煙草行業(yè)葉房、絲房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有實(shí)用價(jià)值，而且對(duì)相關(guān)的糧食、煤炭、食料倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)具有借鑒指導(dǎo)意義。論文的主要工作及結(jié)論如下：
1. 根據(jù)貯房空調(diào)系統(tǒng)的控制要求，結(jié)合系統(tǒng)信號(hào)數(shù)量的實(shí)際情況，在充分考慮系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上兼顧經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，完成了基于 PLC 的貯葉房空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案， 進(jìn)行了 PLC 系統(tǒng)硬件模塊的選型配置，優(yōu)化設(shè)計(jì)了電氣拖動(dòng)系統(tǒng)，完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件配置，該設(shè)計(jì)能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)貯葉房溫濕度的監(jiān)測(cè)及控制。
2. 在煙葉傳熱特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬方法的比較分析，選用有限差分法進(jìn)行煙葉溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算，通過(guò)模擬曲線與實(shí)測(cè)曲線的對(duì)比可以看出，該方法能快速準(zhǔn)確的計(jì)算出溫度場(chǎng)的分布情況。針對(duì)貯葉房空調(diào)系統(tǒng)整體不能直接建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，采用能量守恒定理和質(zhì)量守恒定理建立空調(diào)系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型，并分別建立其仿真模型，再將各部分仿真模型按輸入輸出關(guān)系連接構(gòu)成整個(gè)貯葉房空調(diào)系統(tǒng)的仿真模型。
……………
參考文獻(xiàn)（略）
本文編號(hào)：8421
本文鏈接：http://www.lk138.cn/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/8421.html
最近更新
教材專(zhuān)著
