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    【集萃網觀察】1 指導思想

    印染廠的環境條件惡劣，大量使用化學藥劑，空氣濕度大，屬于高腐蝕環境；本系統測量的溶液屬于具有強腐蝕性的強堿；環境溫度變化大，有的工藝需要在高溫條件下進行；設備大量使用變頻調速裝置，電網干擾嚴重；印染廠在電氣維護方面配備的力量比較薄弱，操作工的文化程度相對較低。以上因素在系統設計時必須足夠重視。

    系統需要考慮適當的防護，選擇耐腐蝕的零部件；傳感器是最關鍵的部件，要求選用進口知名品牌產品，傳感器應具有寬范圍、高精度、耐腐蝕、長時間穩定工作、免維護的特點。控制器選擇自主開發方案，要求具有很高的可靠性和抗干擾性能；顯示直觀，操作簡單，符合印染廠傳統習慣；成本適宜。

    2 技術方案

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

    控制器是本系統的核心，由于系統任務比較簡單，使用資源較少，設計者完全有能力管理所使用的資源和任務，系統數據處理的工作量較大，但實時性要求不是很高，同時外圍接口比較固定，因此，使用單片機來實現比較合適。板級總線采用串行結構設計，便于實現隔離、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行電氣隔離，以提高抗干擾能力。人機界面選用彩色液晶觸摸顯示屏，使用專用軟件進行開發，效果好，設計容易。軟件開發采用C語言編程，程序的結構化和可讀性都非常好，可以大大提高了開發效率，為以后的產品升級提供了方便。

    電氣元件一般選用國外名牌產品，并且安裝在控制柜內，控制柜的防護等級要求達到IP65。比例調節閥選用不銹鋼電動球閥，閥動作平穩，不易泄露和堵塞。

    自動布毛過濾機選用前處理設備主機廠的產品。

    3 技術指標和規格參數

    3.1 實現的功能

    彩色液晶屏顯示，觸摸屏操作

    濃度、溫度模擬量采集及數字顯示

    數據記錄及時、歷史曲線顯示

    模擬量輸出(4-20mA電流信號)，NaOH濃度連續控制

    在線校準功能，可實現單點、多點校準

    工藝方案管理功能

    手動／自動工作方式

    自動清洗功能

    自動加水

    實時時鐘

    RS232C通信接口

    3.2 技術指標

    濃度測量范圍：0-500g/L

    濃度測量精度：±lg/L

    濃度控制精度：±2g/L

    溫度測量范圍：0-100℃

    溫度測量精度：±0.5℃

    工作溫度范圍：5-80℃

    控制器功耗： <12W

    電源：380VAC±10％ 50Hz

    4 關鍵技術與技術創新

    4.1 對工藝液的認識

    練漂加工的燒堿濃度較低，一般在10-80 g/L，多數在加熱條件下進行。溶液含有大量的漿料、布毛等雜質，還含有一定量的表面活性劑，堿溶液常常使用絲光水洗。電導法可以用于這種淡堿的測量。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傳感器的測量范圍，因此需要進行間接測量，密度法就是其中一種方法。另外，堿溶液含有大量雜質，由于使用的是工業固體堿，甚至是回收堿，其中含有一定量其它鹽類物質，使得溶液成為多組分的混合體，給測量帶來很大的困難；在加工過程中還會有煮練過程未去干凈的漿料、布毛混入堿液中，這些物質的含量變化很大，使得測量沒有固定可以參照的模型。對工藝液的這些特殊性必須有充分的認識，才能正確選擇傳感器，并在軟件設計時采取適當的方法加以解決。

    4.2 傳感器

    選擇適合的測量傳感器是本項目成功的關鍵。我們了解了各種堿液濃度測量的原理，分析了大量的市場現有的傳感器的性能特點，對有些傳感器還做了大量實驗，以了解其性能，最后決定對絲光加工所用的濃堿測量和練漂加工所用的淡堿測量采用不同的傳感器。通過軟件對傳感器輸出進行進一步的補償校準，最終達到了滿意的結果。

    4.3 控制器設計

    微處理是整個系統的核心，本項目選用了ATMEL公司的最新的基于RISC架構的AVR系列單片機的最高一款ATMEGAl28。該產品采用HARVARD體系，具有兩級流水線結構，具有很高的運行速度，可達16MIPS(每秒鐘運行16百萬次)，具有豐富的片上資源，它的內核專門針對C語言開發設計，其C語言代碼效率極高。MEGA系列被越來越多的使用，屬于市場上的主流產品，能夠很好的滿足我們的要求，對以后的產品升級也極為有利。板級總線采用串行體制，微處理與AD轉換器、DA轉換器及時鐘芯片采用SPI總線連接；與擴展存儲器采用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。

    4.4 數據處理

    由于工藝液的特殊性，我們對傳感器的輸出進行了三級非線性校準和溫度補償處理，其中兩級為現場校準。濃度控制采用閉環增量式PID算法，PID參數現場整定，調整方便。采取以上措施，能夠較好地解決工藝液濃度的測量和控制問題。

    4.5 軟件設計

    本次軟件開發的特點是計算量大，資源占用較多，因此選擇采用C語言編程，AVR單片機也非常適合用C語言開發。我們選用了優秀的AVR C編譯器HP Info Tech Code Vision AVR，大大提高了開發效率，程序的結構化和可讀性都非常的好，為以后的產品升級提供了方便。

    軟件結構上引入了多任務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，能夠及時響應各種實時請求。

    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控系統中體積較大的雜物和沉淀性雜質對測量的影響，保護測量傳感器不被損壞；同時該裝置清理非常方便。該裝置已經申請了國家專利，專利號200620078892.8。

    4.7 淡堿測量傳感器漂浮式安裝

    該裝置使得傳感器的安裝非常簡單，自動適應液面高低變化，使得傳感器維護更加容易。該裝置已經申請了國家專利，專利號200620078893.2。

    5 檢測及使用情況

    本項目研制的CMS?100N/200N堿濃度在線測控系統，經陜西省電子工業產品質量監督檢驗站檢驗，檢測結果各項功能指標符合產品標準中的規定(詳見有關檢測報告)。

    CMS-lOON堿濃度在線測控系統在寧波維科精華床單廠有限公司的直輥絲光機(熱絲光工藝)使用兩年多，狀態一直很好，用戶反映比該廠進口車上帶的國外系統更準確、更直觀。該系統在土耳其USAK Agaoglu公司的直輥絲光機、綿陽佳聯印染有限公司的布鋏絲光機等也得到了成功應用。佳聯公司不但在其擴大的生產線上第二次訂購了我們的系統，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。CMS-200N堿濃度在線測控系統在海城中新印染有限公司練漂線上的應用也取得到很好的效果，該廠還和我們就該廠全面實施在線檢測技術及企業信息化技改項目簽定了合作協議。經過將近兩年的應用實踐，CMS-100N/200N堿濃度在線測控系統也經歷了多次改進，系統在控制智能化、適應性方面有了更多的提高。實踐證明該系統是成功的。(詳見有關用戶使用報告)。

    6 與國內外同類產品的比較

    由于我們一開始就借鑒了幾家國外同類產品的特點，博采眾長，加之我們對國內企業的情況更加熟知，因此，我們的產品同國內外同類產品比較更有優勢。與國內外同類產品對比如下表：

    需進一步提高、解決的問題

    1．自動布毛過濾機的過濾效果和排污方式需要和生產廠方協商加以改進。

    2．為了確保傳感器內部不結堿垢，增加停機前強制沖洗功能。

    3．加強電控開關閥的質量把關，在管路的適當部位增加定制的Y形過濾器，防止管路堵塞。 

    4．隨著使用量的增加，進一步降低一些零部件的采購價格，降低系統成本。

    5．加強對印染前處理工藝研究，為用戶提供優質的服務，更好地解決生產中出現的問題。

    來源: 中國印染行業協會   作者：德 高