碳纤维材料加工设备的自动化控制系统的制作方法

本发明涉及碳纤维材料加工，尤其涉及碳纤维材料加工设备的自动化控制系统。

背景技术：

1、碳纤维材料是一种轻质、高强度、耐腐蚀的先进材料，具有优异的力学性能和化学性能，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。随着碳纤维材料在工业生产中的应用不断增加，碳纤维材料加工设备的自动化控制系统也变得越来越重要。碳纤维材料的加工过程通常需要高精度、高速度和稳定性的设备来实现，传统的手工操作已经无法满足生产需求。因此，引入自动化控制系统可以提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和一致性。

2、经检索，中国专利申请号为cn2020211814841的专利，公开了一种废旧轮胎分解加工生产线自动化控制系统，中央plc控制器通过通讯接口连接气动部分plc控制器，气动部分plc控制器连接轮胎夹紧气缸、气动切割刀移动气缸和控制气动卡爪的电磁阀，中央plc控制器的输入端口连接模拟量信号模块和数字量信号模块；中央plc控制器输出端口连接输送装置电机、分解机旋转切刀电机、胎顶切断机电机、胎顶切条机电机、胎侧切条机电机和轮胎切块机电机。本实用新型将各个设备独立的控制系统集成为一套控制系统，增加系统联动性和安全性。上述专利中的一种废旧轮胎分解加工生产线自动化控制系统存在以下不足：

3、整体系统增加系统联动性和安全性，减少系统零部件数量，降低维护成本，减少电能消耗，但是在加工控制精度上并未拓展，使得系统不能随加工需要和环境变化做出相应具体的调整。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的碳纤维材料加工设备的自动化控制系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、碳纤维材料加工设备的自动化控制系统，包括plc控制模块、人机界面模块、传感器模块、伺服驱动器模块和控制软件模块，所述plc控制模块通过传感器模块获取的各种参数数据，来实现监测加工设备的状态，根据设定的逻辑和算法做出相应的控制指令，调节设备的运行状态，plc控制模块通过与伺服驱动器模块的通讯，控制加工设备的运动，plc控制模块接收来自人机界面模块的操作指令和设定参数，根据用户的需求和设定，执行相应的控制逻辑，控制软件模块整合plc模块、人机界面模块、传感器模块和伺服驱动器模块的功能，实现系统自动化控制和监控。

4、优选地：所述plc控制模块，其具体工作步骤如下：

5、a1：plc控制模块通过设备接收来自传感器模块的各种参数信号，包括温度、压力和位置；

6、a2：plc控制模块根据预设的逻辑程序和算法，对输入信号进行逻辑处理，判断、比较和计算；

7、a3：根据逻辑处理的结果，plc控制模块生成相应的控制指令，输出发送给执行机构，控制加工设备的运动、速度和位置；

8、a4：plc控制模块通过监测输入信号和设备状态，实现故障诊断和报警功能；

9、a5：plc控制模块通过通讯接口和人机界面模块进行数据交换，接收操作员设定的参数和指令，同时向人机界面模块发送设备状态信息，实现与操作员的交互。

10、进一步地：所述a2和a3步骤中，具体工作步骤如下：

11、b1：在碳纤维材料的热压成型过程中，plc控制模块接收来自设备上的温度传感器的信号，根据预设的温度控制算法，判断当前温度与设定温度之间的差异，并通过控制加热元件的开关来实现温度的精准控制；

12、b2：在碳纤维材料的压缩成型过程中，plc控制模块接收来自设备上的压力传感器的信号，根据预设的压力控制算法，实施监测压力的变化并调节液压系统或气动系统来控制成型过程中的压力；

13、b3：在碳纤维材料的切割、成型过程中，plc控制模块接收来自设备上的位置传感器的信号，根据预设的位置控制算法，实现对执行机构的精准控制；

14、b4：在整个碳纤维材料的加工过程中，plc控制模块接收来自设备上的安全传感器的信号，并根据预设的安全逻辑程序，对设备进行安全监控和紧急停止控制。

15、在前述方案的基础上：所述b1步骤中，具体的工作步骤如下：

16、b11：操作员通过人机界面设定加工过程中需要达到的目标温度；

17、b12：设备上的温度传感器监测实际加工过程中的温度，并将实施温度数据传输给plc控制模块；

18、b13：plc控制模块根据目标实际温度之间的差异，计算出温度偏差；

19、b14：根据温度偏差，plc控制模块通过输出控制加热元件的开关状态，调节加热元件的功率和时间，并通过不断监测实际温度和调节加热元件，使得实际温度逐渐接近设定的目标温度。

20、在前述方案中更佳的方案是：所述b1中温度控制算法，其具体公式如下：

21、u(t)＝kp*e(t)+(kp*ti/t)*∫e(t)dt+(kp*td/t)*e(t)；

22、其中，u(t)是控制器在时刻t的输出；e(t)是时刻t的误差，即期望输出与实际输出之间的差值；kp是比例增益；ti是积分时间常数；td是微分时间常数；t是采样时间间隔。

23、作为本发明进一步的方案：所述人机界面模块，其具体工作步骤如下：

24、c1：设备状态信息的实时显示，操作员可对碳纤维材料加工中的参数进行自主设定；

25、c2：设备参数信息实时动态监测，接收来自系统的报警信息，及时显示报警信息并以语音播报方式提供相应的处理建议；

26、c3：记录和存储碳纤维材料加工中的异常数据，并将数据放入机器学习模型中进行训练，学习不同故障模式之间的关联和特征，对设备可能出现的故障进行诊断和分类，实现对碳纤维加工设备的异常检测和故障预测；

27、c4：反馈异常数据中包含的异常行为和异常情况，发现数据中的规律和趋势，自动优化碳纤维加工过程中的设备运行参数。

28、同时，所述伺服驱动器模块，其具体工作步骤如下：

29、d1：伺服驱动器模块通过与控制软件模块的通讯接口，接收控制软件模块生成的运动控制指令，包括位置、速度和加速度参数；

30、d2：根据接收到的控制指令，伺服驱动器模块控制驱动器和电机，使加工设备按照设定的运动参数进行运动，包括定位、速度控制和加减速；

31、d3：伺服驱动器模块通过内置的编码器或传感器实时监测电机的转速、位置和运动状态，将反馈信息传输回控制软件模块；

32、d4：根据实时反馈信息，伺服驱动器模块可以调节电机的输出功率、速度和位置，对执行机构运动过程进行动态调整，以实现精确的运动控制。

33、作为本发明的一种优选的：所述伺服驱动器模块具备多个通讯接口，且伺服驱动器通过不同的通讯接口与plc控制模块、控制软件模块和人机界面模块进行数据通讯。

34、同时，所述控制软件模块，具体工作步骤如下：

35、e1：接收传感器模块实施传送的数据参数，并通过控制逻辑和算法生成相应的控制指令，如根据温度生成控制加热元件启闭指令；

36、e2：控制软件通过通讯接口与plc模块、人机界面模块、伺服驱动器模块进行通讯，实现各个模块之间的数据传输和交互，并对数据进行监测和反馈；

37、e3：操作员通过人机界面进行设备数据显示、参数设置、报警处理操作，并建立操作日志，记录和存储加工设备工作的实时数据。

38、本发明的有益效果为：

39、1.该碳纤维材料加工设备的自动化控制系统，自动化控制碳纤维材料加工的plc控制模块，具有高可靠性、灵活性和实时性，能够快速响应各种输入信号并实现复杂的控制逻辑，同时通过可编程的特性和易于调整的操作界面，方便实现设备参数调整和功能扩展，从而提高生产效率、降低故障率，确保设备稳定运行。

40、2.该碳纤维材料加工设备的自动化控制系统，在碳纤维材料的热压成型中，通过温度控制算法实现了对温度的精确控制，使实际温度能够稳定地接近目标温度，从而保证碳纤维材料加工过程中的温度稳定性和准确性，且能够快速调节加热元件的工作状态，使系统能够快速响应温度变化，确保加工过程中的温度变化能够快速得到补偿，同时能够在稳态和动态工况下保持系统的稳定性，适用于碳纤维材料加工设备的不同工艺要求，适应了不同的加工需求和环境变化，具有较高的调节灵活性。

41、3.该碳纤维材料加工设备的自动化控制系统，通过记录和存储异常数据，可以实现对碳纤维材料加工设备的实时监测和预警。一旦异常数据被检测到，系统可以立即发出警报，提醒操作员或维护人员进行处理，从而减少生产中断和损失；通过机器学习模型对异常数据进行训练，可以学习不同故障模式之间的关联和特征，实现对设备可能出现的故障进行精准诊断和分类。这样可以快速准确地定位问题，并提出有效的解决方案，提高设备维护效率；基于机器学习模型对异常数据的训练，可以建立设备的健康状态模型，预测设备可能出现的故障或性能下降，这样可以实现预测性维护，提前采取维护措施，延长设备的使用寿命，降低维护成本。