用于印染前處理的淡堿濃度測量控制系統(tǒng)

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)值。然后根據(jù)設(shè)定濃度數(shù)值和測量濃度數(shù)值的誤差，依據(jù)PID算法，通過D/A轉(zhuǎn)換單元，輸出4 mA～20 mA的電流控制電動比例閥的開度，以保證堿液的濃度穩(wěn)定在設(shè)定值上；其次，對測量的工藝參數(shù)進(jìn)行記錄存儲，并處理有關(guān)人機(jī)操作和數(shù)據(jù)顯示方面的工作。
數(shù)據(jù)采集子程序主要完成堿液電導(dǎo)率和溫度的采集，并對A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理以增加數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)處理子程序中，首先根據(jù)采集到的溫度和電導(dǎo)率數(shù)值，對濃度進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，然后進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最后進(jìn)行現(xiàn)場多點校準(zhǔn)。經(jīng)過處理得到精確的堿液濃度數(shù)值。
在比例閥的輸出控制子程序中，采用閉環(huán)增量式PID算法，這種算法只需保持當(dāng)前時刻之前三個時刻的誤差即可。它與位置式PID相比，有下列優(yōu)點：
(1)位置式PID算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計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)手動控制到自動控制的切換時，位置式PID算法必須先將計算機(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)，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。
數(shù)據(jù)記錄子程序根據(jù)設(shè)定的時間間隔對濃度、溫度、日期時間等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以方便后來檢索。串行中斷程序主要完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，定時中斷程序完成多個任務(wù)的定時功能。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。
2 人機(jī)通信界面
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?？蓪崿F(xiàn)主要包括目標(biāo)濃度設(shè)定、實時濃度和溫度的顯示、現(xiàn)場多點校準(zhǔn)、PID參數(shù)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。
微控制器和觸摸屏之間通過RS－232C串行接口進(jìn)行通信，采用MODBUS通信協(xié)議RTU(遠(yuǎn)程終端單元)傳送模式。
MODBUS協(xié)議是一種串行的主從通信協(xié)議。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。它描述了控制器請求訪問其他設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式[6]。
3 產(chǎn)品特點和技術(shù)指標(biāo)
3.1 產(chǎn)品特點
(1)友好的人機(jī)界面：彩色液晶觸摸屏，顯示單位為g/L，顯示直觀，操作方便；
(2)采用感應(yīng)傳感器，實現(xiàn)非接觸測量，耐用，免維護(hù)；
(3)高精度連續(xù)在線測量；
(4)方便的在線校準(zhǔn)功能；
(5)插入式安裝，簡單方便。
3.2 技術(shù)指標(biāo)
(1)濃度測量范圍：0～100 g/L；
(2)濃度測量精度：±1 g/L；
(3)濃度控制精度：±1 g/L；
(4)溫度測量范圍：0～150 ℃；
(5)溫度測量精度：±5 ℃；
(6)工作溫度范圍：5～120 ℃。
由西安德高印染自動化工程有限公司開發(fā)的用于印染前處理的淡堿濃度測量控制系統(tǒng)，針對印染廠傳統(tǒng)的以人工滴定來控制燒堿濃度精度低、不能連續(xù)檢測的缺點，采用非接觸式濃度傳感器和ATmega128微處理器，實現(xiàn)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淡堿濃度測量控制，對淡堿溶液濃度進(jìn)行在線檢測及連續(xù)控制，使淡堿溶液濃度穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。多家印染廠實際應(yīng)用的結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(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特的功能，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)
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[5] 馬潮.高檔8位單片機(jī)ATmega128原理與開發(fā)應(yīng)用指南(上)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.
[6] Modicon modbus protocol reference guide.MODICON, Inc., Industrial Automation Systems.