一种轮胎硫化机的温度和压力精确智能化控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轮胎硫化机温度和压力精确智能化控制系统及控制方法，其中轮胎硫化机温度和压力精确智能化控制方法包括：1、确定轮胎硫化机的正常工序,以及它们之间的相互关系；通过温度传感器、压力传感器将温度、压力传送到PLC的输入端；2、通过深度神经网络找到最适宜的轮胎强度时的温度、压力并将其温度、压力传给计算机作为预设值；通过模糊免疫PID算法控制温度和压力，使其达到预设值；3、通过PLC模块设置一个计时器用于计时；将实时温度、压力和时间显示在显示屏上，同时通过电磁阀控制压力和利用接触器替代继电器控制温度。该方法能够快速达到高精度、高质量的控制要求。

A precise intelligent control system and control method for temperature and pressure of tire vulcanizer

【技术实现步骤摘要】
一种轮胎硫化机的温度和压力精确智能化控制系统及控制方法
本专利技术属于控制系统领域，具体涉及一种轮胎硫化机温度和压力的精确智能化控制系统和控制方法。
技术介绍
在轮胎硫化机的硫化工艺中温度和压力的控制是最为关键的，其控制的精度将直接影响硫化制品的质量好坏。硫化过程要注意的三要素“压力、温度、时间”,如温度和压力控制不到位,一是会造成生胶有可能在高温下老化和碳化，温度太低，生胶不能变成熟胶，影响硫化质量；二是压力低，不能保证硫化的密度和强度，压力高又会使硫化轮胎变形；三是硫化时间不足或过长同样达不到所要求的温度和压力。目前硫化机的控制方式仍普遍采用继电器控制，设备接线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，系统可靠性差，控制精度低，无智能显示功能，造成效率低、生产成本高等问题。PID控制以其结构简单、鲁棒性好、控制直观等优点，被广泛应用于冶金、化工、电力、机械等工业过程控制中。随着对控制品质的要求越来越高，加之控制对象越来越复杂，PID控制越来越不能满足控制系统的要求，难以达到令人满意的控制效果。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术公开了一种轮胎硫化机的温度和压力精确智能化控制方法，该方法可以达到高精度、高质量的控制要求。技术方案：本专利技术一方面公开了一种轮胎硫化机的温度和压力精确智能化控制方法，包括：(1)确定轮胎硫化机的正常工序,以及它们之间的相互关系；将温度传感器、压力传感器等作为输入信号输入到PLC中；确定显示屏，电磁阀、接触器等作为接收来自PLC输出信号的输出设备所需的输出点数。然后给每一个输入和输出点指定一个I/O位，同时分配内部继电器，计时器/计数器作为硫化机的计时之用。(2)通过深度神经网络找到最适宜的轮胎强度时的温度和压力并将温度和压力通过PLC传给计算机作为预设值；通过模糊免疫PID算法控制温度和压力，使其达到预设值；(3)将实时温度、压力和时间显示在显示屏上，同时通过电磁阀控制压力和利用接触器替代继电器控制温度。(4)由于各种类型轮胎的特点，所需硫化参数各不相同，为操作便捷,利用触摸屏可对各种参数现场进行设置和调整，以达到要求。所述步骤(1)中通过温度传感器和压力传感器测量并将温度和压力通过PLC传给计算机；在轮胎硫化过程中一般通过导热油或蒸汽等加热介质提供硫化时所需要的温度，通过液压系统的液压缸产生硫化时所需要的压力，温度传感器选用铂热电阻传感器；压力传感器选用经济型直杆熔体压力传感器。所述步骤(2)中通过深度神经网络找到最适宜的轮胎强度时的温度和压力并将温度和压力通过PLC传给计算机作为预设值；通过模糊免疫PID算法控制温度和压力，使其达到预设值；(2.1)影响轮胎硫化机质量的主要参数是温度和压力；2.1.1首先确定神经网络的输入量和输出量；2.1.2利用训练样本，建立深度神经网络模型。在轮胎硫化机强度模型中选用4层结构，即输入层、隐含层和输出层，两层隐含层。隐含层采用对数S型函数a＝logsin(n)作为传递函数，其能够将神经元的输入范围映射到[0,1]区间之中，适用于采用深度神经网络训练的神经元；以压力P1、P2，温度T1、T2作为输入变量，以轮胎强度Q作为输出变量建立网络模型。轮胎强度和温度和压力之间大致满足以下关系：式中，θ为比例系数，在取T＝T3,P＝P3时，Q最小，强度最好；2.1.3制作数据集；采集不同温度和压力的情况下，轮胎强度的情况。一般采集10组数据，其中8组作为训练样本，2组作为测试样本；2.1.4初始化网络模型的权值和阀值，输入训练样本，利用不同的Loss函数训练网络；利用不同的Loss函数训练网络，具体利用如下函数(2)来训练网络，删除低于阀值的网络参数和节点；式中，表示预测输出，Q表示实际输出，表示预测误差，wj表示第j层的权值矩阵，||wj||p表示矩阵的p范数，rj为调节系数。利用函数(3)训练函数，调节参数到准确度，具体为式中，表示预测输出，Q表示实际输出，表示预测误差；2.1.5通过训练模型，修正输出层和隐层的权值和阀值，然后判断样本是否全部训练结束，如果没有继续训练，如果训练结束，看看误差是否在范围之内，在的话，结束训练，不在的话，更新训练总步数。2.1.6利用测试集验证，然后观察得到达到轮胎强度要求时最好的温度和压力T,P；(2.2)通过控制实际温度和压力与预设温度和压力之间的差值，使得实际温度和压力无限接近预设温度和压力，步骤如下所示：2.2.1分别以硫化机温度和压力为被控对象，分别建立以温度和压力物理模型作为传递函数的模型；2.2.2采用模糊算法控制PID的积分系数Ki和微分系数Kd利用免疫算法控制PID的比例系数Kp；2.2.3被控对象分别由硫化机温度和压力模型描述，被控温度或压力变化量的传递函数为：式中，K为增益系数，D为惯性时间常数，τ为温度或压力响应时延；2.2.4设置模糊控制规则，给出模糊论域、模糊语言值和隶属函数；以温度和压力的预设值T,P为控制目标，将n时刻的温度和压力采样数据记为T(n)和P(n)，以温度偏差Te(n)，压力偏差Pe(n)作温度偏差微分得到的温度偏差变化率Tec(n)和压力偏差微分得到的压力偏差变化率Pec(n)，作为模糊算法的输入，得到模糊算法的输出微分系数增量和积分系数增量；设偏差的模糊论域为(-3，-2，-1，0，1，2，3)，模糊语言为(负大，负中，负小，零，正大，正中，正大)＝(NB，NM，NS，Z，PS，PM，PS)；设偏差的变化率的模糊论域为(-3，-1.2，-0.4，0，0.4，1，2，3)，模糊语言为(负大，负中，负小，零，正大，正中，正大)＝(NB，NM，NS，Z，PS，PM，PS)；给出积分系数增量的模糊论域为(-0.18，-0.12，-0.06，0，0.06，0.12，0.18)，模糊语言为(负大，负中，负小，零，正大，正中，正大)＝(NB，NM，NS，Z，PS，PM，PS)；2.2.5确定免疫控制算法和确定免疫控制规则；首先，假设第k代抗原为σ(K)，由抗原刺激增强细胞的输出为TH(K),抑制细胞的抗体分泌是TS(K)。两者作用于B细胞，B细胞接受的刺激是S(K)，具有以下公式描述：TH(K)＝K1σ(K)(5)TS(K)＝K2f(·)σ(K)(6)S(K)＝TH(K)-TS(K)＝(K1-K2f(·))σ(K)(7)式中，K1是激励因子，大于零；K2为抑制因子，大于零；f(·)＝f(S(K)),ΔS(K)表示非线性函数；如果抗原数量σ(K)被视为误差e(K)，B细胞刺激被视为控制信号输出U(K)，则U(K)＝K[(1-ηf(U(K),ΔU(K))]e(K)＝Kpe(K)(8)式中，K＝K1，2.2.6制定比例，积分和微分系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮胎硫化机温度和压力精确智能化控制的方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)确定轮胎硫化机的正常工序,以及它们之间的相互关系；/n将温度传感器、压力传感器等作为输入信号输入PLC输入端中；/n确定计时器，显示屏，电磁阀和接触器等作为接收来自PLC输出信号的输出设备所需的输出点数；然后给每一个输入和输出点指定一个I/O位，同时分配内部继电器，计时器/计数器作为硫化机的计时之用；/n(2)通过深度神经网络找到最适宜的轮胎强度时的温度和压力并将温度和压力通过PLC传给计算机作为预设值；通过模糊免疫PID算法控制温度和压力，使其达到预设值；/n(3)将实时温度、压力和时间显示在显示屏上，同时通过电磁阀控制压力和利用接触器替代继电器控制温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种轮胎硫化机温度和压力精确智能化控制的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)确定轮胎硫化机的正常工序,以及它们之间的相互关系；
将温度传感器、压力传感器等作为输入信号输入PLC输入端中；
确定计时器，显示屏，电磁阀和接触器等作为接收来自PLC输出信号的输出设备所需的输出点数；然后给每一个输入和输出点指定一个I/O位，同时分配内部继电器，计时器/计数器作为硫化机的计时之用；
(2)通过深度神经网络找到最适宜的轮胎强度时的温度和压力并将温度和压力通过PLC传给计算机作为预设值；通过模糊免疫PID算法控制温度和压力，使其达到预设值；
(3)将实时温度、压力和时间显示在显示屏上，同时通过电磁阀控制压力和利用接触器替代继电器控制温度。


2.根据权利要求1所述的轮胎硫化机的温度和压力精确智能化控制系统方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过温度传感器和压力传感器测量并将温度和压力通过PLC传给计算机；在轮胎硫化过程中一般通过导热油或蒸汽等加热介质提供硫化...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾佳雄，薛晓栋，丁静静，马国军，马道懿，唐跃，朱琎，
申请(专利权)人：江阴市澳星电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32