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    【集萃網(wǎng)觀察】1 指導(dǎo)思想

    印染廠的環(huán)境條件惡劣，大量使用化學(xué)藥劑，空氣濕度大，屬于高腐蝕環(huán)境；本系統(tǒng)測(cè)量的溶液屬于具有強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)堿；環(huán)境溫度變化大，有的工藝需要在高溫條件下進(jìn)行；設(shè)備大量使用變頻調(diào)速裝置，電網(wǎng)干擾嚴(yán)重；印染廠在電氣維護(hù)方面配備的力量比較薄弱，操作工的文化程度相對(duì)較低。以上因素在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須足夠重視。

    系統(tǒng)需要考慮適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，選擇耐腐蝕的零部件；傳感器是最關(guān)鍵的部件，要求選用進(jìn)口知名品牌產(chǎn)品，傳感器應(yīng)具有寬范圍、高精度、耐腐蝕、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作、免維護(hù)的特點(diǎn)。控制器選擇自主開發(fā)方案，要求具有很高的可靠性和抗干擾性能；顯示直觀，操作簡(jiǎn)單，符合印染廠傳統(tǒng)習(xí)慣；成本適宜。

    2 技術(shù)方案

    本系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件是傳感器，根據(jù)我們掌握的情況決定絲光加工中的高濃度堿液測(cè)量和練漂加工中的低濃度堿液測(cè)量使用不同的傳感器，高濃度測(cè)量采用密度法，低濃度測(cè)量采用電導(dǎo)法。兩種傳感器都要求是非接觸式測(cè)量。

    控制器是本系統(tǒng)的核心，由于系統(tǒng)任務(wù)比較簡(jiǎn)單，使用資源較少，設(shè)計(jì)者完全有能力管理所使用的資源和任務(wù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的工作量較大，但實(shí)時(shí)性要求不是很高，同時(shí)外圍接口比較固定，因此，使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)比較合適。板級(jí)總線采用串行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)隔離、減少干擾、提高可靠性，因此外圍單元盡量選用帶串行總線接口的器件。所有的外部接口都要進(jìn)行電氣隔離，以提高抗干擾能力。人機(jī)界面選用彩色液晶觸摸顯示屏，使用專用軟件進(jìn)行開發(fā)，效果好，設(shè)計(jì)容易。軟件開發(fā)采用C語言編程，程序的結(jié)構(gòu)化和可讀性都非常好，可以大大提高了開發(fā)效率，為以后的產(chǎn)品升級(jí)提供了方便。

    電氣元件一般選用國(guó)外名牌產(chǎn)品，并且安裝在控制柜內(nèi)，控制柜的防護(hù)等級(jí)要求達(dá)到IP65。比例調(diào)節(jié)閥選用不銹鋼電動(dòng)球閥，閥動(dòng)作平穩(wěn)，不易泄露和堵塞。

    自動(dòng)布毛過濾機(jī)選用前處理設(shè)備主機(jī)廠的產(chǎn)品。

    3 技術(shù)指標(biāo)和規(guī)格參數(shù)

    3.1 實(shí)現(xiàn)的功能

    彩色液晶屏顯示，觸摸屏操作

    濃度、溫度模擬量采集及數(shù)字顯示

    數(shù)據(jù)記錄及時(shí)、歷史曲線顯示

    模擬量輸出(4-20mA電流信號(hào))，NaOH濃度連續(xù)控制

    在線校準(zhǔn)功能，可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)、多點(diǎn)校準(zhǔn)

    工藝方案管理功能

    手動(dòng)／自動(dòng)工作方式

    自動(dòng)清洗功能

    自動(dòng)加水

    實(shí)時(shí)時(shí)鐘

    RS232C通信接口

    3.2 技術(shù)指標(biāo)

    濃度測(cè)量范圍：0-500g/L

    濃度測(cè)量精度：±lg/L

    濃度控制精度：±2g/L

    溫度測(cè)量范圍：0-100℃

    溫度測(cè)量精度：±0.5℃

    工作溫度范圍：5-80℃

    控制器功耗： <12W

    電源：380VAC±10％ 50Hz

    4 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)創(chuàng)新

    4.1 對(duì)工藝液的認(rèn)識(shí)

    練漂加工的燒堿濃度較低，一般在10-80 g/L，多數(shù)在加熱條件下進(jìn)行。溶液含有大量的漿料、布毛等雜質(zhì)，還含有一定量的表面活性劑，堿溶液常常使用絲光水洗。電導(dǎo)法可以用于這種淡堿的測(cè)量。絲光加工所用的燒堿溶液濃度高，一般在150-280g/L，超出了普通NaOH傳感器的測(cè)量范圍，因此需要進(jìn)行間接測(cè)量，密度法就是其中一種方法。另外，堿溶液含有大量雜質(zhì)，由于使用的是工業(yè)固體堿，甚至是回收堿，其中含有一定量其它鹽類物質(zhì)，使得溶液成為多組分的混合體，給測(cè)量帶來很大的困難；在加工過程中還會(huì)有煮練過程未去干凈的漿料、布毛混入堿液中，這些物質(zhì)的含量變化很大，使得測(cè)量沒有固定可以參照的模型。對(duì)工藝液的這些特殊性必須有充分的認(rèn)識(shí)，才能正確選擇傳感器，并在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)?shù)姆椒�加以解決。

    4.2 傳感器

    選擇適合的測(cè)量傳感器是本項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。我們了解了各種堿液濃度測(cè)量的原理，分析了大量的市場(chǎng)現(xiàn)有的傳感器的性能特點(diǎn)，對(duì)有些傳感器還做了大量實(shí)驗(yàn)，以了解其性能，最后決定對(duì)絲光加工所用的濃堿測(cè)量和練漂加工所用的淡堿測(cè)量采用不同的傳感器。通過軟件對(duì)傳感器輸出進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)償校準(zhǔn)，最終達(dá)到了滿意的結(jié)果。

    4.3 控制器設(shè)計(jì)

    微處理是整個(gè)系統(tǒng)的核心，本項(xiàng)目選用了ATMEL公司的最新的基于RISC架構(gòu)的AVR系列單片機(jī)的最高一款A(yù)TMEGAl28。該產(chǎn)品采用HARVARD體系，具有兩級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，具有很高的運(yùn)行速度，可達(dá)16MIPS(每秒鐘運(yùn)行16百萬次)，具有豐富的片上資源，它的內(nèi)核專門針對(duì)C語言開發(fā)設(shè)計(jì)，其C語言代碼效率極高。MEGA系列被越來越多的使用，屬于市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，能夠很好的滿足我們的要求，對(duì)以后的產(chǎn)品升級(jí)也極為有利。板級(jí)總線采用串行體制，微處理與AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器及時(shí)鐘芯片采用SPI總線連接；與擴(kuò)展存儲(chǔ)器采用I2C總線連接。采用串行總線有效降低了系統(tǒng)的噪聲，并且便于實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字部分的隔離，對(duì)于提高測(cè)量精度，提高系統(tǒng)的抗干擾能力很有幫助。

    4.4 數(shù)據(jù)處理

    由于工藝液的特殊性，我們對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行了三級(jí)非線性校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償處理，其中兩級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。濃度控制采用閉環(huán)增量式PID算法，PID參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)整定，調(diào)整方便。采取以上措施，能夠較好地解決工藝液濃度的測(cè)量和控制問題。

    4.5 軟件設(shè)計(jì)

    本次軟件開發(fā)的特點(diǎn)是計(jì)算量大，資源占用較多，因此選擇采用C語言編程，AVR單片機(jī)也非常適合用C語言開發(fā)。我們選用了優(yōu)秀的AVR C編譯器HP Info Tech Code Vision AVR，大大提高了開發(fā)效率，程序的結(jié)構(gòu)化和可讀性都非常的好，為以后的產(chǎn)品升級(jí)提供了方便。

    軟件結(jié)構(gòu)上引入了多任務(wù)并行操作的一些概念，充分利用中斷處理，提高了處理器的處理能力，能夠及時(shí)響應(yīng)各種實(shí)時(shí)請(qǐng)求。

    4.6 傳感器前端過濾器

    傳感器前端過濾器使用了一種低成本的方法有效解決了印染前處理過程堿液濃度測(cè)控系統(tǒng)中體積較大的雜物和沉淀性雜質(zhì)對(duì)測(cè)量的影響，保護(hù)測(cè)量傳感器不被損壞；同時(shí)該裝置清理非常方便。該裝置已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家專利，專利號(hào)200620078892.8。

    4.7 淡堿測(cè)量傳感器漂浮式安裝

    該裝置使得傳感器的安裝非常簡(jiǎn)單，自動(dòng)適應(yīng)液面高低變化，使得傳感器維護(hù)更加容易。該裝置已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家專利，專利號(hào)200620078893.2。

    5 檢測(cè)及使用情況

    本項(xiàng)目研制的CMS?100N/200N堿濃度在線測(cè)控系統(tǒng)，經(jīng)陜西省電子工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果各項(xiàng)功能指標(biāo)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定(詳見有關(guān)檢測(cè)報(bào)告)。

    CMS-lOON堿濃度在線測(cè)控系統(tǒng)在寧波維科精華床單廠有限公司的直輥絲光機(jī)(熱絲光工藝)使用兩年多，狀態(tài)一直很好，用戶反映比該廠進(jìn)口車上帶的國(guó)外系統(tǒng)更準(zhǔn)確、更直觀。該系統(tǒng)在土耳其USAK Agaoglu公司的直輥絲光機(jī)、綿陽佳聯(lián)印染有限公司的布鋏絲光機(jī)等也得到了成功應(yīng)用。佳聯(lián)公司不但在其擴(kuò)大的生產(chǎn)線上第二次訂購了我們的系統(tǒng)，還向它的合作單位中山泰昌印染有限公司推薦了我們的系統(tǒng)。CMS-200N堿濃度在線測(cè)控系統(tǒng)在海城中新印染有限公司練漂線上的應(yīng)用也取得到很好的效果，該廠還和我們就該廠全面實(shí)施在線檢測(cè)技術(shù)及企業(yè)信息化技改項(xiàng)目簽定了合作協(xié)議。經(jīng)過將近兩年的應(yīng)用實(shí)踐，CMS-100N/200N堿濃度在線測(cè)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了多次改進(jìn)，系統(tǒng)在控制智能化、適應(yīng)性方面有了更多的提高。實(shí)踐證明該系統(tǒng)是成功的。(詳見有關(guān)用戶使用報(bào)告)。

    6 與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的比較

    由于我們一開始就借鑒了幾家國(guó)外同類產(chǎn)品的特點(diǎn)，博采眾長(zhǎng)，加之我們對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)的情況更加熟知，因此，我們的產(chǎn)品同國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品比較更有優(yōu)勢(shì)。與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比如下表：

    需進(jìn)一步提高、解決的問題

    1．自動(dòng)布毛過濾機(jī)的過濾效果和排污方式需要和生產(chǎn)廠方協(xié)商加以改進(jìn)。

    2．為了確保傳感器內(nèi)部不結(jié)堿垢，增加停機(jī)前強(qiáng)制沖洗功能。

    3．加強(qiáng)電控開關(guān)閥的質(zhì)量把關(guān)，在管路的適當(dāng)部位增加定制的Y形過濾器，防止管路堵塞。 

    4．隨著使用量的增加，進(jìn)一步降低一些零部件的采購價(jià)格，降低系統(tǒng)成本。

    5．加強(qiáng)對(duì)印染前處理工藝研究，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，更好地解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。

    來源: 中國(guó)印染行業(yè)協(xié)會(huì)   作者：德 高

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