印染厂印染、煮练工艺的恒温控制系统研究

印染厂印染、煮练工艺的恒温控制系统研究

1煮练工艺温度纺织印染技术的质量是影响生产和产品质量的重要因素。除了工艺的处方外，影响染色质量的因素是主要因素，尤其是温度控制直接影响纤维和染色材料的物理和化学性质特征。这是工艺控制的主要环节。要解决这一问题，必须使用自动控制来解决这些问题。从控制对象分析,煮染设备是罐状设备,采用蒸汽加热和冷水降温,温度控制主要是根据工艺要求给出冷热阀的控制信号,由于其属于大容量、大惯性量滞后系统,同时运行环境相对恶劣,常规的控制系统一方面不能适应环境,另一方面价格比较昂贵。控制系统的设计应要求达到精确、耐用、适应环境能力强,还必须物美价廉,故在选择自动系统组成时,PLC因其控制精度良好,体积小,抗干扰能力强且能适应较为恶劣的环境以及性价比高等因素,被广泛用于工业实时控制,但考虑到PLC的人机交互能力差,可辅之以单片机外设系统,利用单片机扩展后具有良好的人机交互能力优势互补实现自动控制要求。据此,我们设计了基于单片机与PLC的煮练工艺温度控制应用系统。下面就此系统作简单介绍。2硬件系统用于人机层2.1控制方案设计(1)单片机采用8031,外部扩展的8KB的EPROM和8KB的RAM作为程序存储器和数据存储器,用于存放一些系统的工作参数。另外留有若干插槽以备扩展之需。单片机系统框图见图1。(2)键盘由16个自定义键组成,其中10个定义为数字键,6个为功能键。(3)采用8位LED显示自定义键盘,通过扩展芯片8155连接,系统中74LS244用于显示缓冲与驱动,执行过程通道和显示由8255担纲。(4)8路模拟量采用ACD0809完成,0809的EOC信号反向后与8031的INT1引脚相连,0809的时钟信号由8031的ALE信号分频得到。(5)模拟量的控制输出由DAC0832实现,电压输出或电流输出通过跳线选择。(6)模拟量的越限报警,由8031的P1口控制信号(高电平有效)。(7)整个系统的I/O扩展部件以及存储器的地址译码均由74LS138完成。各部件控制电路简图如图2。在这里设计了一个8K的程序存储空间,用于存储检测、控制、通信等程序以及模糊控制表和其他常数。数据存储器扩充了一片8K字节的微功耗RAM,并为其设计了掉电保护电路,用户的工艺曲线将不会因为停电而遗失,这样,在大批量生产时就可以连续工作。同样,用户也可以在原有的工艺曲线基础上进行修改使用,方便了用户操作。另外,我们预留了扩展空间以便系统可进一步改进。输入回路由温度传感器、变送电路及A/D转换电路构成。温度传感器选用集成温度传感器AD590,这是因为集成温度传感器具有精度高、灵敏度高、线性和互换性好以及抗干扰能力强的特点,同时还考虑到该传感器使用方便,可简化送变电路,提高可靠性。在实际应用中,还要加一些补偿措施,用以调节在0℃时输出0V的电压信号,实际电路如图3所示。在该电路中:V0=(R1+W1)·(ΔT×1μA)=A/D的输出电压=4V,通过调节W1使当T=120℃时,V0=4V,通过调节W2使0℃时的输出电压为0V,图中+24V与+12V共地,但不与微机电源共地。2.2plc的控制部分利用PLC的输出稳定性,尤其是开关量控制方面的优点,控制加热蒸汽管道的电磁阀,当单片机系统经过采样并进行模糊判断经转换后输入PLC,满足PLC数字开关运行条件即可触发电磁阀继电器对电磁阀进行启闭动作。利用PLC本身含有的各项功能,如定时、移位、步进指令功能以及良好的直接驱动能力,又可以解决在系统控制中部分固定逻辑指令控制。PLC担当了驱动器并起以下作用:(1)水位控制。在缸体入水和排水过程中,利用监测装置对满、空进行判断并发出信号以便进行下道工序。(2)缸内压力控制。在本系统中,缸内工作压力应达到4×105Pa,通过压力传感装置对缸内压力进行监测,确定加压泵是否运行。(3)缸内液体进行循环控制。为使纱或织物在染整过程中能均匀与染液结合,缸内液体应该在机构控制下,周期性地内外循环。一般来说,这种周期可在编程时进行设计,以便生产时调用。(4)输入输出状态显示,以及循环泵、加压泵、减压阀的启停控制。PLC在本系统中所担当的重要作用为信号控制、对象控制、反馈控制、模拟效果。3煮练过程控制系统本系统采用的是单片机与PLC相结合的交互系统,检测装置与反馈装置均与单片机相关,系统信号如温度、压力等参数和启动、系统运行等过程参数均需两者配合完成,另外,根据工艺需要,在设备运行过程中,尚需要加入人工调试或手动操作,因在设计时考虑各节点开关既与自动控制相连,又加入手动操作节点,考虑到接线方便和简化控制线路,两者采用共同节点。在单片机和PLC之间均加以适当的驱动电路,使单片机输出的信号可以作为有效的PLC输入信号以完成各项控制动作。图4为煮练工艺过程控制系统结构框图,控制系统以8031单片机辅助PLC为核心构成计算机控制系统。此外,设计方案中采用模糊控制方式,这样我们就不必过多考虑在控制过程中的参数设定,而只需关注在实际过程中每次采样的结果与设定量之间的对比,同时根据大滞后量系统的基本特点,利用偏差和偏差变化量构成的二维系统,得出根据偏差和偏差变化系统应该实现的相应的调整控制量,实现对偏差的最佳控制。根据工作对象是大容器