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1、摘 要本文以热敏化法新型工艺为基础，结合橡胶研究院提出的生产要求，利用成熟的可编程控制技术，对热敏探空气球生产过程的自动化控制进行研究，开发出一套具备手动/自动操作、高性能、高可靠性的热敏气球生产线自动控制系统。该系统的硬件主要由PLC、工控机、触摸屏、球膜、温度控制仪、变频器、制球车、温度/水位传感器等组成。本文主要研究内容有以下几个方面：(1)研究了热敏气球生产线自动控制系统的总体设计。根据热敏化法生产探空气球的新型工艺要求，研究出热敏气球生产线自动控制系统的设备构成和工艺流程。通过对生产线自动控制要求的分析，确定PLC控制方案为热敏气球生产线自动控制系统的实施方案，分析了该自动控制系统的
2、控制原理，并给出了该自动控制系统的主要功能和器件选型。(2)研究了热敏气球生产线自动控制系统的变频调速技术。设计了制球车运动和球膜旋转的变频调速系统，利用USS通信协议实现了PLC与变频器的实时数据通信，实现了制球车运动速度和球膜旋转速度的平滑调节。(3)运用经验法进行了整个控制系统的PLC程序结构设计，并用梯形图编写了整个控制系统的程序。设计了制球车在各个工位的定点识别技术；设计了A/B加热罐对球膜进行喷淋加热的无缝切换控制程序算法；对自动控制系统的抗干扰能力的措施和故障诊断的规律也进行了研究。(4)详细介绍了工业组态软件组态王并运用组态王软件开发了上位机监控程序。利用串行通信，实现了与PL
3、C的实时通信。通过上位机程序的开发，实现了生产线各个设备的运行状况显示、加胶时间/加热时间设置、水位温度显示等功能。另外还实现了制球车动态运行情况的模拟。关键词：可编程控制器；组态软件；变频器；USS通信协议；触摸屏ABSTRACTIn this paper studying sounding balloons thermal production process automation control based on new type heat sensitizing method, with the requirements of the Rubber Research Institute
4、 of production, using sophisticated programmable control technology,Have developed a automatic control system of the production line of heat sensitizing sounding balloon with manual / automatic operation, high performance, high reliability. The system hardware mainly by the PLC, IPC, touch screen, t
5、he ball membrane, temperature control device, frequency converter, temperature / water level sensor components.This paper studies in the following areas:(1) studied the overall design of the thermal balloon production line control system. According to the thermal production of a new type of sounding
6、 balloons requirements developed thermal balloon automatic control system for production line composition and process equipment. Through the production line automation of the analysis to determine PLC control programme for the production line balloon thermal control system implementation plan, the a
7、utomatic control system of the control theory, and given that the main function of automatic control system and device selection .(2) studied the inverter technology of the thermal balloon production line control system. Design a system to the ball movement and ball rotation, PLC and inverter achiev
8、ed real-time data communications used USS communication protocols, the system has the ball speed and ball movement to film a smooth rotation speed regulation.(3)designed the whole PLC programme by using the experience method.Designed the technology of all the car-bit fixed-point identification, desi
9、gn the A / B-heating cans of spray heating membrane to the seamless handover of control procedures algorithm of the automatic control system and anti-jamming capability measures of fault diagnosis also studied.(4) details of the industrial configuration software Kingview and use of the software deve
10、lopment Kingview PC monitoring program. Use serial communication with the PLC to achieve the real-time communication. PC through the development of procedures to achieve the production line operation of various equipment, and plastic Time / heating time settings, such as water temperature display fu
11、nction. It also has system-car operation of the dynamic simulation.Key words: programmable controller; configuration software; inverter; USS communication protocol; Touch ScreenI 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论1.1 本课题提出的背景、目的和意义11.2 国内外气象探空气球制作的发展及现状11.3 本课题研究的主要内容21.4 PLC控制技术概述21.4.1 PLC系统的基本结构21.4.2 PLC的
12、特点、应用领域和发展趋势31.5 组态软件系统简介41.5.1 组态软件概述41.5.2 组态软件的整体结构5第二章 热敏气球生产线自动控制系统总体设计2.1 热敏气球成型原理72.2 热敏气球生产线的设备构成和工艺流程72.2.1 热敏气球生产线的设备构成72.2.2 热敏气球生产线的工艺流程92.3 热敏气球生产线的控制要求92.4 自动控制系统的方案确定和原理分析112.4.1 系统控制方案确定112.4.2 控制系统硬件组成122.4.3 系统控制原理分析132.5 自动控制系统的主要功能和主要器件选型132.5.1 系统的主要功能132.5.2 系统的主要器件选型142.6 本章小结
13、15第三章 热敏气球生产线PLC控制程序设计3.1 SIEMENS S7-200 系列PLC特性163.1.1 S7-200系列PLC介绍163.1.2 S7-200主要功能模块介绍163.1.3 SIEMENS S7-200 PLC的工作原理173.1.4 本系统PLC程序的设计方法183.1.5 本系统PLC程序的设计语言193.2 热敏气球生产线变频调速系统程序设计203.2.1 变频控制的基本原理203.2.2 变频调速系统总体设计213.2.3 USS通信协议及其在PLC与变频器通信中的应用223.3 制球车行走控制程序设计273.3.1 制球车行走控制程序设计思想273.3.2 制
14、球车行走控制程序设计273.4 加热系统控制程序设计293.4.1 温度控制仪表PID参数设置293.4.2 加热系统控制程序设计思想293.4.3 加热系统控制程序设计303.5 其它部分工位控制程序设计323.5.1 做柄工位323.5.2 换轨车343.5.3 冷却工位353.5.4 加混水工位363.6 系统的抗干扰设计和故障诊断363.6.1 系统的抗干扰设计363.6.2 系统故障诊断373.7 本章小结39第四章 热敏气球生产线自动控制系统上位机的设计4.1 组态王软件介绍404.1.1 组态王软件的组成404.1.2 组态王软件的开发系统414.1.3 组态王的变量定义和管理4
15、14.1.4 I/O 设备管理434.2 上位机与SIEMENS CUP226的通信434.3 上位机与温度控制仪表的通信474.4 监控界面的设计484.5 容错性设计514.6 本章小结52第五章 总结与展望5.1 全文总结535.2 今后工作设想和展望53参考文献55致 谢57附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文58附录B 热敏气球生产线自动控制系统现场图5957第一章 绪 论1.1 本课题提出的背景、目的和意义某橡胶设计院研究成功的热敏化法工艺，是当今最为先进的探空气球生产工艺，成功填补了我国在该行业的技术空白，具有良好的推广应用前景。该工艺的应用，可以提高26000米以下用探空气球的可靠性，使升空高度有效率由原有的70%提高到80%以上，从而提高气象保障条件的可靠性。同时，能满足2600030000米高空探空气球的需要，解决我国气象系统探测这一区间气象要素的难题，完善高空气象要素资料，提供更加可靠的气象条件保障。目前，该试制产品达到了日本热敏化探空气球的技术水平，但还不具备提供批量产品的条件。本课题的研究成功，可建成自动化程度高、质量控制先进的热敏探空气球生产线，形成年产热敏化新型探空气球8万
