本文设计了基于单片机的押出机模糊控制系统。其硬件电路主要包括以单片机为主的主控部分、键盘和显示部分、单片机与变频器通信接口部分，软件主要包括模糊控制算法、串行通信控制、键盘显示控制等部分。该系统能够有效提高设备的自动化程度及生产精度和可靠性，并能节省部分生产成本。
第二章 押出机模糊控制系统控制器的设计 …………………………………………3
2.1 变量模糊化 …………………………………………………………………3
2.2 模糊控制规则 ………………………………………………………………………6
2.3 模糊控制规则表的基本思想 ………………………………………………………6
2.4 模糊控制查询表的离线计算 ………………………………………………………8
第三章 押出机模糊控制系统的单片机实现 …………………………………………11
3.1 硬件电路设计 ……………………………………………………………………11
3.1.1 单片机的选择 ……………………………………………………………………11
3.1.2 串行通信电路 ……………………………………………………………………13
3.1.3 线径显示和设定电路 ……………………………………………………………14
3.1.4 电源电路 …………………………………………………………………………16
3.1.5 复位和晶振电路 …………………………………………………………………16
3.1.6 DANFOSS变频器的介绍 …………………………………………………………16
3.1.7 火花机、测径仪及凹凸仪的选用 ………………………………………………17
3.2 软件编程的算法和流程 ……………………………………………………………19
3.2.1 系统流程图 ………………………………………………………………………19
3.2.2 模糊控制查询表的存放形式 ……………………………………………………20
3.2.3 查表方法的软件实现 ……………………………………………………………22
3.2.4 模糊控制器算法流程图 …………………………………………………………22
3.2.5 串行通信程序设计 ………………………………………………………………23
3.2.6 线径显示和设定流程图 …………………………………………………………25
3.2.7 定时器/计数器的工作方式选择 ………………………………………………26
3.2.8 串行口的工作方式选择 …………………………………………………………27
3.2.9 波特率的计算 ……………………………………………………………………30
第四章 单片机系统与变频器的连接……………………………………………………32
4.1 如何通过RS－485控制多台变频器 ………………………………………………32
4.2 提高RS-485总线的可靠性 ………………………………………………………32
4.2.1 问题的提出 …………………………………………………………………… 32
4.2.2 硬件电路的设计 …………………………………………………………………33
4.2.3软件的编程 ………………………………………………………………………34
4.2.4 结论 ………………………………………………………………………………35
第五章 变频器的选型及其注意事项 ………………………………………………… 36
5.1 引言 …………………………………………………………………………………36
5.2 变频器的控制方式 …………………………………………………………………36
5.3 变频器控制方式的合理选用 ………………………………………………………36
5.4 变频器选型注意事项 ………………………………………………………………36
5.4.1 负载类型和变频器的选择 ………………………………………………………36
5.4.2 变频器安装地点的选择 …………………………………………………………36
5.5 结论 ………………………………………………………………………………37
总结 ………………………………………………………………………………………38
参考文献 …………………………………………………………………………………39
附录1 ……………………………………………………………………………………40
附录2 ……………………………………………………………………………………41
附录3 ……………………………………………………………………………………42
第一章 押出机模糊控制系统的介绍
押出机(又名挤出机)是电线电缆工业中为电线电缆制作绝缘外皮的设备。制作电线电缆绝缘外皮是整个电线电缆生产工艺流程中要求最高，难度最大的核心技术。因此，押出机设备的自动化程度以及生产精度和可靠性在电线电缆生产中居于至关重要的地位。我国现行众多电线电缆成套设备生产厂家广泛采用基于PLC的自动控制系统，但这些基于PLC的押出机自动控制系统存在多方面的不足，现列举如下:http://www.16sheji8.cn/
(l)自动化程度低。系统在开机和运行期间都必须配备专门的操作人员不间断的监视系统的运行状况，并做频繁的操作。系统无法脱离操作人员实现程度更高的自动化生产，在本质上是一个缺陷很多的开环控制系统。
(2)生产精度低，系统可靠性差。系统采用模拟量和开关量控制，控制参数易受生产现场的恶劣环境的干扰，致使系统的生产精度低，可靠性差。另外，模拟量控制使系统布线烦琐，生产、安装和维修过程复杂。
(3)成本高。基于PLC的工业自动控制系统虽然有设计方便、快捷，开发周期短的独特优点，但存在着生产成本高的重大问题。
基于PLC的押出机自动控制系统生产自动化程度低的主要原因是控制过程包括复杂的化学过程，致使被控对象建模十分复杂，很难找到一个比较接近的数学模型来近似而实现比较理想的PID闭环控制。 因此，必须根据熟练的操作工人的精心操作才能实现可靠的生产。
如前所述，模糊控制系统的设计与实现无需知道被控对象确切的数学模型，而是通过计算机或单片机来实现熟练操作人员的控制经验，从而达到比较理想的自动控制效果。因此本人提出了基于数字单片机的押出机模糊控制系统。该系统能够有效提高设备的自动化程度及生产精度和可靠性，并能节省部分生产成本。http://www.16sheji8.cn/
图1.1 押出机工艺流程图
图1.1为押出机的工艺流程图。图中在放线架与收线架之间的直线表示的是处理过程中的金属线芯(或成束电缆)。放线架在牵引电机的作用下匀速放线。在金属线芯经过机头时，主机带动的机头将经过高温加热的胶料匀速押出，使之均匀地附着在金属线芯的表面形成绝缘外皮。机头与牵引之间的测径仪用来测量附着绝缘外皮后的金属线芯的直径。系统以此为主要参数来调节主机与牵引之间的转速，使绝缘外皮厚度达到精度要求的范围。金属线芯经过牵引之后接受火花机和凸凹仪的检测，分别检验绝缘外皮的抗压能力和表面的光滑程度及均匀性，根据这些参数来调一节机头各加热区的温度。在收线架处，系统可以实现自动换轴功能，而且在断线或者收线架换轴失败的时候，储线架会根据张力仪检测到的信息自动开始工作。使得换轴过程中以及储线架和收线架之间发生常规故障时放线架至凸凹仪段能够正常工作，不影响电线电缆生产的产量和质量。
第二章 押出机模糊控制系统控制器的设计
押出机模糊控制系统的原理图如图2.1所示。测径仪测得某一时刻的金属线芯的直径为Y，线径设定值R，两者相比较得到线径偏差e和线径偏差变化ec。经过从基本论域到量化论域的转换(对实际线径偏差e和线径偏差变化ec分别乘以转换系数Ke和Kec
)，再根据输入隶属度函数的定义计算出输入变量对各模糊集合的隶属度E和EC。由E、EC和模糊控制规则，并参考现场参数(主机负载Lp，牵引负载Lq)，根据模糊合成法则得到输出的模糊量化值。然后经过解模糊判决得到该时刻的输出控制模糊值P和Q，经过从量化论域向基本论域的转换(P和Q分别乘以转换系数Kp，Kq)，得到作用于主机和牵引的速度控制的实际值(P和Q)。
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2.1变量模糊化
由系统原理图可知，系统的前件部(即输入量)有四个:线径偏差e、线径偏差变化ec，主机当前负载Lp和牵引当前负载Lq。其中对前两个变量需要比较精确的模糊量化，对后两个变量只需进行二值逻辑分配。系统的后件部(控制量或输出量)有两个:主机的速度变化p和牵引的速度变化q。
