基于虚拟仪器的轮胎硫化温度、压力控制系统设计——数据库部分软件设计(编辑修改稿)

基于虚拟仪器的轮胎硫化温度、压力控制系统设计——数据库部分软件设计(编辑修改稿)内容摘要：

........................................................ 49 第八章 总结 ........................................................................................................................... 50 参 考 文 献 ........................................................................................................................... 51 致 谢 ................................................................................................................................. 53 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 1 第一章 绪论 引言 基于虚拟仪器的轮胎硫化温度、压力控制系统设计 — 数据库部分软件设计的主要功能为能够对轮胎硫 化温度、压力控制原始数据进行采集、保存、分析、远程访问等。 因此，在轮胎硫化过程中本课题必须实现通过虚拟仪器板卡实现对轮胎硫化过程中的温度、压力数据进行采集，实时观测，数据存储，远程访问。 从而达到对轮胎硫化过程的监测和控制。 课题背景 轮胎硫化技术的发展 轮胎硫化是轮胎加工生产过程中很重要的一部分，橡胶在未硫化之前，分子之间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。 当橡胶进行硫化以后，经热处理或其他方式能使橡胶分子之间产生交联，形成三维网状结构，从而使其性能大大改善，尤其是橡胶的定伸应力、弹性、 硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大大提高。 传统控制硫化过程的方法是定时控制，这种方法是假定橡胶硫化的过程中模柜内温度和压力保持恒定，但是由于锅炉蒸汽压力波动以及蒸汽在管道中传输温度递减等因素的影响，硫化温度很不稳定。 这样生产出的轮胎，经常出现过硫化和欠硫化现象，另外工人的劳动强度大，资源浪费严重。 现代控制硫化过程的方法是根据蒸汽管道内的温度实时调整硫化时间的等效硫化控制。 大部分现有系统对轮胎硫化过程中采集的温度、压力数据和分析结果采用打印方式直接输出后归档保存，再采用手工方式管理。 其余的将数据和 结果存入文件系统，采用文件方式进行管理。 这两种数据管理方式都存在一定的缺陷和局限。 手工方式无法处理大量数据且速度慢，易出错，效率极低。 文件系统管理虽然比手工管理有了很大改进，但是存在安全性差、数据冗余度大和不能对数据实现集中管理等问题。 基于虚拟仪器的轮胎硫化温度、压力控制系统设计 — 数据库部分软件设计 是以数据管理为重点，由 数据采集、 数据 存储 、数据 查看 、数据维护和 远程查看 等几个内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 2 部分组成。 它是由计算机软件结合数据采集硬件来实现的，用户可以根据自己的需要任意选择配件和定义仪器的功能，因此它可以进行轮胎硫化过程中温 度、压力的实时数据采集、数据存储、及远程访问，具有极大的灵活性和通用性。 虚拟仪器技术发展趋势 虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。 自从 1785年库仑发明静电扭秤， 1834 年哈里斯提出静电电表结构以来，电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。 有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段，如图 所示。 模 拟 仪 器 虚 拟 仪 器智 能 仪 器数 字 仪 器电 子 仪 器1 9 世 纪 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 纪五 十 年 代图 测量技术的发展 从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟 仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。 模拟仪器主要有模拟式电压表、电流表等，这些仪表解决了当时对某些量的测量的需求。 从二十世纪初到五十年代左右，测量仪器的材料性能得到改善出现了电子管，同时测量理论和方法与电子技术、控制技术相结合，出现了以记录仪和示波器为代表的电子仪表五十年代以后随着晶体管和集成电路的出现以及应用电子技术的发展将数字技术成功地应用到测量仪器。 这时电子控制集成电路和计算机技术开始融为一体成为测量仪器的主要特征。 七十年代初第一片微处理器问世，微型计算机技术从此发展迅猛， 在其影响下测量仪器呈现出新的活力并取得了长足进步。 伴随微电子技术、计算机技术、网络技术的迅速发展及在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器也不断进步和发展，出现了智能仪器。 智能仪器是将微机置于仪器内部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点，并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量技术问题的深度和广度等方面都有明显的进步。 这种内置微处理器的仪器，既能进行自动测试又能完成数据处理，可取代部分的脑力劳动。 随着电子技术、微计算机技术的发展，智能仪器的智能水平不断提高。 但是在 数字化仪器、智能仪器阶段基本上没有摆脱传统仪器那种独立使用、手动操作的模式，难以胜任更复杂、多任务的测量需求。 为解决这样的问题，总线式内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 3 仪器与系统应运而生。 人们发明制造出 CAMAC、 RS232 和 GPIB 等多种仪器通讯接口总线，用于将多台智能仪器连在一起，以构成更复杂的测试系统。 1982 年美国西北仪器公司总裁德 伯克提出了微机化仪器的概念，也就是人们现在常提到的卡式仪器。 卡式仪器是虚拟仪器的雏形，是将传统独立式仪器的测量电路部分与接口部分集合在一起制成仪器功能卡，将其插入微机的内部插槽或外部插件箱中形成的仪器。 PC 总线仪器系统是卡式仪器的一种，它是利用 PC 机内部的总线，把若干块仪器卡插在 PC 机内部或外部扩展机箱内而组成的。 插卡总线机箱与 PC 机间的通信，可利用 RS23 GPIB接口总线或以太网电缆等进行。 虽然许多厂家通过定义新的仪器总线，不断对卡式仪器进行改进，但其大多是在微机内总线的插槽上进行开发，没有统一标准，且各厂家生产的插卡尺寸大小不一，设备兼容性较差。 在这种情况下，用户自然会提出标准化的要求。 1987 年，美国的惠普和泰克等 5 家公司在 VME总线的基础上，联合提出了一种新型总线系统VXI(VME eXtension For Instrumentation)总线，即由微机总线 VME扩展而成的微机化仪器专用总线。 1997 年美国 NI公司推出了一种新的仪器总线标准 PXI 总线标准。 制定 PXI 规范的目的是为了将 PC 的性能价格比优势和 PCI 总线面向仪器领域的必要扩展结合起来，以期形成一种主流的虚拟仪器测试平台。 相对 VXI 仪器，按 PXI总线标准制成的 PXI 仪器具有成本低、便于组成便携式测试系统等优点。 这些以PC 为核心、由测量功能软件支持，具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的 PC 仪器或 VXI 仪器就是虚拟仪器。 虚拟 仪器技术的出现，使得用户可以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，满足多种多样的实际需求。 随着虚拟仪器软件开发平台及硬件的发展，基于虚拟仪器的仪器系统的开发周期更短，费用更低，测量速度、准确度及可复用性提高，且更便于相应仪器系统的维护和扩展。 当今社会正处于一个正在高速发展的状态中，要在有限的时空内实现大量的信息交换，随之而来的是信息密度急剧增大，因而在研究和生产过程中要求数据采集系统对信息的处理速度越来越高，功能越来越强。 先进的数据采集系统，不仅希望设备能够单独进行数据采集，还希望他们之间能够互相通信，构成数 据采集系统，甚至是测试网络系统，实现信息共享，以便对众多的被测信号进行对比、综合和自动分析、从而得出准确的判断。 然而传统的数据采集仪器在此方面受到很大的限制。 基于虚拟仪器技术的数据采集系统的提出在一定程度上解决了传统数据采集所面临的问题，虚拟仪器数据采集系统成为当今数据采集系统发展的重要方向。 本内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 4 文正是在虚拟仪器技术的基础上对多通道数据采集系统进行了设计，实现多路信号的采集，并对实验数据进行实时显示、记录、分析处理。 虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新趋势和新方向，并且是信息技术的 重要领域扩充，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。 本章小结 本设计所做的工作 本设计以 两 个 采集 通道进行设计，从传感器来的模拟输入信号，经过信号调理后，输入到 NI PCI6221 数据采集卡，然后经过 PCI 总线送入 PC 机，由软件进行数据处理 和 采样波形的实时显示，并以一定的时间间隔插入数据库进行历史数据保存，边采集边保存，然后通过 虚拟仪器的 实现了历史 数据的检索和 WEB 远程控制查询。 本设计优点 把数据库技术同虚拟仪器结合起来，既利用了虚拟仪器测量和数据分析能力强的特点，又能使其数据管理能力弱的缺点 得以克服。 数据库技术应用于虚拟仪器是一个很好的选择，但目前的应用还远未发挥其最大功能。 尽管现在的虚拟仪器数据库系统都具有一定的数据分析能力，且在数据量小数据间关系不太复杂时是有效的，但随着测试系统越来越大型化、复杂化和综合化，传统的数据分析方法越来越显得力不从心，因而数据挖掘在虚拟仪器数据库系统中的应用是虚拟仪器数据管理的一个发展方向。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 5 第二章 轮胎硫化技术 轮胎硫化的目的及意义 轮胎硫化是轮胎加工生产过程中很重要的一 个环节。 橡胶在未硫化之前，分子之间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。 当橡胶加 入硫化剂以后，经热处理或其他方式能使橡胶分子之间产生交联，形成三维网状结构，从而使其性能大大改善，尤其是橡胶的定伸应力、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大大提高。 硫化是制造轮胎的最后工序，硫化质量的好坏，直接关系轮胎产品的质量和成品合格率。 自 1839 年美国人 Goodyear 发现橡胶硫化至今，人们对硫化所用材料和工艺以及硫化机理的研究从未间断过。 硫化是一个微观的分子反应过程，由于混炼胶中原材料较多，性能各不相同，反应非常复杂，因此对硫化的研究一般都是采用对硫化后的胶料进行各种分析（如游离 硫含量、溶胀、撕裂强度、永久变形及生热等），根据产品对各项性能（如耐磨、耐刺、耐热及耐油等）的要求不同，对配方、结构和硫化工艺进行适当的调整，从而达到设计要求。 轮胎硫化的方式及步骤 硫化的方式 硫化工艺过程根据硫化介质的不同而有明显的区别，硫化介质主要给硫化过程提供温度和压力，硫化中，内温和外温通常不为同一热源，外温介质一般为蒸汽，内温介质一般分为“过热水”、“高温蒸汽”、“蒸汽 /氮气”和“热氮”四种。 国内轮胎厂家一般采用“过热水”和“蒸汽”作为内温介质。 下面简要介绍四种内温硫化方式的基本步骤及优缺点。 （ 1）过热水硫化。 首先采用低压蒸气使轮胎定型，然后利用高压过热水进行硫化，硫化中温度一般为 170~180 度，内压一般在 ~ 兆帕。 它的优点是，硫化效果比较均匀，外观合格率较高，过热水性质稳定，不存在温度衰减等问题；缺点是，硫化温度低，时间长，效率低，设备不易于安装和维护。 （ 2）高温蒸汽硫化。 该方式直接将高压饱和蒸汽通入胶囊中，内压一般为~ 兆帕，内温一般为 190~210 度。 优点是，时间短，硫化效率高，饱和蒸汽内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 使硫化中能耗降低，削减了设备投资；缺点是，对轮胎生产中其它工序的设备和装置有严格 的要求，硫化中，内压偏低，容易造成局部压力不足。 （ 3）蒸汽 /氮气硫化。 首先向胶囊中通入低压氮气或蒸汽进行定型，然后在通入 190~210 度高压饱和蒸汽之后，再向胶囊中通入 ~ 兆帕高纯氮气进行增压硫化。 优点是，与全蒸汽硫化方式相比，减少了蒸汽耗费，降低了能源消耗，增加了胶囊寿命，提高了合格率。 （ 4）热氮硫化。 将经过提纯和干燥后的氮气电加热 至 180 度左右之后，再用压缩机将其加压至 兆帕，通过专用循环装置使其在胶囊内循环。 目前，后两种硫化方式较前两种有明显的优势和更广阔市场前景。 但在实际应用中，它 们都有一些共同的问题需要考虑，如气体泄露、温差、温度下降等，其硫化工艺也尚存在一些不完善的地方，有待进一步从理论和实际两个方面着手改进。 硫化工艺过程取决硫化介质，而硫化介质的选取必须综合考虑两个方面的因素，一是对轮胎各项物理机械性能的保证，如抓着力、耐久性能和外观质量等；二是要求能在生产过程中降低成本，提高生产效率，减少能耗和环境污染。 硫化的步骤 各轮胎公司采用的硫化步骤不尽相同，但主要由以下步骤组成： （ 1） 通高温饱和蒸汽 （ 2） 充填水（视情况而定） （ 3） 通过热水 （ 4） 热水回收 （ 5） 通冷却水（视情况而定） （ 6） 主排 （ 7） 抽真空 （ 8） 开模 第 3 步可采用 3 种方式：循环、半循环或不循环，需根据实际情况进行选取。 第 4 步可采用两种方式：用高压蒸汽把胶囊中的。