碳纤维作为一种新型高性能材料,越来越多的受到国内外的关注。近年来,我国碳纤维工业有了很大的发展,但是,就整体水平及工业化应用与国外先进技术相比较仍有很大差距。本文主要选择碳纤维预氧化装备作为突破口,对该方面存在的问题进行了分析,提出相应的解决思路。本文主要完成如下几个方面工作:(1)针对碳纤维生产工艺复杂,控制参数多等特点,设计出一套基于可编程计算机控制器的新型控制系统。该系统独特的分时多任务操作系统、强大的网络通信能力和友好的编程平台,使其可以很好的完成各种规模的现场控制任务。同时该系统采用可视控制一体的解决方案,将生产工艺的控制过程直观的显示在操作屏上,大大方便了技术人员的操作。(2)预氧化炉加热过程具有大惯性、纯滞后、非线性等特点,其温度控制不稳定,控制效果差。为此,本文将模糊控制的智能性与PID控制的通用性、可靠性相互结合,设计了一种参数自整定模糊PID控制器,采用模糊推理的方法实现PID参数的在线整定。并借助专业软件Matlab进行仿真验证,结果表明该策略控制精确,性能平稳,并且能快速消除外界干扰,很好的实现温度控制。(3)针对预氧化工艺的特点,设计出新型的预氧化炉方案,采用十炉分布,两炉一体的炉群设置,同时采用风机强制对流形成热风循环,加入导风板,使预氧化炉内部温度场分布更加均匀,并通过专业流体软件Fluent模拟求解,最终结果显示,除边角部分的温度盲区外,预氧化炉内部温度控制在±0.5℃,整体温度场均匀。(4)对新型预氧化装备在实际生产过程中的应用情况进行了分析说明,并借鉴本实验室PAN基碳纤维预氧化工艺参数,进行多次实验,对实验所制预氧丝采用金相测试、元素分析、X射线以及红外光谱等手段进行性能表征。结果表明:该装备实际运行效果良好,并且在此装备基础上制得的预氧丝,各项性能指标均达到要求。在该课题基础上构建的碳纤维生产线,已在合作企业成功运行。作者通过该生产线进行了多组走丝实验,并对实验后的预氧丝进行相关性能表征,将数据与常规工艺进行了对比。实际结果表明:该条生产线整体设计合理,运行稳定;控制系统操作方便,控制精度高;优化设计后的预氧化炉也达到了缩短预氧化时间,提高碳纤维生产率,降低能耗的目的。