针对国内外碳纤维预氧化设备的发展特点及其现状,本文设计开发了一套新型PAN基碳纤维预氧化设备,解决了目前常规的预氧化工艺在碳纤维生产过程中占用时间长、能耗大、控制参数众多且精度不高等现象。首先本文着重分析了碳纤维预氧化工艺的过程的主要特点,并针对其特点提出了相应的新型PAN基碳纤维预氧化设备设计的总体要求,然后着重对预氧化炉腔、炉口密封、加热系统、热风循环系统、牵伸驱动系统等进行了详细的设计和计算。根据设计的预氧化炉型和计算的控制点数,本文完成了碳纤维生产线控制系统的硬件设计,包括系统硬件总体方案设计,构建控制柜主逻辑架构；控制柜设计,低压电源柜设计,风机和牵伸变频器柜内元件选型及电气控制原理图设计；PLC选型,I／O模块选择,硬件组态,地址分配,通讯结构选择和通讯参数设定等控制系统硬件核心设计。通过提出碳纤维生产线控制系统软件设计要求,使用西门子STEP 7对PLC程序进行了结构化编程,使用WinCC对HMI程序进行了总体设计并编写了程序。整个系统软件人机界面友好,实时通讯性高,抗干扰能力强,控制高精度,方便后续工程设备的升级拓展及维护。对碳纤维生产线的能耗进行了分析,设计开发了一套预氧化设备温度控制专家系统,着重设计了专家系统的知识库和推理机,并进行了模拟仿真。在此专家系统的指导下,并对预氧化设备在实际现场中的应用情况进行了说明分析。现场运行表明该预氧化设备及其控制系统设计完备,控制精度高,温度场均匀,功能完善,运行平稳,达到了设计要求。对该生产线制得的预氧丝和碳纤维进行表征,数据表明预氧丝和碳纤维性能优良,证明该预氧化设备及其控制系统设计合理,能够满足制备高性能碳纤维生产和节能降耗要求。