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1、纺织学报第二十三卷第二期1 1 9 - 【3 9 】 染色机温度的非线性控制 罗维平向阳 ( 武汉纺织工学院武昌，4 3 0 0 7 3 ) 擅要：丹析温度对染色的影响，介绍以单片机为棱心的染色机自动控制温度的原理、系统硬件和软件。 关键词：染色机温度单片机自动控制温度 中圈甚分类号m 1 9 33 2 R 在染色T 艺中影响染色的因素主要有浓度、温 度、时间、助剂以及坯布的染前处理，其中温度控制 是个很重要而复杂的控制过程。一般，染色温度越 高，染色的分散度提高，跑向纤维的动能加大；同时 因纤维膨化而内部孔隙增大，也便于染料的吸附扩 散，使上染加快。但是，温度过高，因纤维的空隙过 大，反而会
2、使吸附于纤维的染料部分跑向染液，影响 染色。非自动化的染色机其温度控制完全由手工操 作，工人只能依据温度计读数凭经验作出判断，进行 加热与冷却控制，因此导致主观误差较大，自然色差 较大。如果能按其特定的温度曲线自动控制染色， 将会大幅减少色差，提高染色效果，并提高生产效率 和经济效益。 l 染色机温度控制的原理 本控制系统是基于腈纶织物染色温度曲线( 见 图1 ) 而设计的，其温度范围为0 1 2 0 ，控制精度 为05 。自动控制过程包括快速升温、慢速升温、 恒温和快速冷却四个连续过程。系统采用闭环控 制，可实现实时跟踪。 0 舶砷瑚瑚啪瑚I 帅 “m i n 图1 温度曲线 系统框图如图2
3、 所示。 染色时， 数据指针定 位到对应染 色品种的数 据首地址，分 时取出数据， 作为控制系 统的给定，实 现变温控制。 田2 系统框图 2 控制系统的硬件结构 采用8 0 3 l 单片机作为控制系统的c P u 。因系 统为闭环系统，用A 亡) 0 8 0 9 检测现场采样信号，扩 展2 7 6 4 和6 1 1 6 存贮器分别用以存放监控程序和缓 冲数据。 2 1 温度检测电路 选取铂电阻作为温度传感器。这种传感器在温 度低于2 0 0 时线性度特别好，可省去菲线性校正 部分。铂电阻在2 0 0 以下时与温度的线性关系可 表示如下： R ，= A T 十B 此处取A = O 3 7 9
4、2 B = 1 0 0 。 采用全电桥 电路将电阻信号 转化成电压信 号。如图3 所示 可得 田3 电阻电压转换电路 R 1 R 3 一R 2 尺4P “。一( R 1 + R 2 ) ( R 3 + R 4 ) L 尺I 取R r ，R 取1 0 0 0 ，尺2 、R 3 各取l k n ，于是 可简化上式为： “。= 堕晋E 这样得到的“。数值较小，为此随后需加一级放 大电路( 放大倍数设为K ) 。0 8 0 9 的基准电压可取 5 V ，E 也取一5 v 。当丁= 1 2 0 时，“n = 女“。= 5 V ， A 巾转换结果应为F F H ，由此可得K = 88 。选用 B G 3
5、0 5 作放大核心器件，放大电路如图4 所示，放大 后的信号去了A D C 0 8 0 9 模拟通道，由I N 0 、I N l 、 I N 2 口输入。 221 、1 外接时钟电路 采用5 5 5 振荡产生脉冲，周期设定为O 2 S ，丁 = o 2 s ，若占空比为号，则，= ( R t + 2 只2 ) f ”2 = o 2 ，由q = ( R l + R 2 ) ( 尺l + 2 R 2 ) = 告，可得R l = R 2 。若取C = 1 0 心，则R 1 = 02 ”2 3 c = 9 1 k n 。 因此可选用两个9 1 k Q 电阻，1 个1 k n 电位器，如 图4 中所示。
6、计数脉冲信号从8 0 3 1 的T 1 口输入， 若T 定时3 0 s 可接成工作方式2 ，即s 位计数时间 常数自动入装方式。 2 3 控制电路 所有控制端均由8 0 3 1 的P t 口承担，如图4 所 示。直接控制对象为开关式电磁阀、加热阀两个( 包 括快、慢加热阀各一个) ，冷却阀一个，分别从踟3 1 的 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark I 塑! ：! ! o -2 0 0 2 年4 月 P l o 、P l l 、P 1 2 口输出。在温
7、 度上升阶段用强热阈与冷却 阀配合工作，恒温和降温阶 段用弱热阀及冷却阀配合工 作，有利于延长磁阀的使用 寿命： 报警分一般报警和紧急 报警两级= 一般报警接一个 红色发光二极管即可产生光 报警，从8 0 3 1 的P 1 。口输出。 它不影响工序正常进行，内 部有自整能力，紧急报警选 用5 5 5 振荡和喇叭配合器 件，从8 0 3 1 的P 】3 端输出，用 于生产不能继续进行而需停 机检修之时。 加水、加料和加盖三道 准备工序必须全部就绪，染 色才能正式起动。因上述工 序均由手工完成，可采用与 非门将此状态通知C P u 的 P 1 6 进行判断，P 】6 为0 表示 手动工序已完成，否
8、则等待。 0 1 1 P n 一一| a ，一，a p ，l 一 4 承。 P l 舡 ： k 7“ l 扯7 “。1 。c I ， U_ 67 4 L 5 3 7 3 n H 2 7 6 4 6 1 1 6 t - 。一弋：_ rL 4 k ，L 。卫d * 一。I D ， l 毒工# o o ，S 曩 十I托 P P l r ： j 魄o j 汽o t 。_ _ _ P w 未，芳掌 8 锋罄n 匝 一。”“j P ” 隋 划9 B 2 7 日 一 T t 噍 酚 H 一。，。 i k j i h m i m J 锄3 I 。：0 靠上日 土上 选用功能较强的8 2 7 9 扩展键盘和显示
9、电路。 键盘采用最优化，种类选择用s e l e c t 和d e c i d e 两键 完成，r u n 和s t o p 键各1 个，实现起动和停止，共4 个键。显示采用4L E D 显示，通常情况下显示温度 值，报警时可显示故障出处及原因。硬件结构图详 见图4 所示 3 控制系统的软件设计 控制系统的软件包括主程序、定时器O 、定时器 1 和外部中断服务子程序、延时、显示、键处理等多 个子程序。执行主程序时，首先关中断进行初始化， 包括定时器、8 2 7 9 、中断优先权、各标志写人等初始 化；然后选择织物的类型( 由P ，口输 入) 。若为特殊织物染色，要求现场输入给定温度曲 线，开关
10、S l 拔向特殊工作档；若为一般织物染色，只 需将对应品种的温度数据从存贮器中调出即可，将 开关S l 拔向常态工作档 ，再用s e l e c t 键选择染色 品种。一旦用此键加以确认，选择的实质上是存贮器 中一组温度数据的首地址 ，只有等到加水、加料、加 盖准备工序全部就绪( 由P 1 6 口输入) ，指示灯亮时 ( 从P 1 7 口输出) ，r u n 键才生效，可开始工作；随后开 中断、调显示，等待中断到来。主程序框图详见图5 所示。 4 结语 本系统恰当地选择8 位机8 0 3 1 即能满足系统 精确度的要求，而且在染色过程中不超过两个半小 时，采样点不超过2 5 0 个时，存贮器中
11、可固化多达 2 5 种给定温度曲线，完全能满足工厂生产工艺的要 求： 可利用8 0 3 1 的T ) 和R x D 串行通讯口与上 位机进行通讯；需更换染色品种时，上位机将温度数 据传给8 0 3 1 。同时，定时向上位机传送温度信息， 圈4 硬件结构图 报警时传送故 障信息，并将 故障原因、发 生时刻、次数 按报表打印出 来，这样可对 系统进行严格 的质量评价。 本系统功能完 善，可靠性高， 在集散控制系 统中，完全能 担当现场控制 级单元。 考文献 l 胨光东等单 片微型计算机 原理及接口技 术武汉：华中 理工大学出版 社，】9 9 5 ：7 2 、 1 1 4 1 1 6 、1 3 2 1 3 5 2 张洵栓染整 概论北京：纺 织工业出版 社，1 9 9 4 ：9 4 9 6 3 张福学传感 器应用及电路 精选北京：电 子工业出版 社1 9 9 2 ：1 2 1 1 2 5 ( 垂多 关中断 Y 卜_ 开中断 调显示 延时 圈5 主程序流程图 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark