基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)庫部分軟件設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ........................................................ 49 第八章 總結(jié) ........................................................................................................................... 50 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................................................... 51 致 謝 ................................................................................................................................. 53 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 緒論 引言 基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) — 數(shù)據(jù)庫部分軟件設(shè)計(jì)的主要功能為能夠?qū)喬チ?化溫度、壓力控制原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、保存、分析、遠(yuǎn)程訪問等。因此，在輪胎硫化過程中本課題必須實(shí)現(xiàn)通過虛擬儀器板卡實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎硫化過程中的溫度、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)時(shí)觀測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，遠(yuǎn)程訪問。從而達(dá)到對(duì)輪胎硫化過程的監(jiān)測(cè)和控制。 課題背景 輪胎硫化技術(shù)的發(fā)展 輪胎硫化是輪胎加工生產(chǎn)過程中很重要的一部分，橡膠在未硫化之前，分子之間沒有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機(jī)械性能，實(shí)用價(jià)值不大。當(dāng)橡膠進(jìn)行硫化以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、 硬度、拉伸強(qiáng)度等一系列物理機(jī)械性能都會(huì)大大提高。 傳統(tǒng)控制硫化過程的方法是定時(shí)控制，這種方法是假定橡膠硫化的過程中模柜內(nèi)溫度和壓力保持恒定，但是由于鍋爐蒸汽壓力波動(dòng)以及蒸汽在管道中傳輸溫度遞減等因素的影響，硫化溫度很不穩(wěn)定。這樣生產(chǎn)出的輪胎，經(jīng)常出現(xiàn)過硫化和欠硫化現(xiàn)象，另外工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。 現(xiàn)代控制硫化過程的方法是根據(jù)蒸汽管道內(nèi)的溫度實(shí)時(shí)調(diào)整硫化時(shí)間的等效硫化控制。 大部分現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)輪胎硫化過程中采集的溫度、壓力數(shù)據(jù)和分析結(jié)果采用打印方式直接輸出后歸檔保存，再采用手工方式管理。其余的將數(shù)據(jù)和 結(jié)果存入文件系統(tǒng)，采用文件方式進(jìn)行管理。這兩種數(shù)據(jù)管理方式都存在一定的缺陷和局限。手工方式無法處理大量數(shù)據(jù)且速度慢，易出錯(cuò)，效率極低。文件系統(tǒng)管理雖然比手工管理有了很大改進(jìn)，但是存在安全性差、數(shù)據(jù)冗余度大和不能對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中管理等問題。 基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) — 數(shù)據(jù)庫部分軟件設(shè)計(jì) 是以數(shù)據(jù)管理為重點(diǎn)，由 數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 、數(shù)據(jù) 查看 、數(shù)據(jù)維護(hù)和 遠(yuǎn)程查看 等幾個(gè)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 部分組成。它是由計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合數(shù)據(jù)采集硬件來實(shí)現(xiàn)的，用戶可以根據(jù)自己的需要任意選擇配件和定義儀器的功能，因此它可以進(jìn)行輪胎硫化過程中溫 度、壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、及遠(yuǎn)程訪問，具有極大的靈活性和通用性。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器是微電子、通信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。自從 1785年庫侖發(fā)明靜電扭秤， 1834 年哈里斯提出靜電電表結(jié)構(gòu)以來，電測(cè)儀表和電子儀器隨相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測(cè)量理論方法的改進(jìn)得到飛速發(fā)展。有一種較普遍地說法將測(cè)量?jī)x器的發(fā)展分為五個(gè)階段，如圖 所示。 模 擬 儀 器 虛 擬 儀 器智 能 儀 器數(shù) 字 儀 器電 子 儀 器1 9 世 紀(jì) 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀(jì)五 十 年 代圖 測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 從十九世紀(jì)初到二十世紀(jì)末，測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了模擬 儀器、電子儀器、數(shù)字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。模擬儀器主要有模擬式電壓表、電流表等，這些儀表解決了當(dāng)時(shí)對(duì)某些量的測(cè)量的需求。從二十世紀(jì)初到五十年代左右，測(cè)量?jī)x器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時(shí)測(cè)量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展將數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測(cè)量?jī)x器。這時(shí)電子控制集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)開始融為一體成為測(cè)量?jī)x器的主要特征。七十年代初第一片微處理器問世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛， 在其影響下測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進(jìn)步。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器也不斷進(jìn)步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。智能儀器是將微機(jī)置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)操作等智能特點(diǎn)，并在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用能力及解決測(cè)量技術(shù)問題的深度和廣度等方面都有明顯的進(jìn)步。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動(dòng)。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。 但是在 數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨(dú)立使用、手動(dòng)操作的模式，難以勝任更復(fù)雜、多任務(wù)的測(cè)量需求。為解決這樣的問題，總線式內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。人們發(fā)明制造出 CAMAC、 RS232 和 GPIB 等多種儀器通訊接口總線，用于將多臺(tái)智能儀器連在一起，以構(gòu)成更復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)。 1982 年美國西北儀器公司總裁德 伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器。卡式儀器是虛擬儀器的雛形，是將傳統(tǒng)獨(dú)立式儀器的測(cè)量電路部分與接口部分集合在一起制成儀器功能卡，將其插入微機(jī)的內(nèi)部插槽或外部插件箱中形成的儀器 。 PC 總線儀器系統(tǒng)是卡式儀器的一種，它是利用 PC 機(jī)內(nèi)部的總線，把若干塊儀器卡插在 PC 機(jī)內(nèi)部或外部擴(kuò)展機(jī)箱內(nèi)而組成的。插卡總線機(jī)箱與 PC 機(jī)間的通信，可利用 RS23 GPIB接口總線或以太網(wǎng)電纜等進(jìn)行。 雖然許多廠家通過定義新的儀器總線，不斷對(duì)卡式儀器進(jìn)行改進(jìn)，但其大多是在微機(jī)內(nèi)總線的插槽上進(jìn)行開發(fā)，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且各廠家生產(chǎn)的插卡尺寸大小不一，設(shè)備兼容性較差。在這種情況下，用戶自然會(huì)提出標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 1987 年，美國的惠普和泰克等 5 家公司在 VME總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合提出了一種新型總線系統(tǒng)VXI(VME eXtension For Instrumentation)總線，即由微機(jī)總線 VME擴(kuò)展而成的微機(jī)化儀器專用總線。 1997 年美國 NI公司推出了一種新的儀器總線標(biāo)準(zhǔn) PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)。制定 PXI 規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)和 PCI 總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展結(jié)合起來，以期形成一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。相對(duì) VXI 儀器，按 PXI總線標(biāo)準(zhǔn)制成的 PXI 儀器具有成本低、便于組成便攜式測(cè)試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。這些以PC 為核心、由測(cè)量功能軟件支持，具有虛擬控制面板、必要儀器硬件和通信能力的 PC 儀器或 VXI 儀器就是虛擬儀器。虛擬 儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實(shí)際需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開發(fā)周期更短，費(fèi)用更低，測(cè)量速度、準(zhǔn)確度及可復(fù)用性提高，且更便于相應(yīng)儀器系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展。 當(dāng)今社會(huì)正處于一個(gè)正在高速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的時(shí)空內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)信息的處理速度越來越高，功能越來越強(qiáng)。先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設(shè)備能夠單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還希望他們之間能夠互相通信，構(gòu)成數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)，甚至是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，以便對(duì)眾多的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比、綜合和自動(dòng)分析、從而得出準(zhǔn)確的判斷。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器在此方面受到很大的限制。 基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為當(dāng)今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。本內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 文正是在虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的采集，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、分析處理。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)和新方向，并且是信息技術(shù)的 重要領(lǐng)域擴(kuò)充，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 本章小結(jié) 本設(shè)計(jì)所做的工作 本設(shè)計(jì)以 兩 個(gè) 采集 通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，從傳感器來的模擬輸入信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后，輸入到 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過 PCI 總線送入 PC 機(jī)，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 和 采樣波形的實(shí)時(shí)顯示，并以一定的時(shí)間間隔插入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存，然后通過 虛擬儀器的 實(shí)現(xiàn)了歷史 數(shù)據(jù)的檢索和 WEB 遠(yuǎn)程控制查詢。 本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) 把數(shù)據(jù)庫技術(shù)同虛擬儀器結(jié)合起來，既利用了虛擬儀器測(cè)量和數(shù)據(jù)分析能力強(qiáng)的特點(diǎn)，又能使其數(shù)據(jù)管理能力弱的缺點(diǎn) 得以克服。數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用于虛擬儀器是一個(gè)很好的選擇，但目前的應(yīng)用還遠(yuǎn)未發(fā)揮其最大功能。盡管現(xiàn)在的虛擬儀器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都具有一定的數(shù)據(jù)分析能力，且在數(shù)據(jù)量小數(shù)據(jù)間關(guān)系不太復(fù)雜時(shí)是有效的，但隨著測(cè)試系統(tǒng)越來越大型化、復(fù)雜化和綜合化，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法越來越顯得力不從心，因而數(shù)據(jù)挖掘在虛擬儀器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的應(yīng)用是虛擬儀器數(shù)據(jù)管理的一個(gè)發(fā)展方向。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 第二章 輪胎硫化技術(shù) 輪胎硫化的目的及意義 輪胎硫化是輪胎加工生產(chǎn)過程中很重要的一 個(gè)環(huán)節(jié) 。橡膠在未硫化之前，分子之間沒有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機(jī)械性能，實(shí)用價(jià)值不大。當(dāng)橡膠加 入硫化劑以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、硬度、拉伸強(qiáng)度等一系列物理機(jī)械性能都會(huì)大大提高。 硫化是制造輪胎的最后工序，硫化質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量和成品合格率。自 1839 年美國人 Goodyear 發(fā)現(xiàn)橡膠硫化至今，人們對(duì)硫化所用材料和工藝以及硫化機(jī)理的研究從未間斷過。硫化是一個(gè)微觀的分子反應(yīng)過程，由于混煉膠中原材料較多，性能各不相同，反應(yīng)非常復(fù)雜，因此對(duì)硫化的研究一般都是采用對(duì)硫化后的膠料進(jìn)行各種分析（如游離 硫含量、溶脹、撕裂強(qiáng)度、永久變形及生熱等），根據(jù)產(chǎn)品對(duì)各項(xiàng)性能（如耐磨、耐刺、耐熱及耐油等）的要求不同，對(duì)配方、結(jié)構(gòu)和硫化工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 輪胎硫化的方式及步驟 硫化的方式 硫化工藝過程根據(jù)硫化介質(zhì)的不同而有明顯的區(qū)別，硫化介質(zhì)主要給硫化過程提供溫度和壓力，硫化中，內(nèi)溫和外溫通常不為同一熱源，外溫介質(zhì)一般為蒸汽，內(nèi)溫介質(zhì)一般分為“過熱水”、“高溫蒸汽”、“蒸汽 /氮?dú)狻焙汀盁岬彼姆N。國內(nèi)輪胎廠家一般采用“過熱水”和“蒸汽”作為內(nèi)溫介質(zhì)。下面簡(jiǎn)要介紹四種內(nèi)溫硫化方式的基本步驟及優(yōu)缺點(diǎn)。 （ 1）過熱水硫化。首先采用低壓蒸氣使輪胎定型，然后利用高壓過熱水進(jìn)行硫化，硫化中溫度一般為 170~180 度，內(nèi)壓一般在 ~ 兆帕。它的優(yōu)點(diǎn)是，硫化效果比較均勻，外觀合格率較高，過熱水性質(zhì)穩(wěn)定，不存在溫度衰減等問題；缺點(diǎn)是，硫化溫度低，時(shí)間長，效率低，設(shè)備不易于安裝和維護(hù)。 （ 2）高溫蒸汽硫化。該方式直接將高壓飽和蒸汽通入膠囊中，內(nèi)壓一般為~ 兆帕，內(nèi)溫一般為 190~210 度。優(yōu)點(diǎn)是，時(shí)間短，硫化效率高，飽和蒸汽內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 使硫化中能耗降低，削減了設(shè)備投資；缺點(diǎn)是，對(duì)輪胎生產(chǎn)中其它工序的設(shè)備和裝置有嚴(yán)格 的要求，硫化中，內(nèi)壓偏低，容易造成局部壓力不足。 （ 3）蒸汽 /氮?dú)饬蚧Ｊ紫认蚰z囊中通入低壓氮?dú)饣蛘羝M(jìn)行定型，然后在通入 190~210 度高壓飽和蒸汽之后，再向膠囊中通入 ~ 兆帕高純氮?dú)膺M(jìn)行增壓硫化。優(yōu)點(diǎn)是，與全蒸汽硫化方式相比，減少了蒸汽耗費(fèi)，降低了能源消耗，增加了膠囊壽命，提高了合格率。 （ 4）熱氮硫化。將經(jīng)過提純和干燥后的氮?dú)怆娂訜?至 180 度左右之后，再用壓縮機(jī)將其加壓至 兆帕，通過專用循環(huán)裝置使其在膠囊內(nèi)循環(huán)。目前，后兩種硫化方式較前兩種有明顯的優(yōu)勢(shì)和更廣闊市場(chǎng)前景。但在實(shí)際應(yīng)用中，它 們都有一些共同的問題需要考慮，如氣體泄露、溫差、溫度下降等，其硫化工藝也尚存在一些不完善的地方，有待進(jìn)一步從理論和實(shí)際兩個(gè)方面著手改進(jìn)。硫化工藝過程取決硫化介質(zhì)，而硫化介質(zhì)的選取必須綜合考慮兩個(gè)方面的因素，一是對(duì)輪胎各項(xiàng)物理機(jī)械性能的保證，如抓著力、耐久性能和外觀質(zhì)量等；二是要求能在生產(chǎn)過程中降低成本，提高生產(chǎn)效率，減少能耗和環(huán)境污染。 硫化的步驟 各輪胎公司采用的硫化步驟不盡相同，但主要由以下步驟組成： （ 1） 通高溫飽和蒸汽 （ 2） 充填水（視情況而定） （ 3） 通過熱水 （ 4） 熱水回收 （ 5） 通冷卻水（視情況而定） （ 6） 主排 （ 7） 抽真空 （ 8） 開模 第 3 步可采用 3 種方式：循環(huán)、半循環(huán)或不循環(huán)，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取。 第 4 步可采用兩種方式：用高壓蒸汽把膠囊中的