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染整企业数字化转型的基础构建(四) ——染整工艺温度的测控②

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-04  作者:陈立秋  浏览次数:30943
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 2.4 红外辐射布温的测控
红外辐射测量布面温度是一种先进的方法,不论烘房的热源是热风还是辐射能源,所采集的温度是布身温度。辐射能在测量的路径上,由于气氛的吸收、烟雾、灰尘散射等原因所引起的衰减,以及环境温度的影响等等,将会带来一定的温差。为了消除此误差,常采用比色法,也就是采用具有双通道的测量装置,每条光路带有适当的滤尘片,分别测量目标辐射和标准黑体辐射的一个单色辐射功率,用两者之比值代替上述方法中的辐射功率,进行温度定标,并进而确定温度。如果两个单色波长选择适当,在测量路径中的干扰是完全相同的,积累误差为“0”,两个辐射功率之比与干扰无关,从而大大提高了测量精度。这一系统性能优异,但价格太高。
布面温度量度及控制仪,用于测量在线织物表面温度,并利用测量温度与给定值的差值信号,通过控制器发出信号,控制车速,达到最佳的热定形效果。该仪表测量精度可达±1℃。图5所示是测量头的结构示意图。测量头只能安置在周围环境温度60℃以下的地方,冷却风扇2用来保护检测头1不受烘房高温影响,冷却风机的电源应与主机电源相连,切忌与信号器相连,避免干扰信号。冷却风机亦可防止烘房内尘埃进入检测头。检测头的工作原理如图6所示。
 
烘房内进给运动的织物,所辐射出的红外电磁波通过透镜7射入测量头,经同步电动机6(750r/min)带动的机械式光调制器2的作用,使得入射的连续式红外电磁波变成频率一定的时亮时暗的脉冲波,再通过光学通道射入到反射镜3上,经反射镜3的反射作用,把脉冲波反射到二氧化锂钛(LiTiO2)光电二极管4上,由光电二极管把脉冲的红外波变成微弱的脉冲电流信号,该电流信号再经由交流放大器、解调整流器的作用,得到放大了的与温度有关的直流电压信号,最后再经温度补偿后,输出信号,指示仪表指示,与给定信号比较放大后,输给控制器,发出控制脉冲信号,控制车速。
由于环境温度的影响,而且根据斯忒藩——玻尔兹曼公式可以看出,总辐射强度与温度是非线性关系,因此,温度补偿是十分必要的。
红外辐射测量头一般安装在拉幅定形机的顶 部,距离布面1m左右的地方,为了测量精确,应多安置几个测温点。一般对于薄织物,仪表的测量头应设置在烘箱的前半部,占烘箱烘道的40%长度处,而对厚湿织物的加工、检测点应放在烘箱烘道全长的60%处。
根据不同织物制订的热定形工艺时间,由于受电网电压变化、烘房湿度波动、车速、织物进烘房含水率改变等干扰因素的影响,从而使热定形工艺时间得不到保证。采用计算机系统的定形时间控制仪,随时采样进入定形机烘房的织物温升工况,在屏幕上可清楚地看到织物的温升曲线,当织物达到定形温度时,计算机就根据定形时间要求,算出织物应该运行的车速,加以控制,此控制系统采用温度传感,控制对象却是车速,而控制目标实为定形时间,乃温控的一特例。
图7是两种不同克重的织物,利用处理时间控制装置的调节过程。织物A90g/m2以40m/min快速干燥和加热,在M2测温探头处达到热定形处理温度,使织物达到设定的工艺定形时间15s;织物B270g/m2,干燥和加热时间较长,自动控制车速到25m/min,在到达定形温度时,织物在烘房内行程只有24~17.75(M3处)=6.25m,亦严格遵守给定处理时间15s。该控制装置,用于每段工序中使时间与温度互相配合。定形机上设置3~8个辐射高温计,量度布面温度,控制器计算织物通过机内时布面温度上升情况;计算及调节最高车速以适应个别布种,达到预定温度定形及维持工艺预设定的定形时间。计算机不停地进行取样,经计算控制车速升降,使车速始终运行在最佳状态,并保证了定形时间,这样织物定形质量稳定,节约了能源,提高了产量。
3 FCS上掛接温度智能变送器
采用现场总线HART协议,使温度变送器在两根电源线上既可以传送模拟信号(4~20mA),又可以接收发送数字信号。温度变送器的输出不再局限于只通过电流值单纯地反映测量温度,而是同时可以通过数字信号把诸如环境温度、输出电流、电流百分比、温度传感器类型、量程、控制设定值、偏差、PID参数、报警信息、自检信息、运行情况、设备类型、ID号以及软硬件版本号等传送给需要这些信息的监控设备。
ITT智能温度变送器的应用:
由于HART是一个过渡性的协议,对老系统是兼容的,而新系统是按照本质安全的要求来设计的,因此只要是使用4~20mA温度变送器的地方,都可以直接将其更换上,而不需对线路做任何改动。安装完毕后,用户的PC机配上相应的软件和符合Bell 202通信标准的调制解调器,就可以与ITT变送器进行通信了。图8给出了变送器现场安装示意图。图中虚线部分为用户以前的线路和设备,实线部分为用户安装的HART设备。由于HART协议允许多主机共存,因此变送器可以把自己的信息同时送到多个主线(如在图中变送器把信息传给PC监控站的同时,又通过网关把信息传给了其他的管理或测试网),给用户带来许多便利。
另外,如果用户系统只需要变送器所传送的数字信号,而不需要4~20mA的模拟信号,那么用户可以采用如图9所示的多从站通信结构。由于这时4~20mA的信号已经没有意义,所以每个HART设备环路的电流只需要保持设备正常工作即可。因此,HART协议规定,这时每个环路电流为4mA,并且在同一个电源回路中,最多可连接15台HART设备。
对比图8和图9可以看出,后者比前者节省了许多主机适配器(符合Bell 202标准的Modem)和布线费用,这对监测系统非常有利,但也不难发现多从站结构使每一台设备与主机通信的周期加长,这对测控网站是不利的。
综上所述,把图8和图9两种连接方式结合起来,再配上相应的上位机及其软件,就可以构成一个简单的现场总线控制系统(FCS),如图10所示。如果要实现一个复杂的控制系统,则可以把它作为整个系统中的一个设备级的子系统。
 
 
 
 
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