中圖分類號(hào):TS192·1
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-0356(2007)02-0044-03
經(jīng)過多年的發(fā)展,國產(chǎn)染整裝備在“硬件”上與進(jìn)口裝備的差距在逐步縮小,基本能夠滿足生產(chǎn)的需要,其差距主要表現(xiàn)在“軟件”上。進(jìn)口裝備的自動(dòng)化程度很高,工藝參數(shù)一般都能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)監(jiān)控,工藝穩(wěn)定,重現(xiàn)性好,生產(chǎn)用工少,加工質(zhì)量有保證。隨著市場需求的變化和競爭的加劇,對加工質(zhì)量要求越來越高,量少但重復(fù)需求的訂單越來越多。因此,對工藝參數(shù)的精準(zhǔn)控制和工藝重現(xiàn)要求越來越迫切。
自動(dòng)在線測控系統(tǒng)能精確測量并穩(wěn)定控制堿液濃度,對滿足印染前處理工藝要求,保證加工質(zhì)量具有重要意義。本系統(tǒng)采用了一種非接觸式電導(dǎo)率傳感器測量堿液的濃度,取得了比較好的效果。
1系統(tǒng)組成
1·1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
系統(tǒng)由插入式電磁濃度傳感器、控制器、通信接口、電源模塊、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、開關(guān)電磁閥、流體管路等組成。
1·2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與工作過程
系統(tǒng)框圖如圖1所示。在圖1中,YH1、YH2、YH3、YH4是手動(dòng)閥,系統(tǒng)工作在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)之前,應(yīng)先打開YH1和YH3,并關(guān)閉YH2和YH4。自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí),電磁閥YV處于常開狀態(tài);電控柜內(nèi)的控制器根據(jù)初始設(shè)定濃度值和軋堿槽中的傳感器測量得到的溶液實(shí)際濃度值的誤差,通過PID運(yùn)算,輸出4~20mA電流,以控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門YM的開度,增減補(bǔ)充堿液的流量,達(dá)到控制軋堿槽中溶液濃度的目的。停機(jī)時(shí),電磁閥YV處于常閉狀態(tài),切斷濃堿管路。系統(tǒng)工作在手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí),應(yīng)先關(guān)閉YH1、YH3,通過調(diào)節(jié)YH2、YH4來控制軋堿槽中堿液的濃度。
浮子開關(guān)閥的作用是維持軋堿槽的液面穩(wěn)定在一定高度,當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)高度時(shí),浮子開關(guān)閥打開,并加入水,軋堿槽的液面會(huì)逐漸升高;到達(dá)一定高度后,浮子開關(guān)閥關(guān)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(diǎn)是測量探頭的感應(yīng)部分不與燒堿溶液直接接觸,實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)與傳感器檢測線圈完全非接觸
1·3系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)以微處理器Atmega128為核心,配以A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、存儲(chǔ)器單元、時(shí)鐘接口單元、人機(jī)單元(觸摸屏)、I/O控制單元組合而成。由于該系統(tǒng)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理量比較大,因此選用Atmel公司的Atmega128單片機(jī),該單片機(jī)處理器有豐富的片上資(4KRAM,128KFLASH,4KEEPROM等),適合該系統(tǒng)使用。
A/D轉(zhuǎn)換單元用于采樣傳感器的電導(dǎo)率和溫度信號(hào),采用MAXIM公司的MAX1247完成此功能,它有12位轉(zhuǎn)換精度。D/A轉(zhuǎn)換單元主要輸出4~20mA的信號(hào)對電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制操作,D/A轉(zhuǎn)換器選用ADC公司的AD420器件。存儲(chǔ)器采用鐵電存儲(chǔ)器FM24C256(I2C接口),用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)記錄。并采用PHILIPS公司的PCF8583(I2C接口)作為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口。
板級(jí)總線采用串行體制,微處理器與AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器采用SPI總線連接,與擴(kuò)展存儲(chǔ)器及時(shí)鐘芯片采用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,對于提高測量精度,提高系統(tǒng)的抗干擾能力很有幫助。人機(jī)接口采用觸摸屏完成顯示和相關(guān)的操作功能,控制器采用RS232C與觸摸屏通信。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的軟件包括主程序、串行中斷程序、定時(shí)中斷程序、數(shù)據(jù)采集子程序、濃度校正子程序、輸出控制子程序、數(shù)據(jù)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(shí)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(dǎo)率和溫度進(jìn)行采樣,并對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理,得到堿液的濃度數(shù)
(1)位置式PID算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān),計(jì)算式中要用到過去誤差的累加值,因此,容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差。而增量式PID只需計(jì)算增量,計(jì)算誤差或精度不足時(shí)對控制量的計(jì)算影響較小。
(2)控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí),位置式PID算法必須先將計(jì)算機(jī)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(guān),易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。
數(shù)據(jù)記錄子程序根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔對濃度、溫度、日期時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,以方便后來檢索查詢。
串行中斷程序主要完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,定時(shí)中斷程序完成多個(gè)任務(wù)的定時(shí)功能。而通信處理子程序主要完成控制器與觸摸屏通信數(shù)據(jù)交換的功能。
3人機(jī)通訊
作為人機(jī)接口的觸摸屏,本系統(tǒng)制作了很人性化的界面。主要包括現(xiàn)目標(biāo)濃度設(shè)定、實(shí)時(shí)濃度和溫度的顯示,現(xiàn)場多點(diǎn)校準(zhǔn)、PID參數(shù)整定,濃度/溫度實(shí)時(shí)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(jìn)行通訊信,采用MODBUS通訊協(xié)議。
MODBUS協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)
它有兩種傳送方式,ASCII(美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼)模式和RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式。ASCII模式消息中每個(gè)8Bit字節(jié)都作為兩個(gè)ASCII字符發(fā)送,而RTU模式消息中每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符,在同等波特率下比ASCII模式要傳送更多的數(shù)據(jù)。
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(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)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(shè)備地址
單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1~247。通過不同的地址,控制器可以與多個(gè)從設(shè)備進(jìn)行通信,該系統(tǒng)的設(shè)備地址設(shè)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(dāng)然,有些代碼是適用于所有控制器,有些是應(yīng)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(cuò)誤檢測域(CRC校驗(yàn)域)
CRC域檢測了整個(gè)消息的內(nèi)容,它由發(fā)送設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC,并與接收到的CRC域中的值比較,如果兩個(gè)值不同,則有誤。
生成CRC的具體步驟可參考MODBUS技術(shù)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(jī),控制器為從機(jī)。在實(shí)際使用中,遇到了一些問題并采取了對應(yīng)措施:
(1)通信速度快慢的把握。控制器在回應(yīng)通訊之前,應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)?shù)难舆t(視任務(wù)繁忙程度而定),否則,通訊過快,控制器在處理別的任務(wù)時(shí),時(shí)間分配會(huì)不均,而導(dǎo)致效率下降。
(2)在傳輸浮點(diǎn)數(shù)時(shí)應(yīng)注意數(shù)據(jù)組成順序的差異。例如控制器要回應(yīng)單精度浮點(diǎn)數(shù)12.46,它由四個(gè)字節(jié)按順序組成應(yīng)當(dāng)為0x29、0x5C、0x47、0x41,但和觸摸屏通信不成功。后經(jīng)分析發(fā)
4結(jié)論
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對堿液濃度測量與控制的自動(dòng)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(jìn)行在線檢測及連續(xù)控制,使堿液濃度穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。該系統(tǒng)在海城中新印染廠實(shí)際運(yùn)行了10個(gè)月,實(shí)踐表明,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、測量準(zhǔn)確、操作簡便、維護(hù)方便,并在監(jiān)控、信息記錄和查詢等方面有獨(dú)特的功能,具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn):
[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(shù),2005,27(6):39—46.
[3]張毅,等.自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)(第二版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
[4]ModiconModbusProtocolReferenceGuide,MODICON,Inc.,In-dustrialAutomationSystems.
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