中圖分類號:TS192·1
文獻標識碼:A文章編號:1673-0356(2007)02-0044-03
經過多年的發展,國產染整裝備在“硬件”上與進口裝備的差距在逐步縮小,基本能夠滿足生產的需要,其差距主要表現在“軟件”上。進口裝備的自動化程度很高,工藝參數一般都能實現在線自動監控,工藝穩定,重現性好,生產用工少,加工質量有保證。隨著市場需求的變化和競爭的加劇,對加工質量要求越來越高,量少但重復需求的訂單越來越多。因此,對工藝參數的精準控制和工藝重現要求越來越迫切。
自動在線測控系統能精確測量并穩定控制堿液濃度,對滿足印染前處理工藝要求,保證加工質量具有重要意義。本系統采用了一種非接觸式電導率傳感器測量堿液的濃度,取得了比較好的效果。
1系統組成
1·1系統結構組成
系統由插入式電磁濃度傳感器、控制器、通信接口、電源模塊、電動調節閥、開關電磁閥、流體管路等組成。
1·2系統結構圖與工作過程
系統框圖如圖1所示。在圖1中,YH1、YH2、YH3、YH4是手動閥,系統工作在自動調節狀態之前,應先打開YH1和YH3,并關閉YH2和YH4。自動調節時,電磁閥YV處于常開狀態;電控柜內的控制器根據初始設定濃度值和軋堿槽中的傳感器測量得到的溶液實際濃度值的誤差,通過PID運算,輸出4~20mA電流,以控制電動調節閥門YM的開度,增減補充堿液的流量,達到控制軋堿槽中溶液濃度的目的。停機時,電磁閥YV處于常閉狀態,切斷濃堿管路。系統工作在手動調節狀態時,應先關閉YH1、YH3,通過調節YH2、YH4來控制軋堿槽中堿液的濃度。
浮子開關閥的作用是維持軋堿槽的液面穩定在一定高度,當低于這個高度時,浮子開關閥打開,并加入水,軋堿槽的液面會逐漸升高;到達一定高度后,浮子開關閥關閉,并停止加水。測量濃度的傳感器采用非接觸式電磁傳感器,其特點是測量探頭的感應部分不與燒堿溶液直接接觸,實現電解質與傳感器檢測線圈完全非接觸
1·3系統硬件組成
系統框圖如圖1所示。系統以微處理器Atmega128為核心,配以A/D轉換單元、D/A轉換單元、存儲器單元、時鐘接口單元、人機單元(觸摸屏)、I/O控制單元組合而成。由于該系統的特點是數據處理量比較大,因此選用Atmel公司的Atmega128單片機,該單片機處理器有豐富的片上資(4KRAM,128KFLASH,4KEEPROM等),適合該系統使用。
A/D轉換單元用于采樣傳感器的電導率和溫度信號,采用MAXIM公司的MAX1247完成此功能,它有12位轉換精度。D/A轉換單元主要輸出4~20mA的信號對電動比例調節閥進行控制操作,D/A轉換器選用ADC公司的AD420器件。存儲器采用鐵電存儲器FM24C256(I2C接口),用于存儲數據記錄。并采用PHILIPS公司的PCF8583(I2C接口)作為系統的實時時鐘接口。
板級總線采用串行體制,微處理器與AD轉換器、DA轉換器采用SPI總線連接,與擴展存儲器及時鐘芯片采用I2C總線連接。采用串行總線有效降低了系統的噪聲,并且便于實現模擬和數字部分的隔離,對于提高測量精度,提高系統的抗干擾能力很有幫助。人機接口采用觸摸屏完成顯示和相關的操作功能,控制器采用RS232C與觸摸屏通信。
2系統軟件設計
該系統的軟件包括主程序、串行中斷程序、定時中斷程序、數據采集子程序、濃度校正子程序、輸出控制子程序、數據記錄子程序、通信處理子程序等。主程序流程如圖3所示。在初始化過程中,主要完成初始化硬件(Atmega128)、時鐘單元、A/D單元和D/A單元的初始化。
主程序中,控制器首先對堿液的電導率和溫度進行采樣,并對采樣的數據進行校正處理,得到堿液的濃度數
(1)位置式PID算法每次輸出與整個過去狀態有關,計算式中要用到過去誤差的累加值,因此,容易產生較大的累積計算誤差。而增量式PID只需計算增量,計算誤差或精度不足時對控制量的計算影響較小。
(2)控制從手動切換到自動時,位置式PID算法必須先將計算機的輸出值置為原始閥門開度,才能保證無沖擊切換。若采用增量算法,與原始值無關,易于實現手動到自動的無沖擊切換。
數據記錄子程序根據設定的時間間隔對濃度、溫度、日期時間等數據進行記錄,以方便后來檢索查詢。
串行中斷程序主要完成數據的發送和接收,定時中斷程序完成多個任務的定時功能。而通信處理子程序主要完成控制器與觸摸屏通信數據交換的功能。
3人機通訊
作為人機接口的觸摸屏,本系統制作了很人性化的界面。主要包括現目標濃度設定、實時濃度和溫度的顯示,現場多點校準、PID參數整定,濃度/溫度實時曲線和歷史曲線的顯示,濃度/溫度歷史記錄的查詢等功能。
微控制器和觸摸屏通過RS-232C串行接口進行通訊信,采用MODBUS通訊協議。
MODBUS協議是一種串行的主從通訊協議。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構,而不管它們是經過何種網
它有兩種傳送方式,ASCII(美國標準信息交換代碼)模式和RTU(遠程終端單元)模式。ASCII模式消息中每個8Bit字節都作為兩個ASCII字符發送,而RTU模式消息中每個8Bit字節包含兩個4Bit的十六進制字符,在同等波特率下比ASCII模式要傳送更多的數據。
3·1RTU模式消息的組成
我們使用RTU模式,消息格式如下所示:
消息發送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。典型的消息幀格式如表1所示。
3·1·1設備地址
單個設備的地址范圍是1~247。通過不同的地址,控制器可以與多個從設備進行通信,該系統的設備地址設置為5。
3·1·2功能代碼
消息幀中的功能代碼的范圍是1~255。當然,有些代碼是適用于所有控制器,有些是應用于某種控制器,還有些以后保留備用。我們使用了功能03和16,具體含義如下。
3·1·3錯誤檢測域(CRC校驗域)
CRC域檢測了整個消息的內容,它由發送設備計算后加入到消息中。接收設備重新計算收到消息的CRC,并與接收到的CRC域中的值比較,如果兩個值不同,則有誤。
生成CRC的具體步驟可參考MODBUS技術文件。此處給出以C語言寫成的子程序。
3·2使用情況
在通訊中,觸摸屏(采用Eview觸摸屏)為主機,控制器為從機。在實際使用中,遇到了一些問題并采取了對應措施:
(1)通信速度快慢的把握。控制器在回應通訊之前,應當做適當的延遲(視任務繁忙程度而定),否則,通訊過快,控制器在處理別的任務時,時間分配會不均,而導致效率下降。
(2)在傳輸浮點數時應注意數據組成順序的差異。例如控制器要回應單精度浮點數12.46,它由四個字節按順序組成應當為0x29、0x5C、0x47、0x41,但和觸摸屏通信不成功。后經分析發
4結論
本系統實現了對堿液濃度測量與控制的自動化,適用于印染前處理的退漿、煮練和絲光水洗后落堿的堿濃度測量控制,對堿液濃度進行在線檢測及連續控制,使堿液濃度穩定在工藝要求的范圍內。該系統在海城中新印染廠實際運行了10個月,實踐表明,系統穩定可靠、測量準確、操作簡便、維護方便,并在監控、信息記錄和查詢等方面有獨特的功能,具有良好的社會經濟效益。
參考文獻:
[1]王菊生,等.染整工藝原理[M].北京:中國紡織出版社,1997.
[2]陳立秋.染整工藝堿液的測控[J].染整技術,2005,27(6):39—46.
[3]張毅,等.自動檢測技術及儀表控制系統(第二版)[M].北京:化學工業出版社,2005.
[4]ModiconModbusProtocolReferenceGuide,MODICON,Inc.,In-dustrialAutomationSystems.
相關信息 
推薦企業 推薦企業
推薦企業
您所在的位置：
