【文章內(nèi)容簡介】 ........................................................ 49 第八章 總結(jié) ........................................................................................................................... 50 參 考 文 獻 ........................................................................................................................... 51 致 謝 ................................................................................................................................. 53 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 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)設計 — 數(shù)據(jù)庫部分軟件設計的主要功能為能夠?qū)喬チ?化溫度、壓力控制原始數(shù)據(jù)進行采集、保存、分析、遠程訪問等。因此，在輪胎硫化過程中本課題必須實現(xiàn)通過虛擬儀器板卡實現(xiàn)對輪胎硫化過程中的溫度、壓力數(shù)據(jù)進行采集，實時觀測，數(shù)據(jù)存儲，遠程訪問。從而達到對輪胎硫化過程的監(jiān)測和控制。 課題背景 輪胎硫化技術的發(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械性能，實用價值不大。當橡膠進行硫化以后，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力、彈性、 硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大大提高。 傳統(tǒng)控制硫化過程的方法是定時控制，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，另外工人的勞動強度大，資源浪費嚴重。 現(xiàn)代控制硫化過程的方法是根據(jù)蒸汽管道內(nèi)的溫度實時調(diào)整硫化時間的等效硫化控制。 大部分現(xiàn)有系統(tǒng)對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，效率極低。文件系統(tǒng)管理雖然比手工管理有了很大改進，但是存在安全性差、數(shù)據(jù)冗余度大和不能對數(shù)據(jù)實現(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)設計 — 數(shù)據(jù)庫部分軟件設計 是以數(shù)據(jù)管理為重點，由 數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù) 存儲 、數(shù)據(jù) 查看 、數(shù)據(jù)維護和 遠程查看 等幾個內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 部分組成。它是由計算機軟件結(jié)合數(shù)據(jù)采集硬件來實現(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，因此它可以進行輪胎硫化過程中溫 度、壓力的實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、及遠程訪問，具有極大的靈活性和通用性。 虛擬儀器技術發(fā)展趨勢 虛擬儀器是微電子、通信、計算機等現(xiàn)代科學技術高速發(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，電測儀表和電子儀器隨相關技術的進步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測量理論方法的改進得到飛速發(fā)展。有一種較普遍地說法將測量儀器的發(fā)展分為五個階段，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 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀五 十 年 代圖 測量技術的發(fā)展 從十九世紀初到二十世紀末，測量儀器經(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，這些儀表解決了當時對某些量的測量的需求。從二十世紀初到五十年代左右，測量儀器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時測量理論和方法與電子技術、控制技術相結(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)以及應用電子技術的發(fā)展將數(shù)字技術成功地應用到測量儀器。這時電子控制集成電路和計算機技術開始融為一體成為測量儀器的主要特征。七十年代初第一片微處理器問世，微型計算機技術從此發(fā)展迅猛， 在其影響下測量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進步。伴隨微電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展及在電工電子測量技術領域的應用，測量儀器也不斷進步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。智能儀器是將微機置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲、運算、邏輯判斷及自動操作等智能特點，并在測量準確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、運用能力及解決測量技術問題的深度和廣度等方面都有明顯的進步。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進行自動測試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動。隨著電子技術、微計算機技術的發(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)儀器那種獨立使用、手動操作的模式，難以勝任更復雜、多任務的測量需求。為解決這樣的問題，總線式內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 儀器與系統(tǒng)應運而生。人們發(fā)明制造出 CAMAC、 RS232 和 GPIB 等多種儀器通訊接口總線，用于將多臺智能儀器連在一起，以構(gòu)成更復雜的測試系統(tǒng)。 1982 年美國西北儀器公司總裁德 伯克提出了微機化儀器的概念，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)獨立式儀器的測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 機內(nèi)部的總線，把若干塊儀器卡插在 PC 機內(nèi)部或外部擴展機箱內(nèi)而組成的。插卡總線機箱與 PC 機間的通信，可利用 RS23 GPIB接口總線或以太網(wǎng)電纜等進行。 雖然許多廠家通過定義新的儀器總線，不斷對卡式儀器進行改進，但其大多是在微機內(nèi)總線的插槽上進行開發(fā)，沒有統(tǒng)一標準，且各廠家生產(chǎn)的插卡尺寸大小不一，設備兼容性較差。在這種情況下，用戶自然會提出標準化的要求。 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，即由微機總線 VME擴展而成的微機化儀器專用總線。 1997 年美國 NI公司推出了一種新的儀器總線標準 PXI 總線標準。制定 PXI 規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價格比優(yōu)勢和 PCI 總線面向儀器領域的必要擴展結(jié)合起來，以期形成一種主流的虛擬儀器測試平臺。相對 VXI 儀器，按 PXI總線標準制成的 PXI 儀器具有成本低、便于組成便攜式測試系統(tǒng)等優(yōu)點。這些以PC 為核心、由測量功能軟件支持，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 儀器技術的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設計儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實際需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開發(fā)周期更短，費用更低，測量速度、準確度及可復用性提高，且更便于相應儀器系統(tǒng)的維護和擴展。 當今社會正處于一個正在高速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的時空內(nèi)實現(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)對信息的處理速度越來越高，功能越來越強。先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設備能夠單獨進行數(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)，甚至是測試網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享，以便對眾多的被測信號進行對比、綜合和自動分析、從而得出準確的判斷。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)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 文正是在虛擬儀器技術的基礎上對多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了設計，實現(xiàn)多路信號的采集，并對實驗數(shù)據(jù)進行實時顯示、記錄、分析處理。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢和新方向，并且是信息技術的 重要領域擴充，對科學技術的發(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) 本設計所做的工作 本設計以 兩 個 采集 通道進行設計，從傳感器來的模擬輸入信號，經(jīng)過信號調(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，由軟件進行數(shù)據(jù)處理 和 采樣波形的實時顯示，并以一定的時間間隔插入數(shù)據(jù)庫進行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存，然后通過 虛擬儀器的 實現(xiàn)了歷史 數(shù)據(jù)的檢索和 WEB 遠程控制查詢。 本設計優(yōu)點 把數(shù)據(jù)庫技術同虛擬儀器結(jié)合起來，既利用了虛擬儀器測量和數(shù)據(jù)分析能力強的特點，又能使其數(shù)據(jù)管理能力弱的缺點 得以克服。數(shù)據(jù)庫技術應用于虛擬儀器是一個很好的選擇，但目前的應用還遠未發(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)間關系不太復雜時是有效的，但隨著測試系統(tǒng)越來越大型化、復雜化和綜合化，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)中的應用是虛擬儀器數(shù)據(jù)管理的一個發(fā)展方向。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 第二章 輪胎硫化技術 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械性能，實用價值不大。當橡膠加 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力、彈性、硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大大提高。 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，人們對硫化所用材料和工藝以及硫化機理的研究從未間斷過。硫化是一個微觀的分子反應過程，由于混煉膠中原材料較多，性能各不相同，反應非常復雜，因此對硫化的研究一般都是采用對硫化后的膠料進行各種分析（如游離 硫含量、溶脹、撕裂強度、永久變形及生熱等），根據(jù)產(chǎn)品對各項性能（如耐磨、耐刺、耐熱及耐油等）的要求不同，對配方、結(jié)構(gòu)和硫化工藝進行適當?shù)恼{(diào)整，從而達到設計要求。 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 /氮氣”和“熱氮”四種。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)。下面簡要介紹四種內(nèi)溫硫化方式的基本步驟及優(yōu)缺點。 （ 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；缺點是，硫化溫度低，時間長，效率低，設備不易于安裝和維護。 （ 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)點是，時間短，硫化效率高，飽和蒸汽內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 使硫化中能耗降低，削減了設備投資；缺點是，對輪胎生產(chǎn)中其它工序的設備和裝置有嚴格 的要求，硫化中，內(nèi)壓偏低，容易造成局部壓力不足。 （ 3）蒸汽 /氮氣硫化。首先向膠囊中通入低壓氮氣或蒸汽進行定型，然后在通入 190~210 度高壓飽和蒸汽之后，再向膠囊中通入 ~ 兆帕高純氮氣進行增壓硫化。優(yōu)點是，與全蒸汽硫化方式相比，減少了蒸汽耗費，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氣電加熱 至 180 度左右之后，再用壓縮機將其加壓至 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)勢和更廣闊市場前景。但在實際應用中，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，有待進一步從理論和實際兩個方面著手改進。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方面的因素，一是對輪胎各項物理機械性能的保證，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)實際情況進行選取。 第 4 步可采用兩種方式：用高壓蒸汽把膠囊中的