基于机器视觉的FPC表面缺陷检测研究

第一章 绪 论

1.1 本课题的研究背景和意义

随着制造业的快速发展，空气压缩机行业取得了长足的发展。对于多数企业而言，空压站在前期的设备购置以及后期的保养和维护方面，投入都是比较大的。加上空压机本身的能耗非常大，因此在空压机的控制方式上就要更加科学[4]。国内外各大品牌的空压机均具备独立的控制器，可以通过控制器对空压机实现控制。同时，随着空压机技术的不断进步，也使得空压机的控制器开放性更强，可与外部模块进行通讯，这就为空压机的联动控制奠定了良好的硬件基础。空压站是大型制造企业不可或缺的环节，其产生的压缩空气用途广泛且廉价[5]。但是空压机的功耗较大，如一台出气量 50m3/min 的空压机，工作功率一般在 200-300kW，这样空压机运行一小时，要消耗掉 200-300 度电。随着科技的快速发展以及国家关于节能减排的要求，越来越多的高能耗企业都在寻找给企业节能降耗的途径。加之近年来，德国提出了工业 4.0 的概念，旨在提高制造业的自动化程度，以节省人力物力和资源。而空压机作为各大制造业的高能耗设备，占企业能耗的绝大部分。压缩空气设备能耗这个环节的高投入无疑增加了企业的生产成本。

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1.2 空压站概述

空压站作为企业的核心环节对企业的生产起着举足轻重的作用，并且逐渐渗透到各个制造行业。空压站的正常运转是保证产品质量及安全生产的重要前提。在空压站的寿命周期费用中，动力费用所占比例最大，一般超过寿命周期总费用的 30%。随着科技的发展对空压站的功能要求也越来越高，建立现代化的空压机站监控系统非常重要[6]。图 1.1 所示为常用空压站设备的布局图。空压站内主要包括数台空压机、冷干机、水泵以及冷却塔等设备[7]。由于压缩空气在管路中输送时，会产生压力损失，因此空压站内设备布局较为紧凑并且减少气路中的拐角，以减少压缩空气的压力损失[8]。

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第二章 高效空压站监控系统

2.1 空压站的构成

本课题所研究的空压站气路结构如图 2.1 所示，其中包括 6 台空压机、6 台冷干机、3 个储气罐、4 台变频水泵、3 台风机等。空压机产生压缩空气，储存至储气罐内，储气罐除了可以储存压缩空气，还可以减缓由于用气车间用气量变化而产生的压力剧烈波动，达到一定的稳定总管压力的作用，冷干机负责处理压缩空气，使其变得更干燥。其中所有设备的启停均由监控系统进行控制。

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2.2 空压站监控系统功能概述

根据监控系统的技术要求以及现场的实际情况，监控系统选用 CPU 315-2DP为控制器，与 CP 341-RS232/485 通讯模块和其他输入输出模块共同构成系统的PLC 主站[24]。空压机、冷干机作为从站，通过 Modbus 方式与 S7-300 PLC 进行通讯，水泵系统作为从站，通过 Profibus-DP 方式和 PLC 主站之间进行通讯。PLC模块通过以太网连接控制室内的工控机，方便操作人员远程控制，电器柜中的 IO模块负责空压机、冷干机、冷却水泵以及冷却塔的控制，水泵为空压机和冷干机提供冷却水，冷却塔给冷却水降温。

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第三章 空压站监控系统中参数自整定模糊 PID 控制方法................20

3.1 空压站监控系统的数学模型...................20

3.2 模糊 PID 控制简介及各参数对监控系统控制特性的影响................21

第四章 空压站监控系统的实现...................36

4.1 空压站硬件结构的实现.................36

4.2 循环控制程序的实现...............37

第五章 程序调试与运行果...............47

5.1 控制程序调试与完善................47

5.2 人机界面设计................48

第五章 程序调试与运行果

5.1 控制程序调试与完善

根据实际运行情况，对压力变化与对应的时间参数进行调整修改，以保证调节精度达到最高。由于车间用气量不稳定，因此有时出现启动多台空压机，待压力达到最高时又卸载多台的现象，这样的现象主要由于边加载边用气。有时压力上升缓慢，达到设定时间后，仍未达到最低压力或调节压力，则会继续开启或加载下一台。压力达到最高后，，有机器卸载，如果压力下降缓慢，达到设定时间后压力仍未下降至最高压力以下，因此会持续卸载正在运行的空压机。由此产生了额外的电能浪费和机器损耗。

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5.2 人机界面设计

由于人机界面是用户控制整个空压站的入口，因此，人机界面的美观程度也在一定程度上影响着用户的体验[50]。在设计过程中，采用了较为鲜亮的色彩，同时，绘制了与空压机主体关键结构相吻合的空压机原理图，并在关键数据位置标注数据值，实时显示该处数据的值。同时，在空压机运行时，模拟气流的路线，使得效果更加生动[51,52]。

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结论

空压机行业的发展可谓日新月异，因为其功率之大，使得企业对空压站运行的高效性尤为重视。因此，空压站监控系统的优劣将直接影响空压站的能耗。本文所研究的高效空压站监控系统，结合 PLC 技术，具有稳定性好、安全性高、节能性强等诸多优点。提高了空压站的自动化程度的同时，可以提高设备的利用率并提高整个空压站的寿命，综合节能 20%，实现了真正意义上的高效监控。同时，也为企业节约了一定的人力成本与管理成本，由此可看，本监控系统有一定的发展前景。

参考文献（略）